Numerical analyses of thin walled hollow steel structures

This dissertation is designed as a continuation of the Eng. Bresci thesis. The previous work had as subject the realization of a computational model for the study of the flexural behaviour of polygonal sections at ultimate limit state. This work describes the implementation of a computational model for the study of the hexagonal hollow section behaviour subjected to a bending moment and an axial force. This type of section is used as support of antennas in telecommunications, lighting roads and stadiums. The main goal is to evaluate the ultimate strength of the examined sections. These structures, because of their high slenderness, are subject to local buckling, which complicates the determination of the ultimate strength. The numerical model was constructed using the software Abaqus, and has been validated with computational data obtained by Eng. Bresci and with the theoretical values. The model was developed with the addition of hardening material and imperfections, for which the data were taken from Eurocode 3. The computation results are compared with the procedures laid down by European law. The suitability of the effective width method was checked. Initially the global buckling and the post-buckling behaviour of guyed structures was analysed. Then the local instability of self-supporting masts were studied, assessing the local and global imperfections influence. The hexagonal sections behaviour has been examined, testing the response in the two principal directions. The possible responses of the structure to the different ways of the application of the load, were study. The comparison of the results of the numerical models with the Eurocode ones has shown that in some cases the legislation underestimates the resistance values.

Questa tesi di laurea magistrale è pensata come una continuazione della tesi di laurea dell’ Ing. Bresci. Il precedente lavoro aveva come soggetto la realizzazione di un modello computazionale per lo studio del comportamento a collasso di sezioni poligonali soggette a flessione. Questo lavoro, invece, descrive la realizzazione di un modello computazionale per lo studio del comportamento a collasso di sezioni esagonali soggette a presso-flessione. Questo tipo di sezione viene utilizzato nell’ambito delle telecomunicazioni, per il supporto di antenne, e nel campo dell’illuminazione di strade, stadi. L’obiettivo principale è quello di valutare la capacità portante delle sezioni esaminate. Queste strutture, a causa della loro elevata snellezza, sono soggette al fenomeno del buckling locale che rende più complicato determinarne la resistenza ultima. Il modello numerico è stato costruito utilizzando il software Abaqus, ed è stato validato confrontando i risultati dell’analisi computazionale con quelli dell’ Ing. Bresci e con i valori teorici. Il modello, è stato messo a punto perfezionandolo con l’aggiunta del legame costitutivo incrudente e imperfezioni, i cui dati sono stati tratti dalla normativa europea. I risultati dell’analisi computazionale vengono messi a confronto con i procedimenti previsti dalla normativa europea, viene verificata l’adeguatezza del metodo della larghezza efficace. Inizialmente verrà analizzata l’instabilità globale e il comportamento post-buckling di strutture strallate e successivamente sarà studiata l’instabilità locale di torri autoportanti, valutando l’influenza delle imperfezioni locali e globali. Si è esaminato in dettaglio il comportamento delle sezioni esagonali, valutando la risposta a presso-flessione nelle due direzioni principali di sollecitazione. Verrà studiato come cambia la risposta della struttura al variare del modo in in cui viene applicato il carico. Il confronto dei risultati dei modelli numerici con quelli della normativa ha evidenziato che in alcuni casi, quest’ultima, sottostima i valori di resistenza.