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Definizione della Capacità di Rotazione di Profili Cavi Sagomati a Freddo

RIASSUNTO ANALITICO
I profili in acciaio a sezione cava, particolarmente apprezzati per le loro caratteristiche estetiche, funzionali e meccaniche, rappresentano una valida alternativa ai classici profili a sezione aperta ed acquisiscono un ruolo sempre più importante nella progettazione strutturale. Tuttavia, a causa delle limitate conoscenze disponibili riguardo alla duttilità e capacità di rotazione, molte normative ne limitano severamente l’impiego nella progettazione in campo plastico. La presente tesi si inserisce nell’ambito di una ricerca sperimentale volta a migliorare le conoscenze riguardo al comportamento meccanico dei profili cavi a sezione rettangolare formati a freddo (CFRHS) ed a verificarne la possibilità d’impiego nella progettazione in campo plastico.
Obiettivo principale della tesi era quello di studiare l’influenza che le snellezze degli elementi piani che costituiscono i profili hanno sulla capacità di rotazione; infatti, essendo tali grandezze i principali parametri che influenzano l’instabilità locale, i codici di progettazione legano la classificazione delle sezioni ai valori di dette snellezze. L’attuale classificazione dell’Eurocodice 3 (EC3), basata essenzialmente su risultati sperimentali ottenuti su profili a I, risulta sovente non cautelativa, anche perché, considerando limiti di snellezza indipendenti tra loro, trascura l'influenza che l'interazione tra snellezze di flangia e anima ha nel determinare la capacità di rotazione.
Nella tesi sono illustrati da prima gli aspetti tecnologici legati alla realizzazione dei profili in acciaio a sezione cava e la loro influenza sulle proprietà meccaniche; a seguire, sono richiamati i riferimenti normativi (EC3, AS4100, AISC LRFD), insieme alle procedure di calcolo da seguire nella progettazione in campo plastico; successivamente, ampio spazio è lasciato sia alla descrizione delle modalità di esecuzione delle prove di flessione svolte, con particolare riferimento ai risultati ottenuti in termini di curve momento-rotazione, sia all’elaborazione dei dati rilevati dalla stessa campagna sperimentale.
Il confronto tra le osservazioni sperimentali, i risultati forniti dal modello teorico del meccanismo di collasso proposto da Kecman e le indicazioni normative ha permesso di giungere ad importanti conclusioni, a loro volta stimolo per un ulteriore sviluppo della ricerca: si è modificato il modello di Kecman, in modo da estenderne l’applicabilità al campo dei profili di corrente impiego strutturale e proporlo come un metodo speditivo per la valutazione della capacità di rotazione; si è individuata una formulazione semplice per stima della capacità di rotazione dei profili RHS; infine, attraverso un'espressione analitica della frontiera del dominio dei profili di classe 1, si è proposta una nuova classificazione delle sezioni, in relazione alla capacità rotazionale, più affidabile di quella indicata dall’Eurocodice 3 ed in grado di considerare l’interazione delle snellezze di flangia e anima.


Definition of the Rotation Capacity of Cold Formed Hollow Section

ABSTRACT
The steel structural hollow sections, especially valued for the aesthetical, functional and mechanical characteristics, represent a competitive alternative to the classical open cross-sections and these obtain a more and more important role in the structural design. Nevertheless, cause the limited knowledge about the ductility and rotation capacity, many design guidelines severely restrict the use in the plastic design. This thesis finds a function in a experimental research finalized to improve the knowledge about the mechanical behaviour of cold formed rectangular hollow section (CFRHS) and to verify the possibility to use in the plastic design.
Principal object of the thesis was to study the influence that the slenderness of the plate elements that forming the cross-sections have on their rotation capacity; as a matter of fact, being such quantity the principal parameters that influence the local buckling, the design codes bind the cross-sections classification to the value of such slenderness. The actual classification of Eurocode 3 (EC3), essentially based on experimental results obtained on I-sections, results often as non conservative, also because, taking into consideration independently slenderness limits among each other, it neglects the influence that the interaction between flange and web slenderness have on the rotation capacity.
In the thesis at first are illustrated the technological aspects bound to the realization of steel structural hollow sections and their influence on mechanical properties; following, are recalled the steel design specifications (EC3, AS4100, AISC LFRD), together with calculation procedures to follow in plastic design; afterwards, great importance is given both to description of the bending tests executive modality, with particular care to the results in terms of moment-rotation curve, both to the elaboration of the same experimental research data.
The comparison between experimental observations, the results furnished by the theoretical model of collapse mechanism proposed by Kecman and the design specifications has allowed to come to important conclusions, starting point for a next research development: the model of Kecman has been modified, in such way to extend its applicability to the current use structural profile and to propose it as an expeditious method to value the rotation capacity; it has been found a simple formulation to estimate the RHS rotation capacity; at the end, by means of an analytical expression of the class 1 cross-sections domain frontier, it has been proposed a new cross-sections classification, in relation with rotation capacity, more reliable in comparison to that of Eurocode 3 and able to appraise the interaction of flange and web slenderness.