Avaliação numérica avançada do desempenho de estruturas de aço sob temperaturas elevadas

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Publicada em 24/08/2016

Discente: Rafael Cesário Barros

Resumo:

Esta dissertação tem como objetivo a avaliação numérica do desempenho de estruturas de aço quando submetidas à situação de incêndio. Quando expostos à temperaturas elevadas, os elementos estruturais tem sua capacidade resistente comprometida, pois as características físicas e de resistência dos materiais empregados nas estruturas se deterioram com o aumento de temperatura, acarretando numa perda considerável da sua capacidade resistente e da sua rigidez. Neste cenário, foram desenvolvidos dois módulos adicionais ao programa CS-ASA: o primeiro destinado à obtenção do campo de temperaturas a nível de seção transversal de elementos em aço; já o segundo é responsável pela análise numérica de segunda ordem inelástica de estruturas de aço sujeitas à temperaturas elevadas. Um elemento finito geometricamente não linear é utilizado na discretização do sistema termoestrutural e o modelo de fibras é usado na discretização da seção transversal do perfil metálico. O estudo do comportamento inelástico dos elementos estruturais seguem os fundamentos básicos propostos pelo Método da Rótula Plástica Refinado (MRPR) acoplado ao Método da Compatibilidade de Deformações (MCD). Por fim, os exemplos são apresentados em três grupos: análise térmica; curvas de interação normal-momento; e análise termomecânica de vigas, pilares e pórticos. Os resultados obtidos são comparados com os resultados da literatura, apresentando boa concordância para todos os casos.

Abstract:

This dissertation concerns the inelastic behavior modeling of steel structures when subjected to fire conditions. When exposed to high temperatures, the structural elements have their bearing capacity compromised because the physical characteristics and material resistance used in the structures deteriorate during exposure to fire, resulting in a considerable loss of strength and stiffness. In this scenario, two additional modules were developed to CS-ASA program: the first provide the temperature distribution at the cross section level of steel elements; the second is responsible for the second order inelastic numerical analysis of steel structures subjected to high temperatures. A geometrically nonlinear finite element is used in thermo-structural discretization system and the fiber model is used in cross section discretization of steel shape. The study of inelastic behavior of structural elements follow the fundamentals proposed by the Refined Plastic Hinge Method (RPHM) coupled to the Strain Compatibility Method (SCM). Finally, the examples are presented in three groups: thermal analysis; interaction diagrams axial force-bending moment; and thermomechanical analysis of beams, columns and plane frames. The results obtained are compared with published results showing good agreement in all cases.

Palavras-chave:

Estruturas de aço; Incêndio; Análise térmica; Análise termomecânica; Método da Rótula Plástica Refinado (MRPR)

Áreas de Concentração:

- Mestrado: Construção Metálica

Orientadores:

- Paulo Anderson Santana Rocha
- Ricardo Azoubel da Mota Silveira

Banca Examinadora:

Prof. Ricardo Azoubel da Mota Silveira, UFOP (Presidente)
Prof. Paulo Anderson Santana Rocha, UFOP
Prof. Antônio Maria Claret de Gouveia, UFOP
Prof. José Carlos Lopes Ribeiro, UFV

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