ANÁLISE NUMÉRICA AVANÇADA DE ESTRUTURAS DE AÇO E DE CONCRETO ARMADO EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO

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Publicada em 22/06/2018

Resumo:

Esta tese tem como objetivo principal o estudo do comportamento de vigas, colunas e pórticos de aço e de concreto armado em situação de incêndio. Para isso, formulações numéricas avançadas foram desenvolvidas, implementadas e avaliadas. Quando expostos a temperaturas elevadas, as características dos materiais se deterioram, acarretando a perda da sua capacidade resistente e da sua rigidez. Para alcançar o objetivo, o CS-ASA (Computational System for Advanced Structural Analysis) é utilizado. Esse sistema computacional foi expandido para a análise avançada de estruturas em situação de incêndio aproveitando as funcionalidades já existentes e acrescentando novas. Dois novos módulos foram criados: CS-ASA/FA (Fire Analysis) e CS-ASA/FSA (Fire Structural Analysis). O primeiro tem o intuito de se determinar o campo de temperatura na seção transversal dos elementos estruturais através da análise térmica via Método dos Elementos Finitos (MEF). O segundo foi criado para realizar a análise inelástica de segunda ordem de estruturas sob fogo utilizando formulações do MEF baseadas no acoplamento do Método da Rótula Plástica Refinado (MRPR) ao Método da Compatibilidade de Deformações (MCD), o que se torna um diferencial do estudo realizado. O uso do MCD possibilita análises mais realistas ante as prescrições normativas. Dessa forma, ele é utilizado tanto para a avaliação dos limites de resistência da seção transversal, quanto para a determinação das rigidezes axial e à flexão dos elementos analisados sob altas temperaturas. Os resultados das análises não lineares em situação de incêndio obtidos neste trabalho para quatorze elementos e sistemas estruturais (de aço e de concreto armado), apresentando diferentes geometrias, condições de contorno, aquecimento e carregamento, foram comparados com as soluções numéricas e experimentais disponíveis na literatura e se mostraram satisfatórios.

Abstract:

This thesis has as main objective the study of the behavior of steel and reinforced concrete beams, columns and structural frames in fire situation. For this, numerical formulations were developed, implemented and evaluated. When exposed to high temperatures, the characteristics of the materials deteriorate, resulting in a considerable loss of strength and stiffness of the structure. To achieve the objective, the CS-ASA (Computational System for Advanced Structural Analysis) is used. This computer system was expanded for advanced analysis of structures in fire situation, taking advantage of the existing features and adding new ones. Two new computational modules were created: CS-ASA / FA (Fire Analysis) and CS-ASA / FSA (Structural Fire Analysis). The first one is used to determine the temperature field in the structural elements cross section through the thermal analysis by the Finite Element Method (FEM) in permanent and transient regimes. The second was created to perform the second-order inelastic analysis of structures under fire using the FEM formulations based on the Refined Plastic Hinge Method (RPHM) and the Strain Compatibility Method (SCM) coupling, which can be considered a differential of the present study. The use of SCM allows for a more realistic analysis against the design codes prescriptions. So even under high temperatures, SCM is used for both evaluation of bearing capacity and stiffness parameters. The results of the nonlinear analysis in fire situation obtained for fourteen elements and structural systems (steel and reinforced concrete), presenting different geometries, boundary conditions, heating and loading, are in good agreement with those numerical and experimental found in the literature.

Palavras-chave:

Advanced numerical analysis; Steel and reinforced concrete structures; fire situation; CS-ASA / FA (Fire Analysis); CS-ASA / FSA (Structural Fire Analysis)

Áreas de Concentração:

- Doutorado: Estruturas e Construção

Orientadores:

- Ricardo Azoubel da Mota Silveira
- Paulo Anderson Santana Rocha

Banca Examinadora:

Prof. Ricardo Azoubel da Mota Silveira, UFOP (Presidente)
Prof. Paulo Anderson Santana Rocha, UFOP
Prof. Antonio Maria Claret de Gouveia, UFOP
Prof. José Carlos Lopes Ribeiro, UFV
Prof. Tiago Ancelmo de Carvalho Pires de Oliveira, UFPE
Prof. Erivelto Luís de Souza, UFSJ

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