Avaliação Numérica do Comportamento Não Linear e Resistência de Estruturas Mistas de Aço e Concreto em Situação de Incêndio

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Publicada em 05/02/2021

Discente: Rafael Cesário Barros

Resumo:

A presente pesquisa tem como objetivo principal a avaliação numérica do desempenho de estruturas mistas de aço-concreto em situação de incêndio. A capacidade resistente dos materiais que compõem as vigas, colunas e pórticos mistos, no caso o aço e o concreto, fica comprometida quando expostos a condição de elevadas temperaturas, uma vez que suas características físicas e de resistência se deterioram em função da elevação da temperatura. Desse modo, os dois módulos computacionais, CS-ASA/FA (Computational System for Advanced Structural Analysis/Fire Analysis) e CS-ASA/FSA (Computational System for Advanced Structural Analysis/Fire Structural Analysis) são desenvolvidos e adaptados para a análise não linear de estruturas mistas sob temperaturas elevadas. O primeiro módulo calcula o campo de temperatura em seções transversais quaisquer de aço, concreto armado e mistas, de onde se pode obter também a degradação das propriedades desses materiais expostos ao fogo. O segundo é desenvolvido para realizar análises inelástica de segunda ordem (AISO) de estruturas em situação de incêndio. No contexto da AISO via método dos elementos finitos (MEF), é empregado uma formulação corrotacional para acompanhar os grandes deslocamentos e rotações do sistema estrutural. Já o comportamento elasto-plástico do material é simulado através do acoplamento do Método da Rótula Plástica Refinado (MRPR) com o Método da Compatibilidade de Deformações (MCD). A metodologia numérica proposta é avaliada e testada com sucesso na análise de vigas, pilares e pórticos planos de aço-concreto em situação de incêndio utilizando os resultados experimentais e numéricos disponíveis na literatura. Finalmente, o estudo numérico é complementado com a AISO de arcos de aço e estruturas de concreto armado em situação de incêndio.

Abstract:

The present research has as main objective the numerical evaluation of steel-concrete composite structures behavior in fire situation. The steel and concrete materials composing isolated structural members (beams and columns) and frames have their bearing capacity compromised when exposed to high temperature conditions, since their physical and resistance characteristics deteriorate as the temperature rise. Thus, two computational modules, CS-ASA/FA (Computational System for Advanced Structural Analysis/Fire Analysis) and CS-ASA/FSA (Computational System for Advanced Structural Analysis/Fire Structural Analysis) are developed and adapted for nonlinear analysis of steel-concrete composite structures under elevated temperatures. The first module calculates the temperature field in any steel, reinforced concrete and composite cross-section, from which also the materials properties degradation exposed to fire can be obtained. The second module performs the second order inelastic analysis (SOIA) of structures in fire conditions. In the SOIA context via finite element method (FEM), a co-rotational formulation is used to follow the large displacements and rotations of the structural system, and the material elasto-plastic behavior is simulated through the Refined Plastic Hinge Method (RPHM) and Strain Compatibility Method (SCM) coupling. The proposed numerical methodology is evaluated and tested with success on the analyze of steel-concrete beams, columns and plane frames in fire situation using the experimental and numerical results available in the literature. Finally, the numerical study is complemented with the SOIA of steel arches and RC structures under fire conditions.

Palavras-chave:

1. Construção mista; 2. Incêndios; 3. Análise funcional não-linear

Áreas de Concentração:

- Doutorado: Estruturas e Construção

Orientadores:

- Ricardo Azoubel da Mota Silveira

Banca Examinadora:

Prof. Ricardo Azoubel da Mota Silveira - Orientador - Universidade Federal de Ouro Preto, Brasil (Orientador)
Prof. Cosmin-Gruia Chiorean - TU Cluj-Napoca, Romênia
Prof. Alexandre Landesmann - Universidade Federal do Rio de Janeiro, Brasil
Prof. Hermes Carvalho - Universidade Federal de Minas Gerais, Brasil
Prof. Dalilah Pires Maximiano - Universidade Federal de São João del-Rei, Brasil

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