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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.18.2009.tde-15062009-092043
Documento
Autor
Nome completo
Rodrigo Tadeu dos Santos
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2009
Orientador
Banca examinadora
Munaiar Neto, Jorge (Presidente)
De Nardin, Silvana
Moreno Junior, Armando Lopes
Título em português
Modelos numéricos de pilares mistos curtos de seções circulares de aço preenchidos com concreto em situação de incêndio
Palavras-chave em português
Análise numérica
Análise térmica
Estruturas mistas de aço e concreto
Incêndio
Pilares mistos de aço e concreto
Resumo em português
Os pilares mistos de aço preenchidos com concreto, quando submetidos a elevadas temperaturas, apresentam comportamento estrutural bastante satisfatório e reduzem no concreto o fenômeno denominado spalling, devido ao confinamento imposto pelo tubo de aço, mais pronunciado em seções tubulares circulares. Destaca-se ainda a reduzida taxa de aquecimento desse mesmo elemento misto em razão da baixa condutividade térmica do concreto, aspecto de grande interesse para fins de dimensionamento. O presente trabalho tem como principal objetivo modelar numericamente, em campo tridimensional, pilares mistos curtos com seções tubulares circulares de aço, preenchidos com concreto e submetidos ao incêndio-padrão prescrito pela ISO 834:1999. A modelagem se faz com vistas a simular o comportamento estrutural desse elemento em situação de incêndio, buscando avaliar a influência da elevação de temperatura na resistência do elemento e indicar para qual tempo e em que níveis de temperatura o acréscimo de resistência devido ao efeito do confinamento deixa de ser pronunciado. Para a modelagem numérica em campos térmico, estrutural e termo-estrutural, se utiliza o pacote comercial ANSYS ® V9.0, elaborado com base no método dos elementos finitos, o qual permite a análise transiente dos efeitos do gradiente térmico nos elementos estruturais. Os resultados das análises térmica, estrutural e acoplada são previamente comparados com valores obtidos com o código computacional TCD 5.5. A análise acoplada foi realizada para três diâmetros de pilares mistos, e as variações do diâmetro e da resistência à compressão do concreto foram consideradas, possibilitando uma análise paramétrica. Por fim, é apresentada uma análise inversa dos modelos, considerando carregamentos crescentes para campos de temperatura fixos.
Título em inglês
Nonlinear numerical analysis of circular concrete filled steel short columns under fire condition
Palavras-chave em inglês
Composite steel-concrete columns
Composite structures
Fire situation
Numerical analysis
Thermal analysis
Resumo em inglês
Concrete-filled steel columns when subjected to high temperatures present satisfactory structural behavior and the reduction of the spalling phenomenon in the concrete due to confinement action of the steel tube, more notable in circular cross sections. Another advantage is the reduced heating rate of this element due to concrete low thermal conductivity, which is an interesting characteristic in designing procedures. The aim of this work is to develop 3D numerical models of circular concrete-filled steel short columns under fire exposure according to the ISO-834:1999 standard. The numerical models are developed to simulate the structural behavior of those composite short columns under fire condition, in order to evaluate the influence of increasing temperature in the strength of the structural element. This makes possible define the time and the temperature level in which the resistant increment due to the confinement effect is no more appreciable. To perform the numerical model of thermal, structural and thermal-structural fields, a commercial finite element analysis package ANSYS ® V9.0 is used, which allows transient analysis of the thermal gradient effects in the structural elements. The results from thermal, structural and coupled analyses are previously compared with the ones obtained with TCD 5.5 package. The coupled analysis is performed for three different columns, changing the diameter and concrete compression strength to be used in a parametric analysis. Finally, it is shown another analysis type, called reverse analysis, which considers increasing structural loads for fixed temperature fields.
 
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Data de Publicação
2009-06-15
 
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