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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2019.tde-26112019-122737
Document
Author
Full name
Mariana Lavagnolli Rossi
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2019
Supervisor
Committee
Munaiar Neto, Jorge (President)
Almeida, Saulo José de Castro
Nardin, Silvana de
Title in Portuguese
Análise numérica de pilares mistos de aço e concreto isolados e inseridos em paredes em situação de incêndio
Keywords in Portuguese
Incêndio
Modelagem Numérica
Paredes
Pilares misto de aço e concreto parcialmente revestidos
Resistência ao fogo
Abstract in Portuguese
A combinação de perfis de aço e concreto, simples ou armado, em elementos estruturais procura associar as vantagens que cada um dos materiais pode oferecer, tanto em termos de capacidade portante, quanto em termos construtivos. Quando submetidos à ação do fogo os elementos estruturais têm suas propriedades mecânicas, ao exemplo da resistência e da rigidez, reduzidas. Atualmente, os códigos normativos já contemplam a ação do fogo no dimensionamento de pilares mistos parcialmente revestidos, mas os considera somente isolados, com aquecimento em suas quatro faces e sem interação dos mesmos com a estrutura circundante. Nesse contexto, a presente pesquisa se insere no âmbito da investigação de propostas numéricas, com o auxílio do código computacional ABAQUS, voltadas aos pilares mistos de aço e concreto parcialmente revestidos, isolados e inseridos em paredes, com a consideração de restrições térmicas nas extremidades, e submetidos à ação do fogo. As análises em contexto térmico constataram redução da temperatura do pilar quando revestidos com concreto, devido às propriedades térmicas deste material. Nas análises em contexto termoestrutural, verificou-se que, ao considerar a parede no comportamento termoestrutural dos pilares mistos a partir da inserção de molas axiais na direção axial das paredes, os resultados numéricos tornaram-se mais próximos de resultados experimentais de referência. Adicionalmente, foi possível verificar que a contribuição da parede no comportamento termoestrutural dos pilares mistos é menor quando comparado com os pilares de aço em relação a rigidez do sistema quando em situação de incêndio. Além disso, análises a respeito da influência do fator de carga e do nível de restrição rotacional e axial na resistência ao fogo também foram realizadas. O nível de carregamento, quando aumentado, influenciou negativamente todos os pilares desta pesquisa. Sobre a rigidez rotacional, ela pouco influenciou a resistência ao fogo na maior parte dos casos e, quando influenciava, observa-se resultado benéfico. Em relação à elevação da restrição axial, essa afetou o tempo crítico dos pilares mistos para a maior parte dos casos analisados.
Title in English
Numerical analysis of isolated and embedded on walls steel and concrete composite columns under fire situation
Keywords in English
Fire
Fire resistance
Numerical Modeling
Steel and concrete composite columns partially encased
Walls
Abstract in English
The combination of steel and concrete profiles, simple or reinforced, in structural elements seeks to associate the advantages that each of the materials can offer, both in terms of bearing capacity and in constructive terms. When subjected to the action of fire the structural elements have their mechanical properties, to the example of resistance and stiffness, reduced. Nowadays, the normative codes already contemplate the action of the fire in the dimensioning of partially encased steel and concrete composite columns, but considers them only isolated, with heating in its four faces and without interaction of the same with the surrounding structure. In this context, the present research is part of numerical strategies proposals, with the aid of the ABAQUS computational code, directed to the steel and concrete composite columns, partially encased, isolated and embedded on walls, with consideration of thermal restrictions at the ends, and subjected to the action of fire. The thermal analysis showed a reduction of the columns temperature when encased with concrete, due to the thermal properties of this material. In the analyzes in thermomechanical context, it was verified that, when considering the wall in the thermomechanical behavior of the steel and concrete composite columns from the insertion of axial springs in the axial direction of the walls, numerical results became closer to reference experimental results. Additionally, it was possible to verify that the influence of the wall in the thermomechanical behavior of the steel and concrete composite columns is smaller when compared to the steel columns in relation to the stiffness of the system under fire situation. In addition, analyzes on the influence of the load factor and the level of axial and rotational restraint on fire resistance were also performed. The loading level, when increased, negatively influenced all the columns of this research. About rotational stiffness, it hardly influenced the fire resistance in most cases and, when it influenced, showed a beneficial result. In relation to the increase of the axial restriction, this affected the critical time of the steel and concrete composite columns for most of the cases analyzed.
 
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Publishing Date
2019-12-04
 
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