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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2021.tde-28072021-085717
Document
Author
Full name
Arthur Hortencio Manieri
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2021
Supervisor
Committee
Silva, Valdir Pignatta e (President)
Fakury, Ricardo Hallal
Munaiar Neto, Jorge
Title in Portuguese
Sobre a fluência dos aços estruturais em situação de incêndio.
Keywords in Portuguese
Análise termestrutural
Estruturas de aço
Fluência
Incêndio
Abstract in Portuguese
O dimensionamento de estruturas de aço à temperatura ambiente não precisa levar em conta os efeitos da fluência. Isso é devido ao pouco ou nenhum efeito sobre o desempenho das estruturas de aço nessas condições. No entanto, sob condições de incêndio, deformações por fluência podem ser severas à medida que a temperatura exceda 30% a 40% do ponto de fusão do material. A magnitude das deformações por fluência é fortemente influenciada pela temperatura, tensão e tempo. A literatura disponível sobre o desempenho de vigas de aço, biengastadas ou biapoiadas, em situação de incêndio, não aborda explicitamente as deformações por fluência durante os períodos de aquecimento e resfriamento do aço. Nesta Dissertação de Mestrado, o efeito das deformações por fluência em elementos de aço é investigado por meio de um extenso estudo sobre os modelos de fluência disponíveis, um Estado da Arte que aborda os últimos 100 anos de pesquisa sobre a fluência no aço e nos metais, e uma modelagem computacional de uma estrutura simples de aço estrutural, realizada com o auxílio da ferramenta computacional ANSYS. Na modelagem computacional, propriedades mecânicas do aço ASTM A572 Grau 50, dadas pelo Eurocode 3 parte 1-2 (2005) e Poh (2001), são comparadas e aplicadas junto à um modelo de fluência proposto por Zienkiewicz e Cormeau (1974), com base no "implicit time-hardening", fornecido pelo ANSYS. O modelo de elementos finitos é avaliado em regimes de aquecimentos de temperatura constante e variável, considerando a curva-padrão ISO-834 (2014) e curvas temperatura-tempo de incêndio natural ou compartimentado, segundo Li e Guo (2008) e Eurocode 1 parte 1-2 (2002). Concluiu-se que o modelo material do Eurocode 3 parte 1-2 (2005) não atinge um resultado representativo quando se considera a curva temperatura-tempo de incêndio natural. As deformações por fluência atingem um valor limite brevemente após o aço atingir a temperatura máxima quando exposto a um incêndio natural compartimentado, diferentemente do que ocorre com a aplicação da curva-padrão ISO-834 (2014), viabilizando então o uso do aço em situação de incêndio. E, o grau de ventilação, carga de incêndio, fator de massividade e o tipo de revestimento contra fogo impactam no comportamento da curva de fluência, demonstrando que a variável da temperatura é mais influente na fluência do que as variáveis do tempo e tensão.
Title in English
About the creep of structural steels under fire conditions.
Keywords in English
Creep
Fire
Steel structures
Thermo-structural analysis
Abstract in English
The design of steel structures at room temperature does not need to take creep effects into account. This is due to the little to none effect over steel structures performance under thiscondition. Nevertheless, under fire conditions, creep strains can be severe as the temperature surpasses 30% to 40% of the material melting point. The extent of creep strains is strongly influenced by temperature, stress and time. The available published writings regarding the performance of end restrained or simple supported steel beams, under fire conditions, do not explicitly evaluate creep strains during the heating and cooling phases of steel. In this Masters' Dissertation, the effect of creep deformations on steel elements is investigated through an extensive study on the available creep models, a State of the Art that addresses the last 100 years of research on creep in steel and metals, and a computational modeling of a simple structural steel structure, performed with the aid of the computational tool ANSYS. In the computational modeling, mechanical properties of ASTM A572 Grade 50 steel, given by Eurocode 3 part 1-2 (2005) and Poh (2001), are compared and applied along with a creep model proposed by Zienkiewicz and Cormeau (1974), based on the implicit time-hardening, provided by ANSYS. The finite element model is evaluated for constant and varying heating regimes, considering the standard curve ISO-834 (2014) and the temperature-time curves of natural or compartment fires, according to Li and Guo (2008) and Eurocode 1 part 1-2 (2002). It was concluded that the Eurocode 3 part 1-2 (2005) material model does not reach a true outcome when the temperature-time curve of the natural fire is considered. The creep strains come up to a limit value shortly after the steel reaches the maximum temperature when exposed to a natural or compartment fire, differently of what occurs with the application of the ISO-834 (2014) standard curve, thus making it viable to use steel in fire conditions. Notwithstanding, the opening factor, fire load, section factor and fire insulation impact the behavior of the creep curve, showing that the temperature have more influence in creep than time and stress.
 
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Publishing Date
2021-07-28
 
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