Estudo numérico do comportamento de vigas mistas contínuas submetidas a momentos fletores não uniformes em situação de incêndio
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Numerical study of the behavior of continuous composite beams under non-uniform bending moments in fire situation
Primeiro orientador
Membros da banca
Ana Lydia Reis de Castro e Silva
Adenilcia Fernanda Grobério Calenzani
Adenilcia Fernanda Grobério Calenzani
Resumo
O comportamento de vigas mistas contínuas em situação de incêndio ainda não é completamente conhecido devido à complexidade dos fenômenos que ocorrem nesse tipo de elemento estrutural. Diferentemente das vigas mistas biapoiadas, em uma viga mista contínua, a região inferior comprimida do perfil de aço não conta com a restrição à flambagem. Dessa forma, a mesa inferior do perfil pode deslocar-se lateralmente com um giro, caso a alma do perfil não tenha a rigidez necessária para impedir tal ocorrência. Esse fenômeno, chamado Flambagem Lateral com Distorção (FLD), é potencializado pela degradação das propriedades mecânicas dos materiais em elevadas temperaturas. O presente trabalho visou realizar um estudo paramétrico de vigas mistas contínuas com dois vãos, submetidas a momentos fletores não uniformes e em situação de incêndio, baseado em um modelo numérico de elementos finitos desenvolvido no software ANSYS Mechanical ADPL, validado através de um conjunto de ensaios em escala real. No estudo, foram avaliadas as influências de variáveis geométricas das vigas mistas, como o comprimento de seus vãos e as dimensões de suas seções transversais. Ainda, foram verificadas as interferências do nível de carregamento, da variação da curva de elevação da temperatura dos modelos, e da compartimentação das vigas. Foi observada uma intensificação dos momentos fletores negativos na região do apoio central devido às restrições às deformações térmicas, resultando na plastificação de grande parte da seção transversal em temperaturas inferiores a 200 °C. Após isso, com a perda de rigidez da seção transversal, os fenômenos de instabilidade tornam-se mais propícios de ocorrerem e a capacidade da viga de impedi-los determina a temperatura na qual os momentos negativos são reduzidos, ou seja, quando ocorre a redistribuição de esforços para o centro do vão. De forma geral, as vigas analisadas tiveram seu colapso ocorrendo entre 600 °C e 700 °C. Propriedades como a espessura da alma e da mesa inferior do perfil de aço, mostraram-se relevantes tanto para o aumento do pico do momento fletor negativo atuante. quanto para a postergação de seu decaimento. Os aumentos da altura do perfil de aço e da taxa de armadura resultaram em elevações do momento máximo resistente negativo, mas tornaram a instabilidade mais pronunciada.
Abstract
The behavior of continuous composite beams under fire situation is yet not completely known due to the complexity of the phenomena that occur in this type of structural element. Differently from simply supported beams, in a continuous composite beam, the lower compressed region of the steel profile does not count on the buckling restriction. Therefore, the bottom flange displaces sideward with a twist, as long as the web does not have the necessary stiffness to prevent this occurrence. This phenomenon is called Lateral Distorcional Buckling (LDB), and it is potentiated due to the degradation of mechanical properties of the materials at elevated temperatures. The present work aims at performing a parametric study on continuous composite beams with two spans, submitted to non-uniform bending moments and under fire situation, based on a finite element numerical model developed in ANSYS Mechanical APDL software, validated by a series of real scale experiments. In the study, influences of geometric variables of the composite beams, such as the length of their spans and the dimensions of their cross-section will be evaluated. Moreover, the interference of the variation of the loading level, the temperature-rise curves and the compartmentation of the beams will be studied. An increase in hogging moments at the central support region was observed due to the restriction of the thermal deformations, resulting in the plastification of a great part of the cross section at temperatures lower than 200 °C. Then, with the loss of stiffness of the cross section, buckling become propitious to occur and the capacity of the beam to prevent them determines the temperature in which the hogging moments decrease, i.e., when the efforts redistribution to the mid span occurs. In general, the collapse of the evaluated beams occurred between 600 °C and 700 °C. Properties such as the thickness of the web and lower flange of the steel profile showed to be relevant to the increase of hogging moment peak and to the delay of its decay. The increases of the profile height and the amount of rebar resulted in the elevations of hogging moment peak but highlight the instability.
Assunto
Engenharia de estruturas, Construção mista, Aço, Análise numérica, Incêndios, Altas temperaturas
Palavras-chave
Vigas mistas contínuas, Incêndio, Estudo numérico