Flambagem lateral com distorção de vigas mistas de aço e concreto em situação de incêndio: análises experimental e numérica e proposta de procedimento de cálculo
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Lateral-torsional buckling of steel and concrete composite beams in fire situation: experimental and numerical analyses and calculation procedure proposition
Primeiro orientador
Membros da banca
Adenilcia Fernanda Grobério Calenzani
Jorge Munaiar Neto
Francisco Carlos Rodrigues
João Paulo Correia Rodrigues
Jorge Munaiar Neto
Francisco Carlos Rodrigues
João Paulo Correia Rodrigues
Resumo
Vigas mistas contínuas e semicontínuas de aço e concreto apresentam, nas regiões dos apoiosinternos, momentos fletores negativos que comprimem a mesa inferior do perfil de aço e tracionam a laje de concreto. Como consequências, a laje passa a trabalhar fissurada e fenômenos de instabilidade se tornam possíveis, levando a diferenças sensíveis do comportamento dessas vigas quando comparadas às biapoiadas. Apesar desses problemas, a consideração da continuidade ainda pode levar à economia, e é apontada como uma alternativa para tornar a estrutura mais robusta e resistente aos efeitos do incêndio. O aquecimento não uniforme da seção transversal e a degradação das propriedades mecânicas dos materiais podem facilitar a ocorrência do estado-limite último de flambagem lateral com distorção (FLD), fenômeno até o momento não descrito na literatura em temperatura elevada. No presente trabalho, são apresentados quatro ensaios experimentais em situação de incêndio de vigas mistas em escala natural sujeitas a momento fletor negativo. As quatro vigas apresentaram o modo de flambagem lateral com distorção, acompanhada de flambagem local quando submetidas ao aquecimento. Um estudo numérico, validado com base nos resultados experimentais e em outros resultados da literatura é desenvolvido, produzindo modelos simplificados e completos para a simulação do fenômeno. Em seguida, apresenta-se uma proposta de procedimento de cálculo para a determinação do momento resistente de flambagem lateral com distorção de vigas mistas em situação de incêndio, com bases similares às atuais prescrições normativas, o qual é aplicado aos modelos numéricos processados. Os resultados indicam que o procedimento proposto é adequado para prever a capacidade resistente de vigas mistas sujeitas a momento fletor negativo e que o procedimento de consideração da flambagem local apresentado atualmente nas normas para de projeto europeia e brasileira deve ser revisado.
Abstract
Steel and concrete continuous and semicontinuous composite beams present hogging bendingmoments near the inner supports that compress the bottom flange and tension the concrete slab. Therefore, the slab cracks and instability phenomena become possible, leading to a diferente behavior of these beams when compared to simply supported ones. Despite these problems, the consideration of continuity can still lead to an economic design, besides making the structure more robust and resistant to the effects of fire. The non-uniform heating of the cross-section and the degradation of mechanical properties may ease the occurrence of the phenomenon known as lateral-distortional buckling (LDB), which has not been, so far, described in literature at high temperatures. In this work, four experimental structural fire tests on full-scale composite beams under hogging moment are presented. The four beams presented the lateral-distortional buckling mode, accompanied by local buckling when subjected to heating. A numerical study, validated with results of these tests and from the literature was developed, producing simplified and complete models for the assessment of LDB. Then, a simplified calculation procedure for the determination of the resistant bending moment to lateral-distortional buckling in fire situation, developed in a very similar manner to what is presented in current design standards, was presented. This procedure was applied to the numerical models and the results indicate that the proposed procedure is suitable for predicting the capacity of composite beams under hogging moment and that the procedure for considering local buckling that is currently adopted by Brazilian and European design standards should be reviewed.
Assunto
Engenharia de estruturas, Construção mista, Flambagem (Mecânica), Incêndios
Palavras-chave
Incêndio, Flambagem lateral com distorção, Estruturas mistas, Vigas mistas contínuas, Análise experimental, Modelagem numérica