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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.18.2018.tde-26042018-102934
Document
Author
Full name
Yagho de Souza Simões
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2018
Supervisor
Committee
Munaiar Neto, Jorge (President)
Azevedo, Macksuel Soares de
Silva, Valdir Pignatta e
Title in Portuguese
Análise numérica de pilares de aço isolados e inseridos em paredes em situação de incêndio
Keywords in Portuguese
Aço
Fogo
Gradiente térmico
Método simplificado
Paredes
Pilares
Abstract in Portuguese
Em um incêndio, pilares de aço inseridos em paredes apresentam uma resposta termoestrutural diferente daqueles isolados, de modo que a compartimentação oferece um aumento de sua resistência ao fogo. Poucos estudos foram desenvolvidos até o presente momento para avaliar o desempenho de pilares em contato com paredes, sendo que aqueles já realizados apresentaram respostas que ainda deixam dúvidas sobre esses elementos. Diante disso, este trabalho propõe analisar, em contexto numérico, o comportamento de pilares de aço isolados e inseridos em paredes sujeitos à ação térmica, a partir do uso do código computacional ABAQUS versão 6.14. A modelagem termoestrutural, considerando a parede somente como elemento de compartimentação, promoveu resultados pouco consistentes, o que leva a concluir que a alvenaria influencia na resposta estrutural de pilares em situação de incêndio. Por essa razão, ao inserir molas que controlam o deslocamento axial das paredes na modelagem numérica, os resultados alcançados passaram a ser mais representativos. Análises complementares a respeito da influência do fator de carga e do nível de rigidez axial e rotacional na resistência ao fogo dos pilares também foram realizadas. Para todos os modelos, constatou-se a influência negativa do fator de carga quando aumentado. Quanto à restrição axial, foi verificado que sua presença possui maior influência na resistência ao fogo em comparação com sua intensidade, uma vez que a elevação desse parâmetro não afetou o tempo crítico dos pilares, para a maior parte dos casos analisados. Em relação à rigidez rotacional, ela se mostrou favorável para a resistência ao fogo. Além do mais, a pesquisa contou com uma avaliação do método simplificado da ABNT NBR 14323:2013 para cálculo da evolução da temperatura em perfis de aço. Concluiu-se que ele apresenta melhores resultados para os pilares com aquecimento uniforme na seção transversal. Por essa razão, foi proposta uma nova metodologia de cálculo de temperatura para pilares em contato com paredes, validada por meio de testes numéricos.
Title in English
Numerical analysis of isolated and embedded on walls steel columns under fire situation
Keywords in English
Columns
Fire
Simplified method
Steel
Thermal gradient
Walls
Abstract in English
In a fire situation, steel columns embedded on walls demonstrate a different thermo- structural response from those isolated, so that the subdivision offers an increase of its fire resistance. Few studies have been developed in order to evaluate the performance of columns in contact with walls, and those already performed showed results that still leave doubts about these elements. Therefore, this work proposes to analyze, in a numerical context, the behavior of isolated and embedded on walls steel columns in fire using the software ABAQUS 6.14 as a modeling tool. The thermo-structural modeling, considering the wall only as a compartmentation element, has presented poor results, which leads to the conclusion that the masonry has influence on the structural response of columns subjected to fire situation. For this reason, when inserting springs in order to control the axial displacement of the walls in numerical modeling, the obtained results were satisfactory. Further analyzes in respect of the load factor influence and the level of axial and rotational stiffness on the fire resistance of columns were also performed. For all the models, it was verified a negative influence of the load factor when increased. However, when it comes to the axial restriction, it was verified that its presence had more influence in the fire resistance of the structural element despite of its intensity, once the increase of this parameter did not affect the critical time of the columns, for most cases analyzed. In respect to rotational stiffness, it was proven favorable to the fire resistance. In addition, this research employed the simplified method presented in the ABNT NBR 14323: 2013 to calculate the temperature evolution in steel profiles. It was concluded that it presents good results only for the columns with uniform heating in the cross section. For this reason, a new methodology to calculate the temperature of columns in contact with wall was proposed, validated by numerical tests.
 
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Publishing Date
2018-06-15
 
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