Comportamento ao fogo de elementos estruturais em aço de inércia variável

The present thesis describes a numerical parametric study on the stability of web-tapered I-section members in fire, with the ultimate goal of proposing safe, practical and accurate simplified methodologies for the safety check of these members at elevated temperatures. Currently, the verification of structural elements with complex support conditions and/or of non-prismatic members at normal temperature is done with the General Method (clause 6.3.4 of Part 1-1 of Eurocode 3). However, the fire part of the norm (EN 1993-1- 2) provides no further indication regarding its applicability at elevated temperatures, apart from adapting the methodology to fire using the reduction factors for steel material properties. In addition, EN 1993-1-2 provides a single buckling curve regardless of member type, loading or geometry, which has shown to be a significant limitation of the norm. The numerical framework developed in this work to obtain the ultimate resistance of tapered members was carried out using the finite element program SAFIR to perform Geometrically and Materially Non-linear Analyses with Imperfections (GMNIA) with shell finite elements. The numerical models were validated against numerical and experimental data from the literature, both at normal and at elevated temperatures. First, it was shown that the adaptation of normal temperature methodologies to fire is not enough to account for all the nuances of the structural behaviour of steel at elevated temperatures and to produce accurate predictions of resistance for tapered columns, beams and beam columns. Regarding the General Method, this method has returned unsafe stability predictions for tapered columns and overly conservative forecasts for beams and beam-columns. Then, supported by approximately 50000 GMNIAnalyses, proposals for the calibration of the General Method for the verification of these members were developed in the scope of this work, leading to safe and more accurate predictions by the methodology in fire, in line with the design philosophy of Eurocode 3.A presente tese descreve um estudo numérico paramétrico no âmbito da estabilidade de elementos de inércia variável com secção “I” em situação de incêndio, com o objetivo de propor metodologias simplificadas seguras, práticas e precisas para a verificação de segurança destes elementos a elevadas temperaturas. A verificação de elementos estruturais com condições fronteira complexas e/ou nãouniformes é levada a cabo com o Método Geral (clausula 6.3.4 da Parte 1-1 do Eurocódigo 3). No entanto, a parte da norma dedicada ao fogo (EN 1993-1-2) não fornece indicações especificas relativamente à sua aplicabilidade a elevadas temperaturas, à exceção da adaptação da metodologia ao fogo utilizando os fatores de redução das propriedades do aço. Adicionalmente, a EN 1993-1-2 prevê uma única curva de encurvadura, não obstante do tipo de elemento, carregamento ou geometria, o que demonstrou ser uma limitação significativa da norma. O estudo numérico desenvolvido neste trabalho com vista à obtenção da resistência última dos elementos de inércia variável foi levado a cabo com o programa de elementos finitos SAFIR e análises não lineares com imperfeições (GMNIA) com elementos finitos de casca. Os modelos numéricos foram validados por resultados numéricos e experimentais da literatura tanto à temperatura normal como a temperaturas elevadas. Em primeiro lugar, demonstrou-se que a adaptação ao fogo de metodologias de temperatura normal não é suficiente para ter em conta todas as nuances do comportamento estrutural do aço a temperaturas elevadas e para produzir previsões precisas da resistência de colunas, vigas e vigas-coluna de inércia variável. No que diz respeito ao Método Geral, este demonstrou ser inseguro para colunas e demasiado conservativo para vigas e vigas-coluna de inércia variável. Posteriormente, suportadas por cerca de 50000 análises GMNIA, foram desenvolvidas, no âmbito deste trabalho, propostas para a calibração do Método Geral para a verificação destes elementos, permitindo a obtenção de previsões de estabilidade seguras e mais precisas com a referida metodologia em situação de incêndio, de acordo com a filosofia de dimensionamento do Eurocódigo 3.Programa Doutoral em Engenharia Civi

Programa para o dimensionamento ao fogo de vigas mistas aço-betão

Mestrado em Engenharia CivilConstitui-se como objetivo da presente Dissertação o desenvolvimento de um programa informático, o FiReCB, destinado ao dimensionamento e verificação da segurança de vigas mistas aço-betão à temperatura normal e em situação de incêndio, ao abrigo das normas europeias em vigor, particularmente do Eurocódigo 4. Objetivou-se a conceção e a criação de uma ferramenta expedita, visualmente apelativa e intuitiva sem abdicar do rigor científico do cálculo estrutural. O programa apresenta-se com um corpo principal único de forma a privilegiar a fácil interação utilizador-programa. O FiReCB possibilita o cálculo de secções transversais com perfis metálicos, materiais de proteção, conectores e chapas perfiladas definidos pelo utilizador. Adicionalmente, à medida que são introduzidos os inputs, é desenhada a secção transversal a calcular em tempo real. A aplicação compreende também uma série de outputs específicos, de onde se destacam os diagramas de tensões, as tabelas de momentos ou a distribuição da temperatura. Finalizado o cálculo, o projetista pode ainda optar produzir um relatório detalhado de cálculo em PDF. Os materiais constituintes da secção transversal foram descritos e caracterizados ao nível mecânico através das leis constitutivas definidas nos termos das normas europeias. Adicionalmente, foram apresentados os conceitos teóricos que fundamentam os cálculos executados pelo programa e o modo como estes são implementados nas rotinas automáticas. A linguagem de programação adotada para o desenvolvimento da aplicação informática foi o VisualBasic.NET, por ser uma ferramenta de desenvolvimento integrado orientado a objetos.The purpose of this Dissertation is the development of a computer program, named FiReCB, which performs design and safety check of steel-concrete composite beams at normal temperature or at fire situation, according to the specifications of the European norms, particularly the Eurocode 4. The software was conceived to be an expedite, visually appealing and intuitive tool taking into account the scientific accuracy needed for structural analysis. The application presents itself to the user with a single main body which provides an easy interaction with the program. FiReCB allows the analysis of composite sections comprising user-made steel profiles, protection materials, shear connectors or profiled steel sheeting. Also, the composite section is drawn by the program in real time, whenever the user enters a geometrical input. The application also contains series of specific outputs regarding the analysis such as the distribution of tension and temperature along the section as well as tables with the values which led to the calculation of the moment resistance. At the end, the user may choose to produce a detailed PDF report. The mechanical behaviour of the materials comprised in the composite section was described and characterized using constitutive laws defined in the European norms. Additionally, the theoretical concepts behind the development of the program and the way they were implemented in the calculation routines are also exposed in this document. The adopted programming language was VisualBasic.NET which is an object oriented language that allows the program to be developed in an integrated environment