Elastic lateral-torsional buckling of cellular beams

Cellular beams are I-shaped steel sections with advantages provided by their circular web openings. This type of beam can have greater spans, be more slender and higher than the solid beams, being more prone to failure by lateral-torsional buckling. Given there is still no specific standard for cellular beams and owing to the importance of safety verification, this paper numerically investigated the lateral-torsional buckling of these beams. Considering the torsional constant as the most important parameter in the design of web-opening beams, this study proposes a new torsional constant and approaches four different calculation methods of weighted average torsional constants. The elastic critical moment of cellular beams was numerically modelled using ANSYS software and compared with analytical results according to European standards, varying the torsional constants. The weighted average torsional constant based on an equivalent area and using the proposed torsional constant was the most efficient, showing the best analytical results when compared with the numerical ones considering the load condition of constant bending moment. Furthermore, from all the geometric parameters evaluated, the height of the cellular beam was what most influenced the elastic critical moment of the cellular beams.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Numerical analysis of instability failure modes of cellular steel beams in fire conditions

Beams with long spans are increasingly used in the steel building constructions and usually are used with openings for technical equipment and ventilations systems cut in their web. These elements are structural steel beams that are deeper than normal rolled sections, with distributed circular openings, or other like squared or hexagonal, that are produced by cutting and welding hot rolled steel sections (Westok method). The split halves are then offset and welded together to form a deeper beam with full circular or hexagonal shaped web openings. This method reduces the floor height and therefore the overall height of building.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Estudo numérico e experimental de ligações aparafusadas autoperfurantes de chapas finas a temperaturas elevadas

Este trabalho apresenta um estudo do comportamento das ligações autoperfurantes de chapas finas sujeitas ao corte à temperatura ambiente e a temperaturas elevadas. É realizada uma análise paramétrica dos diferentes modos de colapso da ligação para os diferentes níveis de temperatura, classe de resistência das chapas de aço da influência do efeito de bordo da ligação. São apresentados os resultados experimentais, utilizados para calibração e verificação do modelo numérico realizado pelo método dos elementos finitos. Este último será utilizado para a realização de uma análise paramétrica mais alargada do comportamento desta tipologia de ligações. Os resultados numéricos e experimentais são ainda comparados com a metodologia de cálculo simplificada apresentada nas normas Europeias.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Estudo numérico e experimental de ligações aparafusadas autoperfurantes de chapas finas a temperaturas elevadas

Este trabalho apresenta um estudo do comportamento das ligações autoperfurantes de chapas finas sujeitas ao corte à temperatura ambiente e a temperaturas elevadas. É realizada uma análise paramétrica dos diferentes modos de colapso da ligação para os diferentes níveis de temperatura, classe de resistência das chapas de aço da influência do efeito de bordo da ligação. São apresentados os resultados experimentais, utilizados para calibração e verificação do modelo numérico realizado pelo método dos elementos finitos. Este último será utilizado para a realização de uma análise paramétrica mais alargada do comportamento desta tipologia de ligações. Os resultados numéricos e experimentais são ainda comparados com a metodologia de cálculo simplificada apresentada nas normas Europeias.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Thermal conductivity of calcium silicate boards at high temperatures: an experimental approach

Thermal conductivity analysis of fire insulation materials is of great importance for determining the critical temperature of structures. The magnitude of this thermal property has a significant influence on the analysis of temperature distribution and heat flow which depends essentially on the thermal properties of the protection material. Knowing accurate information about the effects of high temperatures on thermal conductivity is an important prerequisite for a performance based design of fire safety in buildings. Therefore, an investigation of two different calcium silicate boards has been performed to demonstrate how the thermal conductivity is affected when exposed to high temperatures. A set of experimental tests is presented. They were conducted in different techniques such as: the transient plane source (TPS) and the guarded hot plate (GHP).info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Modelação numérica do comportamento ao fogo de uma estrutura em aço inoxidável em situação de incêndio

O aço inoxidável tem reconhecidamente uma resistência ao fogo superior ao aço carbono pelo que é de prever uma crescente utilização deste tipo de aço para fins estruturais. De facto, embora mais caro que o aço carbono, o aço inoxidável pode conduzir a estruturas competitivas em virtude de necessitarem de uma menor quantidade de material de protecção térmica ou mesmo, em alguns casos, não ser necessária protecção contra incêndio, como sucede na estrutura apresentada neste artigo. Com o objectivo de modelar pelo Método dos Elementos Finitos o comportamento de uma estrutura porticada de um edifício em aço inoxidável em situação de incêndio, introduziu-se a sua lei constitutiva no programa SAFIR, um programa de elementos finitos para análise não-linear geométrica e material, especialmente desenvolvido na Universidade de Liège para estudo de estruturas sujeitas à acção do fogo. Neste programa as propriedades térmicas e mecânicas do aço são função da temperatura, de acordo com o Eurocódigo 3. Compara-se o comportamento da estrutura em aço inoxidável 1.4301 (também conhecido como 304) com o comportamento que teria se a estrutura fosse em aço carbono S235 e realçam-se os benefícios da utilização do aço inoxidável resultantes da sua maior resistência ao fogo

Modelação numérica de elementos estruturais em aço inoxidável com secções esbeltas em situação de incêndio

Neste trabalho, a resposta estrutural de elementos esbeltos em aço inoxidável submetidos a incêndio é analisada numericamente através de programas de elementos finitos geométrica e materialmente não lineares. Com o intuito de realizar estas simulações, foram necessárias duas alterações no programa SAFIR: i) foi introduzida a lei constitutiva 2D do aço inoxidável, para ser usada em elementos de casca e ii) foi introduzida a possibilidade do programa considerar tensões residuais em elementos finitos de casca. A lei constitutiva utilizada do aço inoxidável foi a apresentada na parte 1.2 do Eurocódigo 3. Para modelar o endurecimento exibido pelos aços inoxidáveis, usando a formulação de elementos de casca, foi necessária uma aproximação à referida lei constitutiva do Eurocódigo 3. Imperfeições geométricas locais e globais foram consideradas nas simulações numéricas. Por fim, este trabalho mostrará também a influência das tensões residuais na capacidade resistente em situação de incêndio, de elementos estruturais esbeltos em aço inoxidável

Computational modelling of cold-formed steel screwed connections at ambient and elevated temperatures

The application of cold-formed steel structural members in steel construction, and in particular building construction, has a number of advantages that includes its high structural efficiency compared to the member weight. In recent years the increasing safety requirements reflected in the different design standards, boosted the behaviour of materials under extreme conditions, in particular in conditions of high temperatures such as those arising from fires. This work presents a study of the behaviour of cold-formed thin steel sheeting screwed connec-tions at room temperature and elevated temperatures. The shear and bearing failure modes are analysed experimentally by means of a parametric analysis, considering: (i) different elevated temperature values; (ii) cold-formed steel grades; (iii) board effect of the screw position; (iv) and different steel sheet thicknesses. The set of experimental results are used for calibration and verification of the numerical model developed by the finite element method in the software An-sys. The experimental tests presented allowed to determine the load resistance of self-drilling screwed connections of thin steel sheets and the influence of the sheet thickness, edge distance (e1) and the connection temperature. The results show that for the same connection, keeping the sheet thickness and edge distance e1, a change on the failure mode with the temperature increase occur. The finite element numerical model presented allow to study the behaviour of self-drilling screwed connections and determine the collapse load. The cases analysed give re-sults close to the characteristic resistance of the screws manufacturer.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Numerical modelling of the behaviour of a stainless steel portal frame subjected to fire

It is known that stainless steel has a better fire performance than carbon steel, which can lead to a growing utilization of this kind of steel in structures. In fact, although more expensive than the carbon steel, structures in stainless steel can be competitive because of its smaller thermal protection need. With the purpose of modelling by Finite Element Method the behaviour of a stainless steel framed structure, without any protection, submitted to fire, has been introduced in the SAFIR program, the material properties of the stainless steel. SAFIR is a finite element program with geometrical and material non-linear analysis, specially developed in the University of Liège for studying structures subjected to fire. The thermal and mechanical properties of the stainless steel, introduced in the SAFIR program are temperature dependent, according to the Eurocode 3. The stress strain relationship, the thermal conductivity and the specific heat are the most important material properties for the structure analysis at high temperatures. These properties in stainless steel are considerable different from carbon steel. The behaviour of the structure will be compared in the two different materials: stainless steel 1.4301 (also known as 304) and carbon steel S235. The benefits of using stainless steel in the fire resistance of the structure, which is 3 times higher than the one obtained with carbon steel, avoiding any fire protection material needed to fulfil the necessary fire requirements will be shown

Estudo do comportamento ao fogo dos CFRP’s – sistemas passivos de proteção

Com o aumento da utilização dos materiais compósitos (FRP) são inevitavelmente encontrados novos problemas e desafios. De entre esses problemas, existem preocupações legítimas em relação ao seu comportamento quando expostos ao fogo. No caso de exposição direta ao fogo, é recomendável que os FRP sejam aplicados com medidas adicionais de prevenção. É objetivo deste trabalho estudar o comportamento dos materiais compósitos à base de fibras de carbono (CFRP) ao fogo. Os materiais utilizados foram a manta e o laminado de fibra de carbono. Para tal é apresentada uma campanha de ensaios com amostras de provetes de betão de dimensão 100×100×40 mm. O CFRP é colado na superfície dos provetes com resina epoxídica exposta à ação térmica. As medidas passivas estudadas neste trabalho são destinadas a impedir a ignição do fogo e a diminuir o impacto dos incêndios através de mecanismos que não necessitam de intervenção humana ou automatismos. Dependendo do tempo desejado para a resistência ao fogo, podem aplicar-se diversos materiais de proteção, no nosso estudo foi analisados o gesso cartonado e tintas intumescentes. A superfície reforçada é exposta à ação de dois fluxos de calor por radiação, 35 kW/m2 e 75 kW/m2, provenientes de um calorímetro de perda de massa. A evolução da temperatura é avaliada através de termopares colocados entre as superfícies de ambos os materiais permitindo uma análise da influência destes materiais de proteção na capacidade de reforço estrutural dos CFRP quando submetidos a temperaturas elevadas. Após os ensaios conclui-se que a placa de gesso tem um melhor desempenho quer para a manta quer para o laminado do que a tinta intumescente.info:eu-repo/semantics/publishedVersio