Modelação numérica de estruturas em aço com secções esbeltas ao fogo: avaliação de nova metodologia

Abstract

A presente dissertação tem como principal interesse realizar um estudo sobre a modelação numérica do comportamento de estruturas em aço de secções esbeltas ao fogo. As estruturas de secção esbelta (Classe 4 de acordo com o Eurocódigo 3) são caraterizadas pela grande propensão para fenómenos de encurvadura local, mas também para a encurvadura global. Estes fenómenos de instabilidade são modos de colapso muito comuns nestes elementos e intensificam-se quando os perfis se encontram em situação de incêndio. Para modelar numericamente estruturas de secções esbeltas de forma precisa é necessário ter em conta os referidos modos de instabilidade, o que por norma só é possível com elementos finitos de casca. No entanto, com vista a desenvolver metodologias mais expeditas, estudos recentes propuseram a utilização de elementos finitos de viga para a análise de estruturas com secções esbeltas, através da implementação de uma nova lei material que se baseia na real lei constitutiva do aço e considerando a presença de encurvadura local. O principal objetivo desta dissertação consiste em desenvolver um estudo com vista à avaliação da precisão desta metodologia, aplicando o programa SAFIR. Neste trabalho comparam-se os resultados obtidos através da referida metodologia com as análises realizadas utilizando elementos finitos de casca e com as resistências fornecidas pelo Eurocódigo 3. Os estudos foram desenvolvidos para vigas restringidas lateralmente, vigas não restringidas, pilares axialmente comprimidos, pilares sujeitos a flexão composta com compressão e pórtico com perfis de inércia variável.

The main purpose of the present thesis is the numerical assessment of the behaviour of steel structures composed by elements with slender sections, when subjected to fire. Structures containing slender sections (termed as Class 4 sections according to the Eurocode 3) are characterized by a significant likelihood to develop local buckling, as well as global buckling. These phenomena are a common cause of collapse in this type of structures, which becomes even more frequent when the structural elements are subjected to a fire scenario. In order to create adequately numerical models for structures with slender sections, it is necessary to take into consideration the above mentioned forms of collapse, which is usually achieved through the employment of shell finite elements. However, to develop more methodologies, recent studies have proposed the employment of beam finite elements for the assessment of structures with slender sections, through the implementation of a new material law, which is based on the real constitutive law of steel, considering the occurrence of local buckling. The main objective of this thesis consists in the reliable and precise evaluation of this methodology, using the software SAFIR. In the present study several comparisons are performed between the results obtained using aforementioned methodology, the ones attained through the employment of shell finite elements and the resistance established by Eurocode 3. These studies were developed for laterally restrained beams, non-restrained beams, axially compressed columns, members subjected to compression plus bending and a frame with tapered cross-sections.