Comportamento ao fogo de vigas-coluna metálicas de secção transversal esbelta

Abstract

A presente dissertação tem como propósito aumentar o conhecimento do comportamento ao fogo de vigas-coluna metálicas de secção transversal esbelta, isto é, suscetíveis à ocorrência de fenómenos de instabilidade, tais como a encurvadura local, lateral e por flexão. Sabe-se que os elementos metálicos com secção transversal esbelta possuem vantagens em termos de eficiência e economia de material. Esta atratividade faz com que sejam amplamente utilizados na construção. Contudo, a verificação da resistência ao fogo destes elementos carece de fórmulas simplificadas que se adequem a esta solução. O principal objetivo desta dissertação direciona-se na elaboração de um estudo numérico do comportamento ao fogo de vigas-coluna em aço com secção transversal esbelta. Seguidamente, efetuar-se-á uma comparação entre os resultados obtidos numericamente através do método de elementos finitos e as metodologias presentes no Eurocódigo 3, no que se refere especificamente às fórmulas a frio, contidas nas Parte 1-1 e às fórmulas para situação de incêndio na Parte 1-2. No que diz respeito ao estudo numérico, este foi efetuado com elementos finitos de casca recorrendo ao programa SAFIR. É demonstrado que a metodologia presente no Eurocódigo 3 para a verificação da resistência em situação de incêndio pode ser melhorada. Sendo assim, são propostas alterações a nível do cálculo dos fatores de interação. Finalmente, concluiu-se que as fórmulas de interação do Eurocódigo 3 conduzem a resultados fora da segurança ou muito conservativos e que necessitam de ser melhoradas para que seja possível calcular estruturas mais seguras e económicas.

The present thesis aims to increase the knowledge of the fire behaviour of steel beam-columns with slender cross-section, that is, susceptible to the occurrence of instability phenomena, such as local, lateral-torsional and bending buckling. It is known that steel members with slender cross-section have advantages in terms of efficiency and economic material. This attraction makes them widely used in construction. However, the verification of the fire resistance of these members need simplified formulas that are appropriate to this solution. The main objective of this thesis consist in the elaboration of a numerical study of the fire behaviour of steel beam-columns with slender cross-section. Posteriorly, shall be make a comparison between the results obtained numerically with the finite element method and the methodologies in Eurocode 3, which specifically refers to cold formulas, contained in Part 1-1, and fire situation formulas, contained in Part 1-2. Regarding the numerical study, this was made with finite shell elements using the program SAFIR. It is shown that the present methodology in Eurocode 3 for the verification of the resistance in fire situation can be improved. Therefore, some changes are proposed in the calculation of the interaction factors. Finally, it was concluded that the interaction formulas of Eurocode 3 lead to results that may be outside the safety or be very conservative and need to be improved so that becomes possible to calculate safer and more economical structures.