Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/21924
Title: Shear bucling in steel plate girders exposed to fire
Other Titles: Encurvatura por esforço transverso em vigas metálicas compostas de alma cheia expostas ao fogo
Author: Reis, André da Silva
Advisor: Vila Real, Paulo
Lopes, Nuno Filipe Ferreira Soares Borges
Keywords: Construções metálicas - Resistência ao fogo
Encurvadura - Normas - Europa
Vigas metálicas
Engenharia civil
Defense Date: 2016
Publisher: Universidade de Aveiro
Abstract: This thesis is a research work aiming the increasing of knowledge of the behaviour of steel plate girders subjected to shear buckling in fire situation. The main objective of this thesis is to overcome the lack of rules for the design of steel structural elements subjected to shear buckling at high temperatures. For this purpose, a numerical model was developed in the finite element software SAFIR to simulate the behaviour of steel plate girders under shear loading at elevated temperatures. These numerical analyses fall into the methodology commonly referred as GMNIA – geometrically non-linear materially imperfect analysis. After validation of the numerical model with experimental tests from the literature, the influence of the geometric imperfections and residual stresses on the bearing capacity of the girders, at both normal and elevated temperatures, was evaluated. Eurocode 3 states that the shear buckling resistance of steel I girders is given by the sum of two components, the web resistance and the contribution from the flanges. Firstly it was assessed the contribution from flanges and it was found that the results obtained with the Eurocode 3 expressions could be improved. Thus, it was proposed the application of a corrective factor in order to improve the predictions of Eurocode 3 for the contribution from the flanges to the shear buckling resistance. The main part of the shear buckling resistance comes from the web. The expressions of Eurocode 3 for determining the web resistance to shear buckling were evaluated. This analysis demonstrated that some of the results are not on the safe side and the accuracy of these expressions could be improved. So, changes to the expressions applied for the design at normal temperature were proposed. Furthermore, new expressions for fire design of such structural elements were also proposed. The expression of Eurocode 3 used for the safety calculation of steel structural elements under interaction between shear and bending was also evaluated. It was verified that the application of the proposals for modification of the expressions used to determine the shear buckling resistance introduces improvements on the results provided by this expression, mainly at elevated temperatures. Finally, an analysis of the influence of different parameters on the ultimate shear strength of steel plate girders subjected to shear buckling, such as the web thickness, the web depth, the flange thickness and the steel yield strength, is presented.
A presente tese resulta de um trabalho de investigação, cujo propósito se centrou no aumento de conhecimento do comportamento de vigas metálicas compostas de alma cheia sujeitas a encurvadura por esforço transverso em situação de incêndio. O principal objetivo desta tese consiste em suprir a ausência de regras para o dimensionamento de elementos estruturais metálicos sujeitos a encurvadura por esforço transverso a temperaturas elevadas. Com essa finalidade, foi desenvolvido um modelo numérico no programa de elementos finitos SAFIR para a simulação do comportamento deste tipo de vigas quando sujeitas a temperaturas elevadas. Estas análises numéricas enquadram-se na metodologia habitualmente designada por GMNIA – geometrically and materially non-linear imperfect analysis. Após a validação do modelo numérico com ensaios experimentais da literatura, foi também avaliada a influência das imperfeições geométricas e das tensões residuais na capacidade resistente das vigas, tanto à temperatura normal como a temperaturas elevadas. O Eurocódigo 3 estabelece que a resistência à encurvadura por esforço transverso de vigas em I resulta da soma de duas componentes, a resistência da alma e a contribuição dos banzos. Começou-se por avaliar a contribuição dos banzos e verificou-se que os resultados obtidos com as expressões do Eurocódigo 3 poderiam ser melhorados. Assim, foi proposta a aplicação de um fator corretivo de forma a melhorar as previsões do Eurocódigo 3 para a contribuição dos banzos para a resistência à encurvadura por esforço transverso. A principal parcela da resistência à encurvadura por esforço transverso é dada pela alma. As expressões do Eurocódigo 3 para a determinação da resistência da alma à encurvadura por esforço transverso foram avaliadas. Esta análise demonstrou que a alguns dos resultados não estão do lado da segurança e que a precisão das expressões de dimensionamento do Eurocódigo 3 poderia ser melhorada. Portanto, foram propostas alterações a estas expressões usadas para o dimensionamento à temperatura normal. Para além disso, foram propostas novas expressões para o dimensionamento deste tipo de elementos em caso de exposição ao fogo. A expressão do Eurocódigo 3 usada para a verificação da segurança de elementos estruturais metálicos sujeitos à interação entre esforço transverso e momento fletor foi também avaliada, verificando-se que a aplicação das propostas para modificação das expressões usadas para a determinação da resistência à encurvadura por esforço transverso origina melhorias nos resultados desta expressão, principalmente a temperaturas elevadas. Por fim, apresenta-se uma análise da influência de diferentes parâmetros na capacidade resistente de vigas compostas de alma cheia sujeitas a encurvadura por esforço transverso, tais como a espessura da alma, a altura da alma, a espessura dos banzos e a tensão de cedência do aço.
Description: Doutoramento em Engenharia Civil
URI: http://hdl.handle.net/10773/21924
Appears in Collections:UA - Teses de doutoramento
DECivil - Teses de doutoramento

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