Resistência ao fogo de vigas com secções retangulares ocas em aço inoxidável

Abstract

A presente dissertação resulta de um trabalho de investigação, cujo principal objetivo é o aumento de conhecimento relativo ao comportamento estrutural do aço inoxidável na construção. O aço inoxidável, tratando-se de um material estrutural com diversas características desejáveis, dos quais se pode destacar a sua resistência à corrosão, é um material cada vez mais procurado na construção. Apesar do elevado investimento inicial que acarreta, este pode ser recuperado a longo-prazo devido à sua elevada durabilidade e fácil manutenção, sendo o seu melhor comportamento a altas temperaturas, que pode possibilitar a abdicação do uso de materiais de proteção térmica, também um fator benéfico na avaliação do custo. Variados tipos de secção transversal podem ser utilizados em vigas em aço inoxidável, desde secções abertas a tubulares. Na resistência ao fogo deste tipo de elementos, a consideração da ocorrência de fenómenos de instabilidade como a encurvadura lateral e, no caso de secções esbeltas, a encurvadura local é muito importante, já que estes fenómenos são agravados na presença de temperaturas elevadas. O principal objetivo desta dissertação foca-se na realização de um estudo numérico do comportamento ao fogo de vigas com secções transversais retangulares ocas de aço inoxidável quando submetidas a altas temperaturas e sujeitas a flexão simples. Este estudo numérico é efetuado com recurso a elementos finitos de casca com o auxílio do programa de elementos finitos SAFIR com o objetivo de avaliar a influência da geometria fechada no elemento, da classe de secção e do tipo de material no comportamento à flexão destes perfis em aço inoxidável sujeitos a altas temperaturas, lateralmente restringidos e não restringidos. Os resultados numéricos são comparados com a metodologia preconizada pelo Eurocódigo 3 atual, bem como pela incluída na nova geração do Eurocódigo 3, concluindo da necessidade de mais estudos que possam resultar no desenvolvimento de propostas de cálculo mais precisas e seguras.

The present thesis is the result of a research work which has the main purpose of increasing the knowledge on the structural behaviour of stainless steel in construction. Stainless steel being a structural material with several desirable characteristics, from which its resistance to corrosion can be emphasized, is a material more and more sought after in construction. Despite having a high initial cost, this can be off set long term thanks to its high durability and easy maintenance, being its better behaviour at high temperatures, which allows it to have less or none thermal protection material, also a beneficial factor in the evaluation of cost. Different types of cross-sections can be used in stainless steel beams, from open sections to tubular. On the fire resistance of this type of elements, the occurrence of instability phenomena such as lateral buckling and, in the case of slender cross-sections, local buckling is very important, which are aggravated in the presence of high temperatures. The main objective of this dissertation was focused on the creation of a numerical analysis of the behaviour of stainless steel beams with rectangular hollow sections subject to fire and simple bending stresses. This numerical study is performed based on numerical investigation with Shell finite elements carried out with the software SAFIR with the objective of analysing the influence of the closed geometry of the element, the class of cross-section and the type of material in the bending behaviour of these stainless steel element subjected to high temperatures, laterally restricted and not restricted. The numerical results are compared with the current Eurocode 3 advocated methodology as well as the one included in the new generation of the Eurocode 3, concluding with the necessity of more studies which may result in the development of calculation proposals more precise and safer.