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Título: Uma abordagem numérica e analítica para determinação da temperatura e do momento fletor crítico em vigas de aço em situação de incêndio
Autor(es): Nunes, Jonathan Madeira de Barros
Orientador(es): Bezerra, Luciano Mendes
Assunto: Aço - estruturas
Aço - tratamento térmico
Vigas
Data de publicação: 20-Mar-2020
Referência: NUNES, Jonathan Madeira de Barros. Uma abordagem numérica e analítica para determinação da temperatura e do momento fletor crítico em vigas de aço em situação de incêndio. 2005. xxi, 186 f., il. Tese (Doutorado em Estruturas e Construção Civil)—Universidade de Brasília, Brasília, 2005.
Resumo: A situação de incêndio em uma estrutura constitui um carregamento acidental que pode efetivamente provocar colapsos em estruturas. Os efeitos catastróficos de um incêndio devem ser evitados com medidas preventivas, e torna-se imperativo para evitar tais catástrofes o conhecimento do comportamento das estruturas em situação de incêndio. Este trabalho apresenta uma contribuição ao estudo do comportamento de vigas metálicas em perfil I sob situação de incêndio natural. Apresenta-se um estudo sobre o fenômeno do incêndio, sobre os mecanismos de transmissão de calor e operacionalizou-se um código computacional que usa o método dos elementos finitos para a análise térmica bidimensional. Propôs-se uma formulação analítica para o cálculo do momento nominal da instabilidade de vigas metálicas com flexo-torção lateral, formulação esta que leva em consideração a possibilidade de aquecimento desigual das mesas do perfil I, bem como a assimetria de rigidez das mesas. O desenvolvimento da formulação apresentada seguiu dois enfoques, o do equilíbrio de esforços e o enfoque energético. Diversos casos de incêndio natural variando-se a carga de incêndio e a ventilação, bem como o tempo de duração do incêndio, foram estudados para três tipos de perfis metálicos com diferentes fatores de massividades. Os exemplos de aplicação da formulação aqui apresentada foram analisados e revelam que as variações de temperatura ao longo do perfil durante o incêndio natural apresentam fortes não linearidades. Constatou-se que o momento nominal calculado levando em conta a diferença de temperatura nas mesas da viga pode levar a valores bem mais altos do que os valores recomendados pela Norma Brasileira. Sugestões para uso prático dos resultados obtidos neste trabalho são também apresentadas.
Abstract: Fire produces thermal load that can generate collapse of structural members. The catastrophic effects of a fire on a structural system should always be avoided with preemptive measurements. However, it is essential to have the appropriate knowledge of the behavior of structural members to understand the risk of collapses and to take appropriate actions to avoid collapse during a fire incident. With the knowledge of the behavior of structural members, there are more chances to keep away from tragedies. This work is a contribution to the study of the behavior of steel beams under natural fire. The phenomenon of fire is studied, the weakening of the material properties is pointed out, and the heat transfer mechanism is described. A computer code, based on the finite element method, was implemented for the specific task of running thermal analysis of twodimensional bodies. An analytical solution for the determination of the flexural-torsional buckling moment of the steel beam I section is presented. The formulation considered different temperature conditions (and consequently, different material properties) on the flanges of the beam. The development of the analytical formulation followed two strategies: the equilibrium between external and internal forces, and the energy method. Several cases of natural fires with a variety of fire loads, aeration ratios, and time durations of fire were studied. Three types of steel I beam section with different massivities are subjected to the natural fires described before. Examples of application of the finite element code for thermal analysis and of the analytical solution of the lateral buckling of beams under fire are presented. The analyses of the results showed that the temperature variation along the I beam section is very non-linear during fire. It is also demonstrated along the examples that the critical bending moment taking into account the temperature difference of the beam flanges is higher than the values recommended by the Brazilian Standard. Suggestions for practical use of the results here presented are also offered.
Unidade Acadêmica: Faculdade de Tecnologia (FT)
Departamento de Engenharia Civil e Ambiental (FT ENC)
Informações adicionais: Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2005.
Programa de pós-graduação: Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção Civil
Aparece nas coleções:Teses, dissertações e produtos pós-doutorado

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