Análise da resistência ao fogo de pórticos em aço pelo método dos elementos finitos

Abstract

O incêndio se constitui como uma ação altamente nociva às condições de estabilidade estrutural de edificações. Na esfera das estruturas metálicas, os efeitos térmicos podem ser refletidos na degradação das propriedades mecânicas e potencializados pelos gradientes de temperatura, fluxo de calor, contato dos perfis com as línguas de fogo, interações estruturais, etc. Nesse contexto, é indispensável conhecer a performance do esqueleto estrutural em situação de incêndio, tanto para mitigar os danos localizados como para evitar o, eventual, colapso da estrutura. O presente trabalho tem por objetivo estudar o comportamento conjunto de elementos estruturais em situação de incêndio através da análise numérica de pórticos em aço sob elevadíssimas temperaturas. Dois modelos foram desenvolvidos: o primeiro retrata o fenômeno da transferência de calor e o segundo a simulação termomecânica, onde este último foi, devidamente, calibrado com resultados experimentais. O step Dynamic Implicit do ABAQUS/Standard foi selecionado para conduzir a simulação termoestrutural. A capacidade do algoritmo frente as altíssimas não linearidades dos materiais e geométricas foi testada. Para avaliar a resistência termomecânica dos pórticos um extensivo estudo paramétrico foi realizado. Estudou-se a influência da tensão de escoamento, da taxa de carregamento mecânico, da localização do incêndio, dos modelos de curvas de tensão versus deformação e, por fim, o uso de expressões analíticas para substituir a modelagem do heat transfer. A boa aderência entre as curvas numéricas e experimentais indica que a metodologia empregada é capaz de prever a temperatura crítica de um sistema estrutural dado a deflagração de um incêndio. Entretanto, como limitação, não permite identificar os mecanismos de ruptura provocados pela carga térmica.