Estudo numérico da estabilidade de vigas alveolares em situação de incêndio

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Silva, Jaqueline Alves da
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10198/21809
Resumo: Mestrado de dupla diplomação com a UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do Paraná
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spelling Estudo numérico da estabilidade de vigas alveolares em situação de incêndioVigas alveolaresEncurvadura lateral torsionalResistência a temperaturas elevadasModos de colapsoModelagem numéricaTensões residuaisDomínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia CivilMestrado de dupla diplomação com a UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do ParanáA viga alveolar é um tipo de viga metálica que é usualmente originária de vigas de seção-I laminada a quente, onde é cortada a alma com uma linha padrão para se obterem, após o deslocamento e a soldadura, aberturas com geometrias diversas. Estuda-se o comportamento termomecânico das viga alveolares para diferentes geometrias, variando o diâmetro de furo, o espaçamento entre furos e a altura final do perfil, considerando quatro temperaturas de referência: 20, 500, 600 e 700 [°C]. Tem-se como objetivo avaliar a influência dos parâmetros geométricos na resistência das vigas, a carga de colapso para diferentes temperaturas, identificar os modos de instabilidade mais ocorrentes, analisando especialmente a encurvadura lateral torsional e encurvadura do montante da alma, e averiguar qual o efeito das tensões residuais no momento de colapso. A investigação foi feita pelo método de elementos finitos, utilizando o software ANSYS. Foram realizadas um total de 201 simulações, com um modelo numérico para as vigas sólidas e alveolares com o elemento finito de casca SHELL181. Os resultados obtidos são comparados com o que é proposto pelos métodos simplificados do Eurocódigo 3 parte 1-1, Eurocódigo 3 parte 1-2 e do guia SCI-P355. São estudadas vigas simplesmente apoiadas com apoios de forquilha em suas extremidades, em condições de temperatura constante com uma carga uniformemente distribuída sobre o banzo. As análises numéricas são baseadas em modelos não lineares de geometria e material, considerando imperfeições geométricas baseadas no primeiro modo de instabilidade e, no caso de vigas curtas, na força de perturbação através de uma carga lateral no centro da viga. São ainda considerados diferentes perfis de tensões residuais e analisada a influência destas na resistência das vigas alveolares. Conclui-se que os modos de colapso das vigas alveolares estão mais relacionados ao comprimento da viga do que aos parâmetros geométricos das aberturas propriamente. Vigas curtas com altura do Tê relativamente pequena, colapsam por mecanismo de Vierendeel, para alturas maiores o colapso é devido a encurvadura do montante da alma. Vigas mais compridas colapsam por encurvadura lateral-torsional. A metodologia de seção-2Tê aplicada no cálculo do momento resistente à encurvadura pelo Eurocódigo gerou resultados majorados quando comparada com a simulação numérica. A presença ou não das tensões residuais na alma não influencia em sua capacidade resistente, nem no modo de colapso.The cellular beam is a type of steel beam usually originated from the hot-rolled I-section beam, where the web is cut with a pattern line in order to obtain, after displacement and welding, openings in the web with different geometries. The studies will focus on thermomechanical behavior of the cellular beam for different geometries, varying the opening diameter, the spacing between the openings and the final height of the profile, four temperatures will be studied, being 20, 500, 600 and 700 [°C]. This dissertation purpose is to evaluate the influence of the geometric parameters in the resistance, the collapse load for different temperatures, to identify the most frequent instability modes, especially analyzing the lateral torsional buckling and web-post buckling, and the effect of the residual stresses at the collapse moment. The investigation was done applying the finite element method, using ANSYS software. A total of 201 simulations were performed, with a numerical model for the solid and cellular beams with the finite shell element SHELL181. The results are compared with those proposed by the simplified methods of Eurocode 3 part 1-1, Eurocode 3 part 1-2 and guide SCI-P355. Simply supported beams with fork supports at their ends are studied under constant temperature conditions with a uniformly distributed load on the flange. The numerical analysis are based on nonlinear models of geometry and material, considering geometric imperfections based on the first mode of instability and, in the case of short beams, on the perturbation force through a lateral load in the center of the beam. Different residual stresses patterns are also considered and their influence on the strength of the cellular beams is analyzed. It is concluded that the collapse modes of the cellular beams are more related to the length of the beam than to the geometric parameters of the apertures themselves. Short beams, with relatively small Tee height, collapse by Vierendeel mechanism, for higher heights the collapse is due to web-post buckling. Longer beams collapse by lateral torsional buckling. On the geometric parameters, the resistant moment of the beam increases when the geometry of the section indulges the increase of the cross-section and the web-post plastic resistance. The 2T approach applied to the calculation of the buckling-resistant moment by the Eurocode generated increased results when compared to the numerical simulation. The presence or absence of residual stresses in the web does not influence its resistant capacity or collapse mode.Mesquita, L.M.R.Dalcanal, Paôla ReginaBiblioteca Digital do IPBSilva, Jaqueline Alves da2020-04-24T13:56:41Z202020182020-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10198/21809TID:202473368porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-21T10:49:16Zoai:bibliotecadigital.ipb.pt:10198/21809Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T23:13:14.896069Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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