Avaliação do comportamento de ligações mistas viga-pilar e viga-viga, em temperatura ambiente e em situação de incêndio, e seus efeitos no comportamento da estrutura
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Data de Publicação: | 2023 |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/18376 |
Resumo: | Steel-concrete composite connections are those in which the transfer of forces between structural elements, as well as stiffness and strength, are simultaneously ensured by steel and concrete components and elements. At room temperature, the behavior of steel-concrete composite connections is well known. However, the behavior of these connections in fire situations and their effects on the structure still need to be further investigated. This study investigated, through numerical analyses, the behavior of beam-beam and beam-column composite connections in steel and concrete, both at room temperature and in fire situations, as well as their effects on the overall structural behavior. Initially, a bibliometric analysis and subsequent systematic review of the literature regarding studies involving steel-concrete composite connections in fire situations were conducted to identify the main knowledge gaps in the field. Subsequently, numerical models of steel and steel-concrete composite connections were constructed and validated under both room temperature and fire conditions. Subsequently, a parametric analysis was conducted, simulating 663 numerical models of composite connections under both ambient temperature and fire conditions. The variables under study encompassed connection type, beam and column profiles, negative reinforcement ratio of the composite connection, degree of steel-concrete interaction between the composite beam and slab, slab type, direction of moment curvature at the connection, steel strength, and concrete strength. All parametric variables exerted influence on connection behavior. Fire conditions revealed distinct failure mechanisms compared to those observed under ambient temperature for all connection types. Practical equations were formulated for calculating moment resistance and initial stiffness at ambient temperature, as well as minimum stiffness during a fire and cumulative rotation variation, specifically for beam-column composite connections. Subsequently, to evaluate the impact of connections on the fire behavior of structures, 8 building models were constructed. In these analyses, significant influence of the number of stories and fire location on building behavior was observed. Moreover, the fire resistance duration of the buildings exceeded that of isolated connection models, reinforcing the importance of considering the global behavior of structures, along with proper interactions among elements, in fire situation design. |
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Nicoletti, Renato SilvaSouza, Alex Sander Clemente dehttp://lattes.cnpq.br/3572504605209699Almeida, Saulo José de Castrohttp://lattes.cnpq.br/9478326120626402http://lattes.cnpq.br/3109388079611718https://orcid.org/0000-0002-3021-0944https://orcid.org/0000-0003-3411-0649https://orcid.org/0000-0003-4037-544003980c9c-77d9-4535-b0c7-99e8430866ad2023-08-07T12:55:38Z2023-08-07T12:55:38Z2023-08-04NICOLETTI, Renato Silva. Avaliação do comportamento de ligações mistas viga-pilar e viga-viga, em temperatura ambiente e em situação de incêndio, e seus efeitos no comportamento da estrutura. 2023. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2023. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/18376.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/18376Steel-concrete composite connections are those in which the transfer of forces between structural elements, as well as stiffness and strength, are simultaneously ensured by steel and concrete components and elements. At room temperature, the behavior of steel-concrete composite connections is well known. However, the behavior of these connections in fire situations and their effects on the structure still need to be further investigated. This study investigated, through numerical analyses, the behavior of beam-beam and beam-column composite connections in steel and concrete, both at room temperature and in fire situations, as well as their effects on the overall structural behavior. Initially, a bibliometric analysis and subsequent systematic review of the literature regarding studies involving steel-concrete composite connections in fire situations were conducted to identify the main knowledge gaps in the field. Subsequently, numerical models of steel and steel-concrete composite connections were constructed and validated under both room temperature and fire conditions. Subsequently, a parametric analysis was conducted, simulating 663 numerical models of composite connections under both ambient temperature and fire conditions. The variables under study encompassed connection type, beam and column profiles, negative reinforcement ratio of the composite connection, degree of steel-concrete interaction between the composite beam and slab, slab type, direction of moment curvature at the connection, steel strength, and concrete strength. All parametric variables exerted influence on connection behavior. Fire conditions revealed distinct failure mechanisms compared to those observed under ambient temperature for all connection types. Practical equations were formulated for calculating moment resistance and initial stiffness at ambient temperature, as well as minimum stiffness during a fire and cumulative rotation variation, specifically for beam-column composite connections. Subsequently, to evaluate the impact of connections on the fire behavior of structures, 8 building models were constructed. In these analyses, significant influence of the number of stories and fire location on building behavior was observed. Moreover, the fire resistance duration of the buildings exceeded that of isolated connection models, reinforcing the importance of considering the global behavior of structures, along with proper interactions among elements, in fire situation design.As ligações mistas de aço e concreto são aquelas em que a transferência de esforços entre os elementos estruturais, bem como a rigidez e a resistência são garantidas, simultaneamente, por componentes e elementos em aço e em concreto. Em temperatura ambiente, o comportamento de ligações mistas de aço e concreto é bem conhecido. Porém, o comportamento das ligações em situação de incêndio e seus efeitos na estrutura ainda precisam ser investigados com mais profundidade. O presente trabalho avaliou, por meio de análises numéricas, o comportamento de ligações viga-viga e viga-pilar, mistas de aço e concreto, em temperatura ambiente e em situação de incêndio bem como seus efeitos no comportamento da estrutura. Inicialmente, conduziu-se uma análise bibliométrica e posterior revisão sistemática da literatura acerca dos trabalhos envolvendo ligações mistas de aço e concreto em situação de incêndio, a fim de identificar as principais lacunas do conhecimento da área. Na sequência, foram construídos e validados. modelos numéricos de ligações metálicas e mistas de aço e concreto, em temperatura ambiente e em situação de incêndio. Em seguida, fez-se uma análise paramétrica, na qual foram simulados 663 modelos numéricos de ligações mistas em temperatura ambiente e em situação de incêndio. As variáveis estudadas foram o tipo de ligação, os perfis de vigas e pilares, a taxa de armadura negativa da ligação mista, o grau de interação aço-concreto entre a viga mista e a laje, o tipo de laje, o sentido do momento fletor na ligação, a resistência do aço e a resistência do concreto. Todas as variáveis paramétricas influenciaram no comportamento das ligações. Para todos os tipos de ligações, observou-se, em situação de incêndio, mecanismos de falha diferentes dos verificados em temperatura ambiente. Para as ligações mistas viga-pilar, foram desenvolvidas equações práticas para calcular o momento resistente e a rigidez inicial em temperatura ambiente, bem como a rigidez mínima durante um incêndio e a variação acumulada da rotação. Em seguida, a fim de avaliar a influência das ligações no comportamento de estruturas em situação de incêndio, foram construídos 8 modelos de edifícios. Em tais análises, observou-se significativa influência do número de pavimentos e da posição do incêndio no comportamento do edifício. Além disso, o tempo de resistência ao fogo dos edifícios foi superior ao dos modelos de ligações isoladas, o que corrobora a importância de considerar o comportamento global das estruturas, com as devidas interações entre elementos, no projeto em situação de incêndio.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Processo n.º 88887.599918/2021-00, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civil - PPGECivUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessEstruturas mistas de aço e concretoLigações mistasIncêndioAnálises numéricasDimensionamentoSteel-concrete composite structuresComposite connectionsFire situationNumerical analysesDesignENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ESTRUTURASAvaliação do comportamento de ligações mistas viga-pilar e viga-viga, em temperatura ambiente e em situação de incêndio, e seus efeitos no comportamento da estruturaEvaluation of the behavior of composite beam-column and beam-beam connections, at ambient temperature and in a fire situation, and its effects on the structure behaviorinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis600600242fa859-dca3-4ba8-a5db-7c2958333dfereponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTese_Renato_S_Nicoletti.pdfTese_Renato_S_Nicoletti.pdfTese de Doutorado - Renato Silva Nicolettiapplication/pdf14882406https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18376/4/Tese_Renato_S_Nicoletti.pdfbb6968d99278794013fc1ab638eaac3dMD54CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18376/5/license_rdff337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD55TEXTTese_Renato_S_Nicoletti.pdf.txtTese_Renato_S_Nicoletti.pdf.txtExtracted texttext/plain490798https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18376/6/Tese_Renato_S_Nicoletti.pdf.txta75f9bcb588ed00727146f8447b87425MD56ufscar/183762024-05-14 18:28:46.491oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/18376Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222024-05-14T18:28:46Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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Steel-concrete composite connections are those in which the transfer of forces between structural elements, as well as stiffness and strength, are simultaneously ensured by steel and concrete components and elements. At room temperature, the behavior of steel-concrete composite connections is well known. However, the behavior of these connections in fire situations and their effects on the structure still need to be further investigated. This study investigated, through numerical analyses, the behavior of beam-beam and beam-column composite connections in steel and concrete, both at room temperature and in fire situations, as well as their effects on the overall structural behavior. Initially, a bibliometric analysis and subsequent systematic review of the literature regarding studies involving steel-concrete composite connections in fire situations were conducted to identify the main knowledge gaps in the field. Subsequently, numerical models of steel and steel-concrete composite connections were constructed and validated under both room temperature and fire conditions. Subsequently, a parametric analysis was conducted, simulating 663 numerical models of composite connections under both ambient temperature and fire conditions. The variables under study encompassed connection type, beam and column profiles, negative reinforcement ratio of the composite connection, degree of steel-concrete interaction between the composite beam and slab, slab type, direction of moment curvature at the connection, steel strength, and concrete strength. All parametric variables exerted influence on connection behavior. Fire conditions revealed distinct failure mechanisms compared to those observed under ambient temperature for all connection types. Practical equations were formulated for calculating moment resistance and initial stiffness at ambient temperature, as well as minimum stiffness during a fire and cumulative rotation variation, specifically for beam-column composite connections. Subsequently, to evaluate the impact of connections on the fire behavior of structures, 8 building models were constructed. In these analyses, significant influence of the number of stories and fire location on building behavior was observed. Moreover, the fire resistance duration of the buildings exceeded that of isolated connection models, reinforcing the importance of considering the global behavior of structures, along with proper interactions among elements, in fire situation design. |
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