Análise da confiabilidade estrutural de uma coluna de aço em situação de incêndio

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Silva, Lucas Araújo Rodrigues da
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Federal de Alagoas (UFAL)
Texto Completo: http://www.repositorio.ufal.br/handle/riufal/5397
Resumo: Although it is widely used as a structural material, steel presents as a disadvantage the vulnerability to fire, with steel columns being most affected by the accident. In Brazil, ABNT NBR 14323 (2013) is the standard that presents the procedures for the sizing of steel structures in a fire situation, including compressed elements. However, the use of prescriptive (deterministic) norms, which do not directly consider the uncertainties associated with the problem, can lead to uneconomical projects or inadequate levels of safety, especially for exceptional fire situations. On the other hand, the application of the theory of reliability to the structures subject to fire arises as an option in relation to the deterministic methods found in the norms, allowing the uncertainties to be considered and providing a quantitative measure of structural safety, the probability of failure. In this context, the present work analyzes the reliability of a steel column in a fire situation, sized according to Brazilian standards. For this, it was developed in Microsoft® Excel software a mechanical computational module, whose main function was to perform thermal and structural analysis of the column. The developed tool was coupled to a reliability module, which consisted of a set of MATLAB® programmed subroutines through which the reliability methods FORM and Monte Carlo were applied. The results obtained showed that the random variables with greater influence in the problem change with the time of the variables associated with the structural analysis were more important in the initial instants and those related to the fire modeling and the thermal analysis a greater participation in more advanced instants. In addition, curves of the probability of failure variation were constructed as a function of fire time, temperature and other variables involved in the problem. The results illustrate that the structure does not present an adequate level of safety, reaching high probabilities of failure during the Required Fire Resistance Time (TRRF) indicated by the standard. Finally, it was possible to conclude that although the rules lead to safe projects under normal conditions of use, the same does not occur for the exceptional case of fire.
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On the other hand, the application of the theory of reliability to the structures subject to fire arises as an option in relation to the deterministic methods found in the norms, allowing the uncertainties to be considered and providing a quantitative measure of structural safety, the probability of failure. In this context, the present work analyzes the reliability of a steel column in a fire situation, sized according to Brazilian standards. For this, it was developed in Microsoft® Excel software a mechanical computational module, whose main function was to perform thermal and structural analysis of the column. The developed tool was coupled to a reliability module, which consisted of a set of MATLAB® programmed subroutines through which the reliability methods FORM and Monte Carlo were applied. The results obtained showed that the random variables with greater influence in the problem change with the time of the variables associated with the structural analysis were more important in the initial instants and those related to the fire modeling and the thermal analysis a greater participation in more advanced instants. In addition, curves of the probability of failure variation were constructed as a function of fire time, temperature and other variables involved in the problem. The results illustrate that the structure does not present an adequate level of safety, reaching high probabilities of failure during the Required Fire Resistance Time (TRRF) indicated by the standard. Finally, it was possible to conclude that although the rules lead to safe projects under normal conditions of use, the same does not occur for the exceptional case of fire.Apesar de ser muito utilizado como material estrutural, o aço apresenta como desvantagem a vulnerabilidade ao fogo, sendo as colunas de aço as mais afetadas com o sinistro. No Brasil, a ABNT NBR 14323 (2013) é a norma que apresenta os procedimentos para o dimensionamento de estruturas de aço em situação de incêndio, incluindo os elementos comprimidos. Entretanto, a utilização de normas prescritivas (determinísticas), que não consideram diretamente as incertezas associadas ao problema, pode conduzir a projetos antieconômicos ou com níveis de segurança inadequados, especialmente para situações excepcionais de incêndio. Por outro lado, a aplicação da teoria da confiabilidade às estruturas sujeitas ao fogo surge como uma opção em relação aos métodos determinísticos encontrados nas normas, permitindo que as incertezas sejam consideradas e fornecendo uma medida quantitativa da segurança estrutural, a probabilidade de falha. Nesse contexto, o presente trabalho analisa a confiabilidade de uma coluna de aço em situação de incêndio, dimensionada conforme as normas brasileiras. Para isso, foi desenvolvido no software Microsoft® Excel um módulo computacional mecânico, cuja função principal foi realizar a análise térmica e estrutural da coluna. A ferramenta desenvolvida foi acoplada a um módulo de confiabilidade, que consistiu em um conjunto de sub-rotinas programadas em MATLAB® através do qual foram aplicados os métodos de confiabilidade FORM e Monte Carlo. Os resultados obtidos mostraram que as variáveis aleatórias com maior influência no problema mudam com o tempo de incêndio, tendo as variáveis associadas à análise estrutural uma maior importância em instantes iniciais e aquelas relativas à modelagem do incêndio e à análise térmica uma maior participação em instantes mais avançados. Além disso, foram construídas curvas da variação da probabilidade de falha em função do tempo de incêndio, da temperatura e de outras variáveis envolvidas no problema. Os resultados ilustram que a estrutura não apresenta um nível de segurança adequado, atingindo elevadas probabilidades de falha durante o Tempo Requerido de Resistência ao Fogo (TRRF) indicado pela norma. Finalmente, foi possível concluir que apesar de as normas conduzirem a projetos seguros em condições normais de uso, o mesmo não ocorre para o caso excepcional de incêndio.Universidade Federal de AlagoasBrasilCurso de Engenharia CivilUFALRicardo, Alverlando Silvahttp://lattes.cnpq.br/2899168876084507Souto, Nicolas Alves de OliveiraCorreia, Vinicius CostaSilva, Lucas Araújo Rodrigues da2019-07-11T16:32:31Z2019-07-112019-07-11T16:32:31Z2019-07-05info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisapplication/pdfSILVA, Lucas Araújo Rodrigues da Silva. Análise da confiabilidade estrutural de uma coluna de aço em situação de incêndio. 2019. 82 f. 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