Comportamento ao fogo de colunas tubulares quadradas em aço preenchidas com betão

Abstract

A utilização de colunas tubulares preenchidas com betão apresenta inúmeras vantagens quer do ponto de vista estrutural, devido à sua elevada robustez, ductilidade e resistência ao fogo, quer do ponto de vista arquitectónico. Por esse motivo, a sua aplicação tem-se vindo a generalizar nos últimos tempos. Apesar das várias vantagens que o uso deste tipo de elementos apresenta, existe ainda uma escassez de resultados experimentais que permitam uma caracterização fiel do seu comportamento face a uma situação de incêndio. A falta de resultados é ainda mais acentuada se o objetivo for estudar o efeito que a restrição axial e rotacional provocadas por um edifício têm nos elementos em questão. Na presente dissertação, inserida num projeto europeu (EU RFSR-CT-2012-00025), são relatados uma série de ensaios experimentais, incidindo em colunas mistas de aço preenchidos com betão armado de secção quadrada e de elevada esbelteza, sujeitas a uma situação de incêndio e com restrição à dilatação axial térmica. No estudo, variaram-se parâmetros como a secção transversal das colunas, a sua esbelteza e os coeficientes de restrição axial e rotacional. Com esta pesquisa, percebeu-se o comportamento favorável que estes elementos apresentam em situação de incêndio, apresentando uma resistência ao fogo bastante superior quando comparada com uma secção metálica equivalente. Adicionalmente, foi desenvolvido um modelo numérico, que permitiu transpor os resultados obtidos para secções diferentes das ensaiadas. Uma vez que atualmente a comunidade científica tem vindo a mostrar especial interesse em melhorar os métodos de cálculo constantes na EN 1994-1-2 (2011), é necessário o desenvolvimento de modelos experimentais que permitam a elaboração de novos métodos de cálculo simplificado. Posto isto, torna-se clara a motivação para realizar modelos experimentais semelhantes aos que se descrevem neste texto. Na pesquisa realizada percebeu-se que o aumento do coeficiente de restrição à dilatação térmica não influencia significativamente o tempo crítico da coluna testada. Apesar disso, as forças adicionais de restrição geradas sofrem um maior acréscimo quanto mais restringida estiver a dilatação axial do elemento. Os resultados obtidos permitirão o desenvolvimento de um estudo paramétrico com o objetivo de estabelecer novos métodos de cálculo simplificados.

The use of concrete filled tubular columns has many advantages in the structural field, due to the high robustness, ductility and fire resistance, and in the architectural field, due to the attractive appearance. Those are the reasons why its application has increased in the last few years. Although there are lots of advantages in using these elements, there are a few experimental results that allow a correct characterization of their behaviour in fire. The lack of results is even bigger if the aim is to study the effect of the restraint to thermal elongation. In this dissertation, inserted in the European project (EU RFSR-CT-2012-00025), are reported a large series of test results in slender concrete filled square hollow columns in fire with restrained thermal elongation. During this study, several parameters were studied such as the cross section, the slenderness and the axial restraint ratio. In this research it was showed the good performance of these elements in a fire situation. They presented a fire resistance much higher than an equivalent steel section. It was also developed a numerical model that allows enlarge the test results to sections that weren’t previously tested. Once the researchers have been showing a special interest in improving the numerical methods that allow the elaboration of new simplified methods, it is clear why is this study needed. In this research, it was showed that increasing the restraint to thermal elongation doesn’t lead to significant changes in the critical times of the tested column. Nevertheless, the additional restraining forces rise with the increasing of the axial restraint ratio. The results of this research allow the development of a parametric study to establish a new simple calculation model.