Modelação Numérica do Comportamento ao Fogo de Pilares em Aço Enformado a Frio com Secção Sigma

Abstract

Ao longo dos últimos anos tem-se verificado um uso crescente de elementos em aço enformado a frio (AEF) na construção, crescimento que se deve às vantagens que apresenta quando comparado com outros materiais. A elevada procura deste material levou à criação de normas de dimensionamento à temperatura ambiente. No entanto, não foram ainda estabelecidas normas de dimensionamento especificas para elementos de AEF em situação de incêndio, na qual as estruturas de aço são suscetíveis de sofrer fenómenos de encurvadura e degradação das suas propriedades mecânicas.A presente dissertação procura avaliar o comportamento de colunas em aço enformado a frio com secção transversal em sigma (Σ), sigma-plus (Σ+), 2-sigma (2Σ) e 2-sigma-plus (2Σ+), submetidas a temperaturas elevadas, de modo a identificar o seu comportamento estrutural em situação de incêndio. Os modelos numéricos destes elementos foram realizados com o auxílio do software de elementos finitos Abaqus, e calibrados a partir de resultados experimentais. Este trabalho divide-se em duas partes, sendo a primeira dedicada à realização e calibração do modelo numérico com os resultados experimentais obtidos e a segunda à análise de influência de alguns parâmetros que não foram avaliados experimentalmente, como os diferentes níveis de carregamento, a espessura da secção transversal e a distância entre parafusos nas secções compostas.O estudo do comportamento das colunas de aço enformado a frio em situação de incêndio deve ser continuado. Não obstante, como verificado nesta dissertação, em alguns casos as metodologias de dimensionamento presentes na EN 1993-1-2 (2005) podem apresentar resultados conservadores para estes elementos, não beneficiando das suas vantagens estruturais face a outros materiais.

Over the last few years, there has been an increasing use of cold-formed steel elements (CFS) in construction. This growth has occurred due to the advantages that this material presents when compared to others. Its high demand has led to the creation of design methods for ambient temperature. However, specific design methods have not been yet established for CFS elements in a fire situation, in which steel structures are likely to suffer buckling phenomena and degradation of their mechanical properties.This dissertation aims to present a work on the evaluation of the behavior of cold-formed steel columns with sigma (Σ), sigma-plus (Σ +), 2-sigma (2Σ) and 2-sigma-plus (2Σ +) cross sections, subjected to high temperatures, in order to identify its structural behavior. The numerical models of these elements were performed with the support of the finite element software Abaqus, and calibrated with experimental results.This dissertation is divided in two parts. The first one dedicated to the calibration of the numerical model with the experimental results and the second one with the analysis of the influence of some parameters that were not experimentally evaluated, such as the different loading levels, the thickness of the steel profile and the distance between screws in the compound sections.The study of the behavior of cold-formed steel columns in fire conditions must be continued. However, as verified in this dissertation, in some cases the design methodologies that are in EN 1993-1-2 (2005) may give conservative results for these elements, not benefiting from their structural advantages over other materials.