Modelação do comportamento ao fogo de ligações mistas de aço e betão

Abstract

O comportamento das ligações viga-coluna em situação de incêndio no desempenho global da estrutura, começou a suscitar interesse quando se concluiu que estas eram muitas vezes o motivo da cedência da estrutura. Estudos realizados comprovaram que a resistência e a rigidez da estrutura sofriam redução quando sujeitas a temperaturas elevadas acabando as ligações por entrar em rotura. Nesta dissertação são analisados os resultados obtidos em ensaios experimentais, anteriormente realizados, numa ligação mista viga-coluna de aço e betão, com laje mista de chapa colaborante. Estes ensaios foram divididos em dois grupos, um grupo à temperatura ambiente, que consistiu em três ensaios com carregamento distintos (monotónico negativo, monotónico positivo e cíclico) e outro a temperaturas elevadas, em que as ligações eram aquecidas até aos 600ºC e depois levadas à rotura por aplicação de momento fletor e esforço axial. Estes ensaios são parte dum programa de ensaios mais vasto de ligações ao fogo após sujeição a uma ação cíclica. O efeito da ação cíclica na ligação foi ignorado nesta dissertação e a ligação considerada sem qualquer dano o que na realidade foi quase verdade. O modelo experimental foi reproduzido numericamente com recurso ao programa de elementos finitos ABAQUS. Neste programa apenas foram realizadas duas simulações, uma à temperatura ambiente, que consistiu em levar a ligação à rotura por aplicação de momento negativo e outra a temperaturas elevadas, que consistiu no aquecimento da ligação até aos 600ºC e seguidamente levá-la à rotura por aplicação de esforço axial e momento fletor. Concluiu-se que em ambas as situações a resistência e a rigidez da ligação diminuíram com o aumento da temperatura. O modo de rotura alterou-se com o aumento da temperatura, à temperatura ambiente ocorreu devido à rotura dos parafusos, já a temperaturas elevadas esta ocorreu devido à plastificação da chapa de topo. Concluiu-se ainda que a análise numérica previu com alguma exatidão o comportamento mecânico da ligação à temperatura ambiente. Já a temperaturas elevadas o mesmo foi verificado mas não se deve tirar conclusões tão diretas uma vez que nos ensaios experimentais a ligação tinha sido sujeita previamente a um carregamento cícl

The behaviour of beam column joints subjected to fire in the global structural performance began to arouse interest when it was shown that the joints were in many cases responsible for the collapse of the structure. Several studies then proved that the resistance and stiffness of the structure diminished when exposed to high temperatures, which results in the failure of the joints. The main objective of this thesis was to analyse the results obtained from previous fire resistance tests on composite steel concrete joints of a beam to a columns having a composite steel deck attached to the beam. These experimental tests were divided in two groups, the first at ambient temperature and the second at high temperatures. The first consisted in three tests with following load types: hogging bending moment, sagging bending moment, and cyclic. In the second, the joints were first heated heated up to 600ºC and then subjected to axial force and bending moment up to failure. These tests are part of a wider testing program on joints subjected to fire after cyclic loading. In this thesis the effect of cyclic loading in the joint has been ignored and considered without any damage what in reality was almost true. The experimental model was reproduced numerically using the finite elements software ABAQUS. Two numerical simulations were performed, the first at ambient temperature, consisted on subject the joint to hogging bending moment until failure and the second one at high temperatures, consisted on heating the joint to 600ºC and then subject to axial force and bending moment until failure. It was concluded that the load-bearing capacity and stiffness of the joint diminished with the temperature. The failure mode at ambient temperature was due to the failure of the bolts and at high temperatures was due to the plastification of the end plate. It was also concluded that the numerical analysis predicted with considerable accuracy the behavior of the joint at ambient temperature. However the same should not be said with the same certainty for the high temperatures tests since the joints had previously been subjected to cyclic loading