Numerical analysis of closed built-up cold-formed steel columns in fire scenario

Abstract

Cold-formed steel sections' adaptability makes it possible to combine various individualsections to create built-up components with much larger load-bearing capacities, making it astrong contender in the construction sector. This thesis was elaborated to detail the numericalparametric models that assess the behavior of CFS closed built-up columns in fire scenario, aswell as the ensuing results. To create 80 virtual specimens, the varying parameters were: crosssection (four different configurations using the C, U and Σ channels), length (1050 mm and3000 mm), load level (30% and 50% of the ambient temperature load bearing capacity) andspacing (five for each length). The main goal was to investigate the impact of the spacing whenthe columns were subjected to fire, so the service level was calibrated to make every columncollapse at the same critical temperature. With a ground of comparison — the temperature —the collapse load was compared. It was found that the spacing can reduce the load capacity upto 25.7%, when compared to the configuration with perfect connection. Another objective ofthe research was to see how accurate the Eurocode’s predictions were regarding criticaltemperature. Dividing the Eurocode’s method in two parts: the load bearing capacity at ambienttemperature and the iterative critical temperature mechanism, it was found that the latter is notvery good, while the first is bad and the least reliable of the two. Since the second part dependson the first, together they can generate a prediction that is 31.6% off-target, in some instances.

A adaptabilidade dos perfis de aço enformados a frio permite combinar várias perfisindividuaispara criar secções compostas com capacidades de carga muito maiores, tornando-os um forteconcorrente no sector da construção. Esta tese foi elaborada para pormenorizar os modelosnuméricos paramétricos que avaliam o comportamento de pilares de aço enformado a frio comsecção fechada em cenário de incêndio, bem como os resultados decorrentes. Para criar 80provetes virtuais, os parâmetros a variar foram: secção transversal (quatro configuraçõesdiferentes usando os perfis C, U e Σ), comprimento (1050 mm e 3000 mm), nível de carga (30%e 50% da capacidade de carga à temperatura ambiente) e espaçamento (cinco para cadacomprimento). O principal objetivo era investigar o impacto do espaçamento quando os pilareseram sujeitos ao fogo, pelo que o nível de serviço foi calibrado para que todos os pilarescolapsassem à mesma temperatura crítica. Com uma base de comparação — a temperatura —a carga de colapso foi comparada dentre os espaçamentos. Verificou-se que o espaçamentopode reduzir a capacidade de carga até 25,7%, quando comparado com a configuração comconexão perfeita. Outro objetivo da investigação foi verificar a exatidão das previsões doEurocódigo relativamente à temperatura crítica. Dividindo o método do Eurocódigo em duaspartes: a capacidade de carga à temperatura ambiente e o mecanismo iterativo da temperaturacrítica, verificou-se que este último não é muito bom, enquanto o primeiro é mau e o menosfiável dos dois. Uma vez que a segunda parte depende da primeira, em conjunto, podem geraruma previsão que, em alguns casos, está com 31,6% de erro.