Análise Estrutural de Elementos Comprimidos Enformados a Frio de Aço à Temperatura Ambiente e ao Fogo

Abstract

Os elementos de aço enformados a frio são produzidos pela manipulação mecânica de chapa de aço, à temperatura ambiente. Por norma estas peças apresentam espessuras muito reduzidas, entre 0,5 e 6 milímetros, sendo frequentemente utilizadas na indústria da construção para variadíssimas aplicações, tanto estruturais como não estruturais. Na regulamentação em vigor sobre a verificação da resistência ao fogo de elementos estruturais de aço, mais especificamente na NP EN 1993-1-2:2010, ainda não foram desenvolvidas metodologias específicas que se adequem às especificidades dos elementos estruturais de aço enformado a frio, pois a norma torna os fatores de redução aplicáveis quer a elementos de aço laminado a quente como a elementos de aço enformado a frio, sendo limitada a temperatura crítica aos 350ºC. Nesta dissertação pretendeu-se avaliar o comportamento de colunas axialmente restringidas de secção simples de aço enformado a frio, em situação de incêndio. Para tal com o auxílio de um software do método de elementos finitos o Abaqus e utilizando modelos numéricos que foram calibrados com base em ensaios experimentais realizados na Universidade de Coimbra, foi desenvolvido um estudo paramétrico, para a avaliação da influência de diversos parâmetros no comportamento de colunas construídas com perfis de aço enformado a frio, nomeadamente esbelteza, dimensões, condições de fronteira, nível de carregamento e nível de restrição axial. A investigação feita no âmbito desta dissertação permitiu concluir que os parâmetros variados provocaram efeito na temperatura crítica das colunas, indicando que a limitação da temperatura crítica aos 350ºC foi conservativa para a maioria dos casos em que os níveis de restrição e carregamento são baixos e insegura para níveis altos. No futuro com o trabalho apresentado poder-se-á desenvolver um modelo de previsão, bem como uma proposta de alteração referente aos métodos dispostos na NP EN 1993-1-2:2010 acerca da influência de cada um dos parâmetros.

The cold formed steel members are the result of the mechanical manipulation of the steel plates at room temperature. Typically these parts are presented with a very small thickness 0.5 to 6 mm, this elements are used in the construction industry for a range of applications both structural and non-structural. The present regulations on the verification of the fire resistance of steel members, specifically in NP EN 1993-1-2:2010 have not yet developed a specific standard that meets the needs of the structural cold formed steel members, so as it stands the regulations are the same for cold formed steel members and hot rolled steel members, being that the temperature limit is 350°C. This thesis aimed to evaluate the behaviour of axially restrained cold formed steel columns with single open cross-sections in a fire situation. With the aid of a finite element software Abaqus, a numerical model was used and calibrated on the basis of experimental tests conducted at University of Coimbra. Based on a finite element model a parametric study was developed to assess the influence of various parameters on the behaviour of columns built with cold formed steel in particularly slenderness, dimensions, boundary conditions, load level and axial restraining level. All the research done during this thesis concludes that the various parameters caused an effect on the critical temperature of the columns indicating that the limiting of the temperature to 350°C was conservative for majority of cases in wich the restrictions levels and loading are low and insecure to high levels. In the future with the research developed will be able to create a predictive model as well as an amendment to the methods present in NP EN 1993-1-2:2010 about the influence of each parameter.