Análise numérica do comportamento estrutural de vigas casteladas de aço em situação de incêndio com ênfase nos modos de falha por plastificação

Abstract

Em virtude dos incêndios de grandes proporções ocorridos no Brasil, que resultaram em graves perdas nos últimos anos, diversos estudos vêm sendo desenvolvidos visando a elaboração de critérios para dimensionamento de estruturas em situação de incêndio. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento estrutural de vigas casteladas de aço em situação de incêndio com ênfase nos modos de falha por plastificação, por meio de simulação numérica. Foram desenvolvidos e validados modelos capazes de simular o comportamento das vigas alveolares de aço em temperatura ambiente. Com base nestes modelos numéricos, foram realizadas análises em condições isotérmicas de temperatura a 400 °C, 500 °C, 600 °C e 700 °C, simulando o aquecimento dos perfis por meio da degeneração das propriedades dos materiais. Os resultados obtidos possibilitaram analisar o comportamento das vigas em situação de incêndio e em temperatura ambiente, bem como propor modelos de predição da resistência para os modos de falha relacionados à plastificação, que podem ser utilizados para verificação tanto em temperatura ambiente quanto em situação de incêndio. O modelo proposto para predição da resistência à flambagem do montante de alma de vigas casteladas, que contempla a falha por escoamento do montante, apresentou resultados compatíveis com os obtidos numericamente, para todas as temperaturas analisadas, e melhores que outros modelos pré-existentes. O estudo representa um avanço para análise e projeto de vigas alveolares de aço em situação de incêndio.

Due to the large fires that occurred in Brazil, which have resulted in serious losses in recent years, several studies have been developed aiming at the elaboration of criteria for designing structures in fire situations. In this context, the aim of this study was to evaluate the structural behavior of steel beams in fire with emphasis on failure modes by plastification, by numerical models. Models capable of simulating the behavior of alveolar steel beams at environment temperature were developed and validated. Based on numerical models, analyzes were performed under isothermal temperature conditions at 400 °C, 500 °C, 600 °C and 700 °C, simulating the heating of the profiles by means of the degeneration of the properties of the materials. The results allowed to analyze the behavior of beams in fire and in environment temperature, as well as to propose models for predicting the resistance of failure modes related to plastification, which can be used for checking both at room temperature and in a fire situation. The proposed model to predict the resistance to the web-post buckling of castellated beams presented results compatible with those obtained numerically, for all temperatures analyzed, and better than other pre-existing models. The study represents an advance for the analysis and design of alveolar steel beams in fire situation.