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Publicação
Análise analítica e computacional da estabilidade ao fogo de colunas SHS em aço carbono e inoxidável
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Orientador(es)
Resumo(s)
A presente dissertação de mestrado aborda o estudo computacional e analítico da estabilidade
de colunas tubulares à compressão sob a ação do fogo, tendo sido avaliado o comportamento
dos diferentes materiais em estudo, S235, EN 1.4401/1.4404 e EN 1.4462. Numa primeira fase,
determinou-se a resistência à encurvadura linear elástica, a resistência plástica e a resistência
à encurvada não linear, de acordo com as equações dos Eurocódigos, para a temperatura
ambiente e para temperaturas elevadas até 800°C. De seguida, foram desenvolvidas
metodologias computacionais para cada tipologia de coluna em análise. Os resultados para a
resistência à encurvadura linear elástica mostraram que a diferença relativa entre a análise
analítica e computacional permanece uniforme, sendo esta exclusivamente dependente da
variação do módulo de elasticidade do material com a temperatura. A avaliação computacional
da resistência plástica das colunas foi restrita pelo elevado tempo computacional necessário,
contudo, concluiu-se que a metodologia implementada sobrestima a capacidade analítica das
secções em estudo. Nesta investigação conclui-se que a formulação analítica tende a
subestimar a resistência de encurvadura não linear das colunas com esbelteza generalizada
superior a 1 e a sobrestimar as colunas mais compactas, à temperatura ambiente. Contudo, a
600°C registou-se uma inversão drástica de comportamento para o aço ao carbono S235, onde
a formulação analítica subestimou significativamente a capacidade de carga de encurvadura
não linear para colunas mais compactas. Por outro lado, as colunas de aço inoxidável
mantiveram a tendência observada à temperatura ambiente, verificando-se alteração de
comportamento apenas nas duas colunas mais compactas de EN 1.4462. Posteriormente,
realizaram-se estudos térmicos e termomecânicos desacoplados, nos quais se validou a
capacidade do gesso de atuar como barreira térmica, mitigando a degradação das propriedades
mecânicas do aço quando exposto à ação da curva de incêndio padrão. Ficou evidenciada a
importância da localização da proteção, sendo esta maximizada para a situação estudada,
quando aplicada na extremidade encastrada da coluna, onde os esforços mecânicos são mais
críticos. Por último, o campo de temperatura complexo, gerado pela proteção parcial do gesso,
alertou para o fenómeno de migração da zona de falha mecânica, alargando perspetivas para
os trabalhos futuros no âmbito do dimensionamento na segurança contra incêndios.
Descrição
Palavras-chave
SHS columns Stainless steel Eurocodes Finite element analysis Fire Thermomechanical analysis Colunas SHS Aço inoxidável Eurocódigos Método dos elementos finitos Fogo Análise termomecânica