A utilização do elemento estrutural viga mista aço-concreto, que consiste da associação de vigas de aço (perfil do tipo I) com lajes de concreto (maciça ou com forma de aço incorporada), têm sido considerável nas obras de engenharia civil, tanto no contexto mundial como no Brasil. Parte da eficiência desse elemento estrutural está diretamente relacionada ao trabalho em conjunto de ambos os materiais, ou seja, do tipo de interação entre aço e concreto. Para um comportamento estrutural adequado das vigas mistas, essa interação é garantida por meio de elementos metálicos denominados conectores de cisalhamento, cujas principais funções consistem em transferir forças de cisalhamento longitudinais do concreto para o aço na interface entre laje e viga, bem como impedir a separação vertical entre laje de concreto e perfil metálico, movimento conhecido como uplift. Nesse sentido, o presente trabalho tem como objetivo principal uma pesquisa com base em referências bibliográficas sobre o assunto vigas mistas, bem como é proposta a elaboração de um modelo numérico tridimensional para viga mista, objetivando simular satisfatoriamente seu comportamento estrutural, em temperatura ambiente e em situação de incêndio, cujos resultados serão comparados com valores, obtidos numérica e experimentalmente, extraídos de trabalhos apresentados por outros pesquisadores. Para a modelagem numérica, utilizou-se o código de cálculo ABAQUS 6.3-1, elaborado com base nos métodos dos elementos finitos (MEF) / Composite steel-concrete beam have been commonly considered in steel-framed building used in civil engineering, not only in Brazil but also in the worldwide context. The efficiency of this structural element is directly related with the type of interaction between steel beam and concrete slab, which is assured using metallic elements called shear connectors, with the objective to transfer longitudinal shear forces from concrete slab to steel beam, in the interface, and avoid the vertical separation between concrete slab and steel beam (uplift). In this sense, the aim of the present work is to carry out a bibliographical review about composite steel-concrete beam, as well as propose a three dimensional non-linear procedure for modeling only full shear connection in composite beam. The three-dimensional numerical models constructed must be capable of predicting de response of composite beam, in ambient temperature an also in elevated temperatures (fire conditions). The computer program ABAQUS 6.3-1, based on finite element method, was used to analyze the numerical modeling. The accuracy of the three-dimensional numerical models are demonstrated by analyses of the results obtained with the models which are compared with the experimental results, obtained and presented by others researches

Este trabalho apresenta um estudo do comportamento de pilares de aço em situação de incêndio, abordado desde um ponto de vista numérico. Foram realizadas cerca de meio milhar de modelagens, utilizando o programa Vulcan e códigos desenvolvidos pelo autor deste trabalho, considerando-se análise não-linear geométrica e do material, a curva temperatura-tempo ISO 834, variação das propriedades termo-mecânicas de 4 tipos de aço, para vários perfis britânicos e brasileiros. Foi estudado o efeito da dilatação térmica em pilares com restrição aos deslocamentos axiais. Foi feita uma análise paramétrica em base a um modelo constituído por um pilar e uma mola axial em uma das suas extremidades. Foram construídas curvas para determinação da temperatura crítica a partir das normas Eurocódigo 3 Parte 1-2:2005 e ANSI/AISC 360-05 que são a base de modificações que serão apresentadas nas futuras ABNT/NBR 14323 e ABNT/NBR 8800. / This work presents studies about steel columns in fire situation with a numerical focus. The program Vulcan and some codes in Matlab developed by the author of this work were used for the modeling of more than half thousand models. The numerical models were solved considering geometric and material non-linearity, ISO 834 temperature-time curve, thermo-mechanical variation on 4 different steels, for some European and Brazilian typical cross sections. The effect of axial restrain for thermal dilatation on steel columns was studied. A parametric analysis based on a model using springs was made. Some curves for critical temperature determination were designed based on calculations using Eurocode 3 Part 1-2:2005 and ANSI/AISC 360-05, those International Standards are the base for the studies on preparing the new Brazilian Standards ABNT/NBR 14323 and ABNT/NBR 8800.

O interesse pelo estudo de estruturas em situação de incêndio vem aumentando dadas as inúmeras ocorrências internacionais, que resultaram em colapso estrutural de edificações. As recentes revisões das normas técnicas brasileiras reforçam a preocupação de organismos públicos e da comunidade técnica. A contribuição deste trabalho é determinar como os esforços resistentes em perfis isolados de aço são afetados pela ação térmica provenientes do incêndio, ou melhor, em função das variáveis que modelam o incêndio natural. Para tanto foi desenvolvido o programa de computador STRESFIRE capaz de calcular a ação térmica conforme curvas paramétricas, a transferência de calor para a peça de aço e o esforço resistente em função da temperatura na formulação a ser apresentada na revisão da NBR 14323:1999. / The interest by study of structures in fire situation has increased due to several international occurrences, which resulted in structural collapse of buildings. The recent revisions of the Brazilian technical standards reinforce the concern of public organisms and technical community. The contribution of this work is determine how the structural resistance of isolated steel element is affected by fire thermal action, in other words, the variables that model the natural fire. A software STRESFIRE was developed, which calculates the temperatures in the compartment, the heat transfer to steel member and the fire resistance by analytical methods.

Dentro do conjunto de aspectos relacionados à elaboração de projetos em estruturas de aço e mistas de aço e concreto, destaca-se como de grande importância e interesse, para fins de dimensionamento, a consideração de elementos estruturais submetidos a temperaturas elevadas. Nesse sentido, o presente trabalho tem como objetivo principal propor a construção de modelos numéricos tridimensionais de pilares de aço pertencentes a sistemas estruturais correntes da construção civil, para análise em situação de incêndio, com vistas a simular numericamente a evolução dos níveis de temperatura ao longo do tempo com posterior acoplamento termoestrutural. Considera-se uma análise paramétrica com vista a variar as restrições axiais totais e parciais da barra, no referente aos deslocamentos axiais, contemplando desde a situação de extremidade livre até a restrição completa em resposta à consideração de apoio do tipo fixo, por exemplo. Os resultados numéricos são comparados a ensaios experimentais de outros autores, bem como com outros trabalhos numéricos já publicados. São obtidas respostas de deslocamentos axiais e laterais do modelo termoestrutural para diversas disposições de paredes em relação ao perfil, bem como gráficos do acréscimo de força axial introduzido no sistema pela restrição axial. Os estudos aqui realizados poderão servir como base para novas pesquisas tanto no campo numérico quanto experimental, assim como para futuras revisões da ABNT NBR 14323:1999, buscando contemplar situações de interesse não abordadas neste documento normativo. Os resultados da pesquisa apontam que a consideração do campo térmico com a inclusão da alvenaria no modelo termoestrutural pode melhorar consideravelmente o desempenho do elemento estrutural em situação de incêndio. / Within the set of aspects related to the development of researches in steel and composite steel and concrete structures, stands out with great importance and interest, aiming to dimension, the consideration of structural elements subjected to high temperatures. In this way, the present work has as main objective to propose the construction of three-dimensional numerical models of steel columns that belong to current structural systems of civil construction, for examination in fire situation, aiming to simulate numerically the evolution of temperature levels throughout of time with later termoestrutural coupling. It will be considered a parametric analysis in order to vary the total and partial axial restraint in respect to the axial displacements, since the free end situation until the complete restriction in response to the consideration of support for the fixed type, for example. The numerical results are compared to experimental tests made by other authors, as well as with others numerical works already published. Answers are obtained from axial and lateral displacements of the thermo structural model to many displacement of wall related to the profile, also charts of adding axial force introduced into the system by the axial restraint. The results of the current research could serve as a basis for further research in both the numerical field or experimental, also for future revisions of ABNT NBR 14323:1999, aiming to see situations of interest not studied in the same normative document. The results of this work show that consideration of thermal field with the inclusion of masonry in the thermo structural model can, significantly, improve the performance of the structural element in a fire situation.

Sistemas mistos de aço e concreto são aqueles em que o elemento de aço trabalha estruturalmente em conjunto com o concreto. Essa associação dos materiais resulta numa melhor utilização de ambos os materiais tanto quanto à capacidade resistente, quanto em caráter construtivo, funcional e estético. O presente trabalho tem como finalidade a análise de vigas de aço e mistas de aço e concreto parcialmente revestidas em situação de incêndio. Esse estudo tem grande importância tendo em vista os incidentes com altas temperaturas em edificações ocorridos ao longo dos anos. O aumento de temperatura nas estruturas é um efeito nocivo, pois prejudica a rigidez e a resistência dos materiais, podendo levar estruturas ao colapso. As análises das vigas mistas aço e concreto parcialmente revestidas em situação de incêndio foram feitas através de análises experimentais que foram realizadas no forno horizontal à gás do Laboratório de Engenharia de Estruturas da EESC/USP. Foram realizados ensaios de flexão em pontos em altas temperaturas e a variável nos ensaios foi o fator de carga aplicado no meio do vão das vigas. Foi possível comparar o comportamento das vigas metálica e mistas, bem como as temperaturas em vários pontos ao longo do elemento por meio de termopares colocados em pontos estratégicos. Transdutores de deslocamento também foram usados para saber o valor de deslocamento nos apoios e no meio do vão das vigas. Uma análise térmica bidimensional através do ABAQUS também foi feita para comparação de resultados. Conclui-se que para uma mesma carga aplicada os deslocamentos foram mais expressivos nos ensaios das vigas em situação de incêndio se comparados aos valores obtidos nos ensaios à temperatura ambiente, observou-se o efeito benéfico do revestimento de concreto ao perfil metálico, responsável por um ganho expressivo de resistência ao fogo quando comparado aos elementos puramente metálicos e por fim obteve-se boa concordância entre as temperaturas encontradas por modelagem numérica através do ABAQUS e dos ensaios experimentais realizados. / Composite steel and concrete systems are those in which the steel element works structurally in conjunction with the concrete. This association of the materials results in a better use of both materials as much as the resistant capacity, as well as in a constructive, functional and aesthetic character. The present work has the purpose of analyzing steel beams and mixed steel and concrete partially coated in a fire situation. This study has great importance in view of the incidents with high temperatures in buildings that have occurred over the years. The increase in temperature in the structures is a harmful effect, as it impairs the rigidity and the resistance of the materials, which can lead to collapse structures. The analyzes of the composite steel and concrete composite beams in a fire situation were made through experimental analyzes that were carried out in the horizontal gas furnace of the Laboratory of Structural Engineering of EESC/USP. Bending tests were performed on points at high temperatures and the variable in the tests was the load factor applied in the middle of the span of the beams. It was possible to compare the behavior of the metallic and composite beams as well as the temperatures at various points along the element by means of thermocouples placed at strategic points. Displacement transducers were also used to know the displacement value in the supports and in the middle of the span of the beams. A two-dimensional thermal analysis through ABAQUS was also done for comparison of results. It was concluded that for the same applied load the displacements were more expressive in the tests of the beams in the fire situation compared to the values obtained in the tests at room temperature, the beneficial effect of the concrete coating was observed on the metallic profile, responsible for a an expressive gain of fire resistance when compared to the purely metallic elements and finally a good agreement was obtained between the temperatures found by numerical modeling through ABAQUS and the experimental tests performed.

O presente trabalho teve como objetivo principal estudar, em caráter essencialmente numérico via ANSYS v9.0, a elevação de temperatura em seções transversais de elementos estruturais de aço e mistos de aço e concreto, com vistas a uma avaliação das equações propostas pelo método simplificado de cálculo da NBR 14323:1999, em especial, para situações em que não ocorra aquecimento uniforme por todos os lados do elemento. São apresentados modelos numéricos de seções transversais de elementos estruturais de aço, mistos de aço e concreto e, em caráter complementar, de madeira, em situação de incêndio, para avaliar a evolução dos níveis de temperatura ao longo do tempo. São também construídos e analisados modelos numéricos com vistas à análise do efeito da elevação de temperatura no comportamento mecânico em vigas de aço de um edifício de interesse. A determinação dos níveis de temperatura em seções transversais de elementos estruturais, obtidas com base nas prescrições normativas da NBR 14323:1999, conduzem a resultados satisfatórios, porém, com temperaturas próximas as temperaturas máximas obtidas numericamente. Para os casos usuais não contemplados pela NBR 14323:1999 fica evidente a necessidade do emprego de modelo avançado de cálculo ou de estudos com vistas ao desenvolvimento de ferramentas analíticas para emprego em tais situações. Com relação à análise do efeito da elevação de temperatura no comportamento mecânico, os fatores de redução de resistência para as vigas em situação de incêndio obtidos via ANSYS resultaram inferiores àqueles obtidos via TCD v5.0, com base na análise da seção transversal e procedimentos normativos. / This research presents a study, within the context of numerical analysis with ANSYS v9.0, in which the main goal has been driven to obtain the rise of temperature in steel and composite steel-concrete structural elements cross sections with the purpose of evaluating the temperature determination by normative equations proposed in brazilian standard NBR 14323:1999, considering the simple calculation model, specially in situations with not uniform exposition of the elements cross sections to the fire. Numerical models of steel, composite steel-concrete and wooden structural elements cross sections in fire situation are presented to evaluate the levels of temperature throughout the time. Numerical models to analyze the effect of the rise of temperature in the mechanical behavior of steel beams of a building of interest are also presented. The temperature levels obtained for structural elements by prescriptions of NBR 14323:1999 lead to satisfactory results but with temperatures near to the maximum temperatures obtained numerically. For the usual cases not contemplated by the NBR 14323:1999, is evident the necessity of employing advanced calculation models or studies for the development of analytical methods for such situations. With respect to the analysis of temperature rising effects in the mechanical behavior, the reduction factors for the resistance in fire situation, obtained by ANSYS, resulted smaller than those ones obtained by TCD v5.0, with base on the analysis of elements cross sections and normative procedures.

No que se refere as estruturas, apesar de os esforços resistentes de cálculo (força axial de compressão e momento fletor) em situação de incêndio estarem previstos nas prescrições normativas da ABNT, Eurocode, AISC e outros documentos pertinentes ao tipo de análise, o efeito da instabilidade local no esforço resistente das seções dos perfis \"I\" de aço soldados e laminados ainda não se encontra bem delineado em função da elevação de temperatura, sendo que as normas técnicas acabam superestimando o referido efeito, conduzindo a um dimensionamento antieconômico. Devido às vantagens associadas ao pequeno peso próprio e à eficiência de perfis \"I\" de aço, esbeltos, esses elementos são amplamente utilizados na construção civil. Entretanto, as regras atuais de dimensionamento em situação de incêndio das normas técnicas são imprecisas, podendo inviabilizar a utilização de perfis esbeltos para essa finalidade. A presente pesquisa teve como objetivo o estudo aprofundado do efeito da instabilidade local em perfis \"I\" de aço no dimensionamento em situação de incêndio. Foi realizada modelagem computacional via SAFIR, programa de computador de análise termestrutural, com base no Método dos Elementos Finitos (MEF), prospecção de resultados e comparação dos esforços resistentes advindos da aplicação das prescrições normativas àqueles obtidos via MEF. Para perfis de catálogos comerciais ou normatizados, os resultados obtidos permitem identificar que as normas técnicas ABNT NBR 14.323:2013 e Eurocode 3 Parte 1-2 são conservadoras para pilares na faixa de temperatura entre 600,00 ºC e 800,00 ºC e vigas na faixa de temperatura entre 400,00 ºC e 800,00 ºC, subestimando os resultados. Ademais, foi possível verificar que as normas técnicas não são conservadoras em geral, sendo que para algumas circunstâncias os resultados são satisfatórios ou até mesmo contra a segurança. Neste trabalho, mostrou-se a necessidade de aprimoramentos em termos de precisão nas normas técnicas vigentes no que se refere à instabilidade local em situação de incêndio. / Regarding structures, although fire resistance efforts (axial compression and bending moment) are predicted according to the ABNT, Eurocode, AISC and other documents related to that kind of analysis, the local buckling effect on resistance of steel \"I\" welded and hot rolled cross sections in function of temperature requires further studies, being that the technical references overestimate its value leading to a non-economical design. Considering slender \"I\"-shaped profiles advantages linked to its lightweight and effectiveness, those materials are widely used in civil construction. However, actual design rules in fire situation are imprecise, being able to make unfeasible the usage of slender cross sections. The present research aimed a comprehensive study of the local buckling effect on steel \"I\" cross sections in fire situation. It has been conducted computational modeling through SAFIR, specific software of thermostructural analysis, based on the Finite Element Method (FEM), prospection of results and comparison of the resistance efforts obtained from the application of the normative prescriptions and the ones obtained through FEM. For commercial and standardized catalog profiles, obtained results allow to identify that ABNT NBR 14.323:2013 and Eurocode 3 Part 1-2 are conservative for temperature range between 600,00 ºC and 800,00 ºC for columns and for temperature range between 400,00 ºC to 800,00 ºC for beams, underestimating the results. In addition, it was possible to verify that the standards are not conservative at all, being that for some circumnstances results are satisfactory or even against safety. In the present work, it was exhibited the need of enhancements in terms of precision on current standards regarding local buckling at elevated temperatures.

Durante as fases de concepção de uma aeronave, a segurança ée um dos principais itens considerados, bem como desempenho, custo e tempo de desenvolvimento. Com relação à segurança, a proteção contra incêndios a bordo ée uma preocupação constante, tanto de fabricantes, como operadoras e órgãos homologadores. Vários acidentes aéreos ocorreram por falta de meios e procedimentos adequados para a correta ação na presença de fogo em vôo. Esse problema agrava-se ainda mais quando o incêndio ocorre nos compartimentos de carga, geralmente locais de difícil acesso em vôo. Após a ocorrência de alguns acidentes, os órgãos homologadores determinaram regras para o projeto de compartimentos de carga em aeronaves. Uma dessas imposições ée o uso de sistemas de detecção, extinção e supressão de fogo em certos compartimentos. Atualmente, na maioria das aeronaves de transporte de passageiros os compartimentos de carga possuem uma classificação que exige a presença de sistemas antifogo. Como os requisitos de um projeto são, além do desempenho, custo e tempo de desenvolvimento e, no caso de aeronaves, o peso; há um interesse em criar ferramentas que auxiliem no desenvolvimento do sistema de extinção e supressão de fogo, determinando um sistema adequado com bom desempenho, em um espaço curto de tempo, e que atenda aos requisitos de segurança impostos. Esse presente trabalho apresenta inicialmente uma introdução à origem do fogo, ao elemento extintor e suas propriedades, aos critérios de certificação que criaram o sistema antifogo e aos sistemas comumente utilizados. Em uma segunda etapa, o trabalho apresenta a formulação de uma ferramenta matemática que determinará o comportamento temporal do agente extintor, valendo-se de teorias físicas. Essa formulação resultará em uma ferramenta computacional que será devidamente validada, atingindo assim a capacidade de simular com antecedência os resultados de um ensaio de certificação de um sistema de extinção e supressão de fogo.

O presente estudo trata da importância e operação do sistema de supressão de fogo no compartimento de carga de aeronaves considerando fatos históricos relevantes ao assunto e à evolução dos requisitos e processos construtivos para tal sistema. ÉE feita uma modelagem do sistema para estudo do comportamento do fluxo de agente extintor no escoamento através da tubulação de distribuição, desde o disparo da garrafa de extinção atée a saída do agente no compartimento de carga da aeronave. Com o desenvolvimento de uma metodologia de cálculo da vazão, considerando as características técnicas do sistema e as propriedades físicas do agente extintor, obtêm-se um modelo desenvolvido por programação no software Matlab (Versão 6.5; copyright 1984-2002, The MathWorks, Inc). Alguns resultados são gerados para avaliação da influência de cada parâmetro de entrada sobre o comportamento do sistema, tais como pressão da garrafa de extinção, pressão do compartimento de carga, diâmetro e comprimento da tubulação de distribuição e temperatura de operação. Os resultados obtidos em virtude da simulação paramétrica do modelo são comentados ressaltando em cada caso a relevância do componente em questão sobre o sistema. Este trabalho tem importância ao passo que permite analisar como uma modificação de projeto impacta no desempenho do sistema como um todo, possibilitando ao time de projeto avaliar uma proposta de modificação ou optar por outra solução.

A presente Dissertação apresenta algumas metodologias disponíveis para o dimensionamento do material de revestimento contra fogo de estruturas de aço em situação de incêndio. Incluem-se métodos analíticos simplificados conforme normas em vigor e resultados de análises experimentais obtidos por laboratórios internacionais e nacional. Detalha-se também a aplicação do programa de computador Super Temp Calc (STC), em análise térmica e dimensionamento de pilares, revestidos ou não por material de revestimento contra fogo, em contato com alvenarias. Comparações entre esses métodos e sugestões de emprego para a prática de projeto também são contemplados neste trabalho. / This present work shows some methodologies to determine the thickness of the fire protective material in steel structures in a fire situation. It shows analytical methods based on actual standards and results of experimental analysis by international and national laboratories. The application of the program Super Temp Calc (STC) is detailed, by thermal analysis and designs of columns, with fire protection or not, in contact with masonry. Comparisons between some methods and suggestions by use for design´s practical also are contemplated in this work.