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.

O presente trabalho teve por objetivo desenvolver um código computacional com base no método dos elementos finitos, para análises termoestruturais de estruturas de aço aporticadas quando expostas a ações térmicas típicas de situações de incêndio. O código utilizado nas análises estruturais emprega elemento finito de pórtico não linear 3-D de formulação posicional. A formulação posicional utiliza como graus de liberdade as posições dos nós ao invés dos deslocamentos, resultando em uma descrição intrinsecamente não linear do comportamento geométrico das estruturas. Podem ser consideradas seções transversais quaisquer com o elemento finito em questão, e sua representação geral é tridimensional. Adota-se uma lei constitutiva tridimensional completa e a cinemática de Reissner, de modo que o modelo de plasticidade considera o efeito combinado das tensões normais e cisalhantes para verificação do critério 3-D de plasticidade. O código computacional desenvolvido permite que sejam realizadas análises térmicas transientes com base no método dos elementos finitos para se determinar campos de temperatura nas seções transversais dos elementos estruturais sujeitos ao fogo. Assim, a influência da temperatura nas propriedades dos materiais é levada em consideração para se avaliar o desempenho da estrutura em cada instante da análise em situação de incêndio, até que o colapso estrutural seja verificado. Análises de casos presentes na literatura são utilizados para validar os resultados obtidos, os quais comprovam a precisão do código computacional desenvolvido e da formulação posicional quando aplicados a análises de estruturas de aço aporticadas à temperatura ambiente e em situação de incêndio. / The present work deals with the development of a computational code based on the finite element method for thermo-structural analyses of steel framed structures when exposed to typical thermal actions of fire condition. The structural analysis is performed considering a computer code that uses 3-D frame nonlinear finite elements of positional formulation. This formulation is based on the positions of the finite element nodes, instead of displacements, which results in an intrinsically nonlinear description of the geometric behavior of structures. The cross-sections of finite elements can be of any geometry due to the tridimensional representation. A complete tridimensional constitutive law is used and, therefore, the effect of combined normal and shear stresses is taken into account for the tridimensional plasticity evolution. The developed computational code allows performing transient thermal analyses to determine the temperature field over the cross-sections of the structural elements subjected to fire. The influence of temperature on the material properties is considered to evaluate the structure response at each defined instant of the fire analysis, until the collapse occurs. The achieved results, when compared to those found in the literature, allow verifying the precision of the developed computational code when applied to steel frame analysis at ambient temperature and in fire situation.

As vigas mistas de madeira e concreto são formadas pela união de vigas de madeira a lajes de concreto armado por meio de conectores de cisalhamento. Quando os pisos mistos de madeira e concreto são comparados aos pisos construídos unicamente em madeira ou àqueles confeccionados somente em concreto armado é possível destacar algumas vantagens, incluindo o bom desempenho em situações de incêndio. Os elementos estruturais quando submetidos a ações térmicas sofrem redução de resistência e rigidez, sendo, desta forma, necessário conhecer as modificações sofridas por cada um de seus componentes, que para o caso estudado são: a madeira, o concreto e os conectores de cisalhamento. Desta forma, foi elaborada uma estratégia de modelagem numérica para o estudo de vigas mistas de madeira e concreto em situação de incêndio, utilizando o programa computacional ABAQUS, o qual é baseado no método dos elementos finitos. Em uma primeira etapa da pesquisa foram realizadas modelagens numéricas de vigas de madeira e mistas de madeira e concreto em temperatura ambiente, encontrando-se boa correlação entre as curvas força versus deslocamento no meio do vão obtida numericamente e por meio de ensaios disponíveis na literatura. Em seguida procedeu-se a calibração das propriedades térmicas e mecânicas da madeira brasileira, alcançando-se resultados numéricos próximos aos experimentais, seja em relação às temperaturas do elemento analisado seja em relação à curva de deslocamento vertical em função do tempo de incêndio. Por fim, a estratégia de modelagem termoestrutural desenvolvida para a viga mista de madeira e concreto forneceu curva de deslocamento vertical em função do tempo de incêndio semelhante à curva obtida por meio de modelo analítico disponível na literatura. Por meio do modelo elaborado foi possível observar que a elevação do nível de carregamento reduz o tempo de resistência do elemento estrutural e que a proteção térmica do concreto é essencial para aumentar o tempo até a ruptura da viga. / Timber-concrete composite beams are formed by the union of timber beams to reinforced concrete slabs through of shear connectors. When timber-concrete composite floors are compared to timber floors or reinforced concrete floors it is possible to highlight some advantages, including good performance in fire situations. When subjected to thermal actions, structural elements suffer strength and stiffness reductions, being, therefore, necessary to know the modifications suffered by each of its components, which for the case studied are: timber, concrete and shear connectors. Thus, it is developed a numerical modeling strategy using the computational program ABAQUS, which is based on the finite element method, for the study of timber-concrete composite beams in fire situation. In the first stage of the research it was carried out a numerical modeling of timber beam and timber-concrete composite beam at room temperature, finding good correlation between the force versus displacement curves in the middle of the span obtained numerically and through tests available in the literature. Then, it was carried out the calibration of the thermal and mechanical properties of the Brazilian wood, reaching numerical results close to the experimental ones, either in relation to the temperatures of the analyzed element or in relation to the vertical displacement curve as a function of the fire time. Finally, the thermo-structural modeling strategy developed for the timber-concrete composite beam provided a vertical displacement curve as a function of the fire time similar to the curve obtained through an analytical model available in the literature. Through of the elaborated model it was possible to observe that the load level increase reduces the resistance fire time of the structural element and that the thermal protection of the concrete is essential to increase the rupture time of the beam.

As vigas mistas de madeira e concreto são formadas pela união de vigas de madeira a lajes de concreto armado por meio de conectores de cisalhamento. Quando os pisos mistos de madeira e concreto são comparados aos pisos construídos unicamente em madeira ou àqueles confeccionados somente em concreto armado é possível destacar algumas vantagens, incluindo o bom desempenho em situações de incêndio. Os elementos estruturais quando submetidos a ações térmicas sofrem redução de resistência e rigidez, sendo, desta forma, necessário conhecer as modificações sofridas por cada um de seus componentes, que para o caso estudado são: a madeira, o concreto e os conectores de cisalhamento. Desta forma, foi elaborada uma estratégia de modelagem numérica para o estudo de vigas mistas de madeira e concreto em situação de incêndio, utilizando o programa computacional ABAQUS, o qual é baseado no método dos elementos finitos. Em uma primeira etapa da pesquisa foram realizadas modelagens numéricas de vigas de madeira e mistas de madeira e concreto em temperatura ambiente, encontrando-se boa correlação entre as curvas força versus deslocamento no meio do vão obtida numericamente e por meio de ensaios disponíveis na literatura. Em seguida procedeu-se a calibração das propriedades térmicas e mecânicas da madeira brasileira, alcançando-se resultados numéricos próximos aos experimentais, seja em relação às temperaturas do elemento analisado seja em relação à curva de deslocamento vertical em função do tempo de incêndio. Por fim, a estratégia de modelagem termoestrutural desenvolvida para a viga mista de madeira e concreto forneceu curva de deslocamento vertical em função do tempo de incêndio semelhante à curva obtida por meio de modelo analítico disponível na literatura. Por meio do modelo elaborado foi possível observar que a elevação do nível de carregamento reduz o tempo de resistência do elemento estrutural e que a proteção térmica do concreto é essencial para aumentar o tempo até a ruptura da viga. / Timber-concrete composite beams are formed by the union of timber beams to reinforced concrete slabs through of shear connectors. When timber-concrete composite floors are compared to timber floors or reinforced concrete floors it is possible to highlight some advantages, including good performance in fire situations. When subjected to thermal actions, structural elements suffer strength and stiffness reductions, being, therefore, necessary to know the modifications suffered by each of its components, which for the case studied are: timber, concrete and shear connectors. Thus, it is developed a numerical modeling strategy using the computational program ABAQUS, which is based on the finite element method, for the study of timber-concrete composite beams in fire situation. In the first stage of the research it was carried out a numerical modeling of timber beam and timber-concrete composite beam at room temperature, finding good correlation between the force versus displacement curves in the middle of the span obtained numerically and through tests available in the literature. Then, it was carried out the calibration of the thermal and mechanical properties of the Brazilian wood, reaching numerical results close to the experimental ones, either in relation to the temperatures of the analyzed element or in relation to the vertical displacement curve as a function of the fire time. Finally, the thermo-structural modeling strategy developed for the timber-concrete composite beam provided a vertical displacement curve as a function of the fire time similar to the curve obtained through an analytical model available in the literature. Through of the elaborated model it was possible to observe that the load level increase reduces the resistance fire time of the structural element and that the thermal protection of the concrete is essential to increase the rupture time of the beam.

O presente trabalho teve por objetivo desenvolver um código computacional com base no método dos elementos finitos, para análises termoestruturais de estruturas de aço aporticadas quando expostas a ações térmicas típicas de situações de incêndio. O código utilizado nas análises estruturais emprega elemento finito de pórtico não linear 3-D de formulação posicional. A formulação posicional utiliza como graus de liberdade as posições dos nós ao invés dos deslocamentos, resultando em uma descrição intrinsecamente não linear do comportamento geométrico das estruturas. Podem ser consideradas seções transversais quaisquer com o elemento finito em questão, e sua representação geral é tridimensional. Adota-se uma lei constitutiva tridimensional completa e a cinemática de Reissner, de modo que o modelo de plasticidade considera o efeito combinado das tensões normais e cisalhantes para verificação do critério 3-D de plasticidade. O código computacional desenvolvido permite que sejam realizadas análises térmicas transientes com base no método dos elementos finitos para se determinar campos de temperatura nas seções transversais dos elementos estruturais sujeitos ao fogo. Assim, a influência da temperatura nas propriedades dos materiais é levada em consideração para se avaliar o desempenho da estrutura em cada instante da análise em situação de incêndio, até que o colapso estrutural seja verificado. Análises de casos presentes na literatura são utilizados para validar os resultados obtidos, os quais comprovam a precisão do código computacional desenvolvido e da formulação posicional quando aplicados a análises de estruturas de aço aporticadas à temperatura ambiente e em situação de incêndio. / The present work deals with the development of a computational code based on the finite element method for thermo-structural analyses of steel framed structures when exposed to typical thermal actions of fire condition. The structural analysis is performed considering a computer code that uses 3-D frame nonlinear finite elements of positional formulation. This formulation is based on the positions of the finite element nodes, instead of displacements, which results in an intrinsically nonlinear description of the geometric behavior of structures. The cross-sections of finite elements can be of any geometry due to the tridimensional representation. A complete tridimensional constitutive law is used and, therefore, the effect of combined normal and shear stresses is taken into account for the tridimensional plasticity evolution. The developed computational code allows performing transient thermal analyses to determine the temperature field over the cross-sections of the structural elements subjected to fire. The influence of temperature on the material properties is considered to evaluate the structure response at each defined instant of the fire analysis, until the collapse occurs. The achieved results, when compared to those found in the literature, allow verifying the precision of the developed computational code when applied to steel frame analysis at ambient temperature and in fire situation.