Experimental analysis partially encased composite steel-concrete beams in fire

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