Numerical models of steel columns under fire condition considering the axial restraint

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