Numerical evaluation of nonlinear behavior and strength of steel-concrete composite structures in fire situation.

Programa de P?s-Gradua??o em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.A presente pesquisa tem como objetivo principal a avalia??o num?rica do desempenho de estruturas mistas de a?o-concreto em situa??o de inc?ndio. A capacidade resistente dos materiais que comp?em as vigas, colunas e p?rticos mistos, no caso o a?o e o concreto, fica comprometida quando expostos a condi??o de elevadas temperaturas, uma vez que suas caracter?sticas f?sicas e de resist?ncia se deterioram em fun??o da eleva??o da temperatura. Desse modo, os dois m?dulos computacionais, CS-ASA/FA (Computational System for Advanced Structural Analysis/Fire Analysis) e CS-ASA/FSA (Computational System for Advanced Structural Analysis/Fire Structural Analysis) s?o desenvolvidos e adaptados para a an?lise n?o linear de estruturas mistas sob temperaturas elevadas. O primeiro m?dulo calcula o campo de temperatura em se??es transversais quaisquer de a?o, concreto armado e mistas, de onde se pode obter tamb?m a degrada??o das propriedades desses materiais expostos ao fogo. O segundo ? desenvolvido para realizar an?lises inel?stica de segunda ordem (AISO) de estruturas em situa??o de inc?ndio. No contexto da AISO via m?todo dos elementos finitos (MEF), ? empregado uma formula??o corrotacional para acompanhar os grandes deslocamentos e rota??es do sistema estrutural. J? o comportamento elasto-pl?stico do material ? simulado atrav?s do acoplamento do M?todo da R?tula Pl?stica Refinado (MRPR) com o M?todo da Compatibilidade de Deforma??es (MCD). A metodologia num?rica proposta ? avaliada e testada com sucesso na an?lise de vigas, pilares e p?rticos planos de a?o-concreto em situa??o de inc?ndio utilizando os resultados experimentais e num?ricos dispon?veis na literatura. Finalmente, o estudo num?rico ? complementado com a AISO de arcos de a?o e estruturas de concreto armado em situa??o de inc?ndio.The present research has as main objective the numerical evaluation of steel-concrete composite structures behavior in fire situation. The steel and concrete materials composing isolated structural members (beams and columns) and frames have their bearing capacity compromised when exposed to high temperature conditions, since their physical and resistance characteristics deteriorate as the temperature rise. Thus, two computational modules, CS-ASA/FA (Computational System for Advanced Structural Analysis/Fire Analysis) and CS-ASA/FSA (Computational System for Advanced Structural Analysis/Fire Structural Analysis) are developed and adapted for nonlinear analysis of steel-concrete composite structures under elevated temperatures. The first module calculates the temperature field in any steel, reinforced concrete and composite cross-section, from which also the materials properties degradation exposed to fire can be obtained. The second module performs the second order inelastic analysis (SOIA) of structures in fire conditions. In the SOIA context via finite element method (FEM), a corotational formulation is used to follow the large displacements and rotations of the structural system, and the material elasto-plastic behavior is simulated through the Refined Plastic Hinge Method (RPHM) and Strain Compatibility Method (SCM) coupling. The proposed numerical methodology is evaluated and tested with success on the analyze of steel-concrete beams, columns and plane frames in fire situation using the experimental and numerical results available in the literature. Finally, the numerical study is complemented with the SOIA of steel arches and RC structures under fire conditions