Análise da influência de altas temperaturas na resistência de painéis de concreto armado através da análise limite

Abstract

As estruturas de concreto armado podem ter o seu comportamento significativamente alterado quando expostas a altas temperaturas. As elevadas temperaturas provocam a deterioração das propriedades termomecânicas dos materiais e induzem deformações térmicas, gerando esforços por deformações restringidas e alterando a geometria da estrutura. No presente trabalho, busca-se avaliar a influência do fogo na resistência das estruturas de painel de concreto armado. Neste contexto, a análise limite apresenta um método de verificação e dimensionamento prático e direto, através da superposição dos diagramas de interação das seções e da distribuição de esforços ao longo da estrutura. Para o cálculo dos diagramas e da distribuição de esforços, é necessário o conhecimento dos perfis de temperaturas ao longo das seções dos painéis, os quais foram obtidos, neste trabalho, numericamente pelo software Mecway. Para cada tempo de exposição ao fogo, o diagrama de interação é determinado pela integração das resistências do concreto e do aço ao longo da seção, considerando os diferentes parâmetros que controlam o problema, como espessura da seção, área de armadura e resistência à compressão do concreto. Modelando o painel como uma viga, o momento fletor e as distribuições de esforços normais são calculados levando em conta os efeitos de segunda ordem causados pela excentricidade da carga de peso próprio induzida pelas deformações térmicas, cuja consideração se tornou bastante relevante. Vários exemplos referentes à análise de estabilidade de painéis submetidos a altas temperaturas são apresentados com o objetivo de avaliar o efeito de alguns parâmetros relevantes sobre a resistência da estrutura. Além disso, quanto maior a altura e menor a espessura do painel, mais significativos são estes efeitos. A altura do painel teve grande influência na distribuição de esforços. A variação da área de aço não trouxe grandes mudanças na distribuição dos esforços, mas algumas regiões do diagrama de interação tiveram significativos aumentos no seu domínio. Em relação ao aumento da espessura, verificou-se considerável aumento do domínio de resistência nos diagramas, e também uma diminuição da solicitação de momento fletor, devido à diminuição da flecha.

Reinforced concrete structures have their behavior significantly altered when exposed to high temperatures. The high thermal gradients cause deterioration of the thermo-mechanical properties of the materials together with thermal-induced deformations, which in turn modify the geometry of the structure. The aim of the present work is to evaluate the influence of fire occurrence on the strength of the reinforced concrete panel structures. In this context, the Yield Design Theory presents a practical and direct method of verification and design, by overlapping the interaction diagrams of the sections and the stress distribution along the structure. The temperature profiles along the sections of the panels are obtained numerically by the Mecway software. For each time of fire exposure, the interaction diagram is then determined by integrating the concrete and steel strengths along the section with explicit account for the different parameters controlling the problem, such as the section thickness, reinforcement area and concrete compressive strength. Modeling the panel as a beam, the bending moment as well as the normal effort distributions are computed considering the second order effects caused by the eccentricity of the self-weight load induced by the thermal deformations. Several examples concerning the stability analysis of panels submitted to high temperatures are presented with the objective of evaluating the effect of some relevant parameters on the strength of the structure. In addition, the higher the height and the lower the panel thickness, the more significant these effects are. The height of the panel had a great influence on the distribution of forces. The variation of the steel area did not bring about major changes in the distribution of the stresses, but some regions of the interaction diagram had significant expansions. With respect to the increase in thickness, there was considerable expansion in the diagrams, as well as a decrease in the bending moment request, due to the reduction of the displacement.