Lurs Simões da Silva, CMM Paulo Cruz, UM Nuno Lopes, UA

J. Almeida Fernandes LNEC António Batista, LNEC:

-..... --.-

1

VIII CONGRESSO a: Construcão Metálicá e Mista

Actas do VIII Congresso de Constmção Metálica e Mista

Centro Cultural Vila Flor 24 e 25 de Novembro de 201 1

Luís Simões da Silva

Departamento de Engenharia Civil Faculdade de Ciências e Tecnologia da Uuiversidade de Coimbra

Coimbra, Portugal

Paulo Cruz

Universidade do Minha Guimarães, Portugal

Nuno Lopes

Universidade de Aveira Aveiro, Portugal

J, Almeida Fernandes

LNEC - Laboratório Nacional de Engenharia Civil Lisboa, Portugal

Anlónio naptista

LNEC - Laboratório Nacional de Engenharia Civil Lisboa, Portugal

orgal1i=açào: CMM - Associação Portuguesa de Constmção Metálica e Mista COIII a colabomção: UNIVERSIDADE DO MINHO

cmm

..

VIII Congresso de Construção Metálica c Mista

Copyright © 2011

por Luis Simões da Silva, Paulo Cmz, NUllO Lopes, J. Almeida Femandes, Antônio Baptista

Editora:

cmm - Associação Portuguesa de Constmção Metálica e Mista Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Coimbra Polo II - Rua Luis Reis Santos 3030-788 Coimbra, Portugal Tel.: +351239098422; Tlll1.: +351965061249: Fax: +351239405722 Email: clllm@cllllll.pt Ufl: \Vww.cml11.pt

l' Edição: Novembro 2011

Tiragem: 350 exemplares

Não é pennítida a reprodução total ou parcial deste livro, o registo em suporte Ínf0l111ático, ou a transmissão através de qualquer processo electrónico ou mecânico, sem a prévia autorização por escrito dos titulares dos direitos da edição.

Depósito legal: 335945/ 11 ISBN: 978-989-95605-2-9

Coordenação editorial: Luís Figueiredo Silva Concepção gráfica da capa: 3LM I Rui Veríssill10 Fonuataçào de conteúdos e paginação: Joana Filipe Albuquerque Impressão: Multicoll1p Lda, Mell1 Martins

Nota da editora

Este texto foi elaborado a partir da reprodução dos originais preparados pelos autores. Por conseguinte, a editora não pode aceitar qualquer responsabilidade pelo conteúdo, nem por possíveis enos no texto.

Comissões

Prefácio

Patrocínios

Conferências

Índice

Cold-Formed Steel StrUC/lIres;l1 Seismic Aren: Researclt Gud ApplicatiollS Raffaele Landolfo

Composile Sleel-Glass Fillsfo/' lhe Lobby Façade of Ibe/'d/'ola TOlVe/' Francesc Arbós Bellapart

COIIslnlção A1etálica: Novas Fronteiras Anlónio Reis

Besl Use Df Ellrocode 3 for Member Desigll ;11 Frame-Slruclures Richard Greiner

Comunicações

Al'quitectura e aço

As Casas para os Trópicos em Nio11ley e Bra::avil/e como Respostas aos Problemas

VII

xv

XVlI

XIX

1-3

1-23

1-37

1-47

Habitacionais dos Anos 40 e 50 dO séc. _.\...'Y I1-5 Tiago A. V. Nunes I V. Murtinho I Luis Simões da Silva

Concepção, Dimel1siol1Gme11TO e COl1slJ1IÇào de lima Cober/llra Ligeira: Um Eremplo de "SI/'essed Skill Desigll" II-15

Pedro Montiiio I Tiago Alves I André Domingues

ClIslomi:oção emA'fossa de Habitação: Questões e EllfjuodrmlleHlo para 11111

Desenvolvimento Prático com Recurso n Aço El1fo17l1ado n Frio ll-25 Antóllio L. Correia I Vitor Murtinho I Luis Simões da Silva

ES111l/llras Aletó/icas e ll/lislas - Opção Sustelltável e Coerente 1/0 Reabilitação rio Edificado Tradiciollal II-35

Pedro M. F. S. Sousa

ESlllrlio sobre Viviendas Socia/es eu ZOllas Asiladas COI/ SO/lIôón de EsfrUCI1fl'a

Melálica Il-45 Matilde M. Cobo I JuaH J. J. C. FOllfría I Juall D. C. Álvarez

Reabilitaçào da Estrlllllra da ESll!fa Fria 11-55 Tomás Nunes da Silva I João Appletonl Vasco AppletoIl

Siste1llati=ação COllCepl11al para o Desel1volvilllelllo de Soluções C01lstrutivas Habitacionais A-Iuláveis com o Recurso ao Uso llllellsil'o de Aço I1-63

Helder J.V. Ferreira I Vitor Murtinho I Luis Simões da Silva

viii

Comportamento de estruturas em situação de incêndio

Análise ErperimeHlnl do Comportamento no Fogo de Pilares Afistos de Aço e Betão II-77 Anlónio M. Correia I Tiago A. C. Pires I João Paulo C. Rodrigues

Cálculo das Defol1l1nções Globais de Secções Rectangulares de Aço em Regime Elastoplástico II-87

Anlónio Manuel Baptista

Estudo Paramétrico do Comportamento de Pilares de Aço Sujeitos a I11cê11dio II-97 Anlónio M. Correia I João Paulo C. Rodrigues

Metodologia de Dimensionamento de Parques de Estaciollmllellto Abertos Mistos Aço-Betão em Situação de Incendio li-lO?

Cécile Haremza I Aldina M. C. Sanliago I Luís A. P. Simões da Silva

A1odelação NUlllé17ca da Resistellcia ao Fogo de Vigas em Aço Eufol1uadas a Frio ll-119 Nuno F. F: S. B. Lopes I Joana R. G. Pinho I Paulo M. M. Vila Real

N011logramas Para o Cálculo Expedito da Temperatura de Elemeutos Estruturais de Alumíllio Sujeitos à Acção do Fogo de Acordo com o ElIrocódigo 9 ll-129

Joaquim Pinho-da-Cmz I Paulo M. M. Vila Real I Nuno Lopes

Pelfol1l1al1Ce of Pnrtia/~v El1cased Beams at Elevated al1d Roam Telllpernlllre Paulo A. G. Pilolo I Ana B. R. Gavilán I Luis M. R. Mesquila

Resisrência ao Fogo de Vigas Protegidas COIII Tinta ll1tllmesce111e: ES11ldo Erpe17me111al

Luis M. R. Mesquita I Paulo A.G. Piloto I Sérgio Roque I Mário A. P. Vaz

Ulili=açiio do Software Elefir-EN lia Verificaçiio da Resistência ao Fogo de Parques

II-I39

II-149

de Estacionomel1to Sujeiras n blcendios Locali=ados Simultâneos II-159 Paulo Vila Real I Carlos Couto I Nuno Lopes

Verificação da Resistência ao Fogo de E/emeutos Estruturais de Alumíuio em Sitllaçiio de Incêndio de Acordo com o EUl'ocódigo 9

Joaquim Pinho-da-emz I Paulo M. M. Vila Real I Nuuo Lopes

Verificação da Segurança de Colunas de Pórticos Metálicos em Situação de IlIcêndio

Carlos Couto I Paulo Vila Real I NlIllo Lopes I João Paulo Rodrigues

Comportamento de ligações estruturais

AvaUaçiio da Resistência à Fadiga de Ligações por A/dto em Aço Estntlural de

II-I69

II-179

Alta Resistêllcia S690 II-19l Bnmo F. C. Fontoura I Rui Matos I Abílio M.P. de Jesus I Carlos Rebelo I Luis S. da Silva I Milan Veljkovic

Dimensionamento e Comportmllellto Sísmico de Pórticos Afetá/icos Semi-Rígidos COlltravelltados Il-201

António Guedes I Luís Macedo I José Miguel CasU·o

IlIuovative Beam-to-Wall Joillts in Steel-Collcrete Sll7lclurnl SO/lIliollS I1-211 José A . G. Henriques I Luís A. P. Simões da Silva I Ana OzboIt I Ulrike Knhhnann

JvJode/o Numérico de Ligação entre Viga Mista e Paredede de Betào AI1JJado: Calibração e Estudo Paramétrica

José A. G. Henriqnes I Lnís A. P. Simões da Silva I Isabel B. Valenle

Eficiência energética e sustentabilidade de edifícios metálicos

AI Balir TOlVers Paulo Machado

Avaliação do Comportame11to da Compo/lellte de lima Ligação com "U" Invertido

IX

11-22 I

11-235

a Telllpemlllms Elevadas II-245 Femanda R. C. Lopes I David M. M. Rei I Daniel A. B. de Sousa I Alberto B. S. Simões I Aldiua M. C. Sanliago I Luís A. Simões da Silva I Sandra F. S. Jordão I Rui A. D. Simões I José G.S. da Silva

COllstl1Jçiio 1vletálica lv/adular e Eco-Eficiente II-255 Helena Gervásio I Joaquim Rodrigues I Paulo Sanlos I Marcelo Duarte I Luís Simões da Silva I Gilberto Vaz

Vel1lilação e Eficiência Energética em Edificios Resitlellciais com Estrutura em Aço - Caso de Estudo

Ana Craveiro I Paulo Saulos I Anlónio Gameiro Lopes I Lnís Simões da Silva

Estabilidade e comportamento estrutural

11-265

Análise dos Critérios de Desempenho de Pórticos com COl1traveHlameulo Ceutrado II-277 Andre Tenchini I Carlos Rebelo I Luciano Lima I Luis da Silva I Miguel Sen·a I Raffaele Landolfo I Mario D'aniello

Análise Experimental de um Sistema A/etálico de Fixaçào de Fachadas Agrafadas II-287 Paulo J. S. Cruz I Paulo L. L. Carvalho I Conceição Casal I Eurico Silva

Análise Fisicamente Nào-Linear de Vigas Metálicas 110 COl1te"aO da GBT ll-295 Miguel Abambres I Dinar Camotim l NllliO Silvestre

Análise Numérica do Comportamento Estmfllral de Vigas em Aço Enfonllado a F/io n-305 Luis Laún I João Paulo C. Rodrigues

Avaliação ETperimellfal do Comportamento EstrUlurnl de Vigas em Aço Ellfonllado a Frio 11-315

Luís Laím l João Paulo C. Rodrigues

Caracteri:açào dos Ceuário de Impacto em EstnfturGs de Aço ll-325 Pedro M. R. Barala I M. Couslauça S. Rigueiro I Aldina M. C. Sanliago I João P. C. Rodrigues

Comportamellto Estnl1l1ral e DimellsiolJalllento de Call tolJeiras Comprimidas ll-335 Pedro B. Dinis I Diuar Call1olillll NllliO Silvestre

Dimellsiollamento de Vigas COlltÍllllas de Aço EufoJ7uadas a Frio ll-345 Cilmar Basaglia I Diuar Call1olÍlll

Distorção em Caixões Mistos. Noções Gerais e Aplicação a UIII Caso Prático ll-355 Ricardo 1. Afeclo I José o. Pedro I Anlóuio J . Reis

x

•

Efeito da Geometria 110 Resistência de Pai/Jéis Curvos em Aço João Pedro Martws I Luís Simões da Silva I António J. Reis

Estabilidade de l.1adres de Aço E1lfol'lIIodas a F,";o COl1siderol1do a l11teracção com as Chapas de Cobertllra

André Graça I Cilmar Basaglia I Rodrigo Gonçalves I Dwar Camotim

Estnllura e Revestimento Envidraçado da Estação Baixa do Teleférico de Gaia Miguel M. Guimarães I Ricardo M. Pereira

II-365

I1-373

II-383

Fatigue Rehaviour ofWelded Tubular Joil/ts II-395 Luis Borges I Alain Nussbaumer

/l1jluêllcia de Eleme11los de Contravenlomelllo na Estabilidade de Pórticos Il-405 Miguel Sannento Peres I João Rocba de Almeida

Mitigação de Vibrações Devidas ao Vefl/o 11111110 Chaminé Metálica 1I-417 Gostava Oliveira I Eisa Caetano I Álvaro Clmba I Femando Bastos

Resistência de Secções Rectol1glllares de Aço Tola/mente Plastificadas Submetidas a Fle..yão Desviada e Esforço N017l/a1 ll-427

António Manuel Baptista

Rumo à Aplicação do Método da Resistência Direcla 110 Dime1/siouamellfo de Vigas ao Esmagamelllo de Alma ll-437

Pedro Natário I NlUlo Silvestre I Dwar Camotim

Sobre a Ulili=açiio de Vigas lvfelálicas Híbridas Luís Salvador I Anlónio Reis

Sobre o Compor/amemo Eslmlllral de Ba,.,·as de Aço Comprimidas Formadas por

I1-447

Dupla CO/llol/eira 11-455 Wandersoll Femando Maia I Luiz C. M. Vieira Junior I Jorge MlUlaiar Nela I Maximi­liatlo Malite I Benjamin William Schafer

Técl1icas de Aifedição Er:perimell/al: Avaliação por Con/aclo l'S Al'aliação RemoIa ll-467 D. Rei I S. Jordão I L. Simões da Silva I R. Simões

Verificação da El1cllrvadllra La/eral de Vigas de Secção Variável II-477 Liliatta Marques I LlÚS Simões da Silva I Richard Grewer I Carlos Rebelo

Estruturas Mistas

Avaliação Probabilística do Comportamento até à Rotura de Es/ruturas: Aplicação a Vigas Mistas 11-489

José C. Matos I Maria I. B. Valente I Luis C. Neves I Paulo J. S. Cmz

E"cllrvadura de Colllllas Alistas Parcialmellfe Betolladas: Avaliação das Disposições do Ellrocódigo 4 11-501

Joana Carvalho I Carina Delgado I Rodrigo Gonçalves

Evalllnlioll o/ lhe Resislollce Momeul/or lhe 11lilial Slage o/ COlllposile Sleel T,.uss aud COllcrete Bealll lI-5Il

Sérgio P. P. A. Roque I Paulo M. M. Vila Real I Paulo A. G. Pilolo I Gioval1l1i A. Plizzari

Alodelação Nilo Lillear de Vigas Alistas em Aço e Betão Isabel B. Valente I Ricardo Lage I José AntóIlÍo C. Matos

11-519

Sistemas de Conexão em Lajes Alistas Aço-Betão Bmllo M. S. Marques I Rui A. D. Simões

Estudos e produtos especiais

Acção do Ve11ta sobre Torres - Análises Comparativas e111re RSA e Eurocódigos Rui Travanc. I Paulo Vil. Real I Humberto Vamm

XI

1I-529

lI-54 I

Análise da Robuste= de Estruturas Afetá/iens Sujeitas n 11111 Sis1I1o Principal e Eventos Nhíltiplos Consecutivos II-551

Filipe L. A. Ribeiro I André R. Barbosa I Luís C. Neves

Análise e Dime/lSiollomellto Sismico de Pórticos Aletálicos COllfravenfados Segundo o Elll"Ocódigo 8 lI-56!

Nelson Lopes I José Miguel Castro I Tiago Ribeiro ITiago Abecasis

Contenção das Fachadas do Palácio LI/miares José Delgado I João Appletoll

Normas para o Cálcl/lo Es/ntlurnl do Jlidro - A Nova D/N J 8008 Panlo Machado

Soluções de Vidro com IlItercalares Nle/óUcos EmbeMdos - do Sombreamento ao Reforço

Panlo L. L. CaIvalho I Paulo J. S. Cmz I Fred A. Veer

Execução e gestão da qualidade da construção em aço

A FlI1fçào "QuoNdade" 110 (apoio ao) Fabrico: Perfis Ocos Est11lturais Soldados

11-57 1

lI-58 !

lI-59!

e COllfor1llados a Frio de Aços Não Ligados / NP EN 10219-1/2 11-60 I Manuel Peixoto I Bruno Marques

C011frolo da Qualidade e Avaliação da Resistência de P1111110S Telescópicos E'CtensÍveis de Aço Il-611

João André I Antônio M. Baptista I Dinar Camotim

Guia Técnico de Recomendações para Conservação de Estruturas Metólicas IT-62 1 Maria 1. Correia I Hugo Perneta I Maria M. Salta I Hugo Patricio

Principais AJlomalias Observadas em TO'1"es para Radiocol1llltlicações em POJ'lIIgal Il-633 Rui Travauca I Htunberto Vanull I Paulo Vila Real

Sistemas de Protecçõo Contra Corrosão das Estruturas Metálicas M. J. Correia I H. Pemeta I M. P. Rodrigues I E. V. Pereira I M. Salta

Grandes pl'ojeclos e obras

Acerca da Estrutura de uma CI1I= em Fótima João Fonseca I Bogdan Stankiewicz

A1Iólise à Rotura de 11m Tabuleiro Atira/ltado Misto Estudo Pamméf17CO José J. Oliveira Pedro I Antônio Reis

1I-645

1I-659

1I-667

Xli

Avaliação da Resistê"cia ao Fogo da Eslnilllra Metálica do Centro de ET]Josições e Feiras de Oeiras Il-679

Paulo M. M. Vila Real I NIUlO F. F. S. B. Lopes

Hotel AYis de Viana do Castelo Concepção e Dime11sionamento II-69 1 Fmncisco Bernardo I Marco Baptista I Rui Ribeiro

KOUltOl1gulo - Edificio de Habitação, Comércio e Escritórios 11-70 I AntólIio Monteiro I Gonçalo Barreto I Jorge Lopes

Ton'es Oceano Concepção e Dimensionamento TI-7l1 Marco Baptista I Rui Ribeiro I Jorge Lopes

Valllagem das ESI1'UIIl1'OS Mistas em Piei' e Pontes I1-72 I Carlos A. Figueiredo

Pontes, viadutos c passadiços metálicos c mistos

A Aplicação de Tabuleiros Mistos 110 Atravessamellto de Alllo-estradas TI-?35 Pedro Cabroll Susana Bispo I Annando Rito

A/rica Blidge, Novos Desellvolvimentos em POllfes Mistas II-745 Filipe Santos I Luis Simões da Silva I Ricardo Cannona

Calibrarào Expe1'imelltal de 1/111 Alodelo Numérico da Ponte Ferroviária de São LOllrellço Il-755

Diogo R. F. Ribeiro I Rui A. B. Calçada I Raimundo M. Delgado

Comportamento Diferido de Pomes Híbridas COllstUuidas por Vãos Laterais Pré­fabricados em Betão Pré-esforçado e Vão Central Misto Aço-Betão: Um Caso Prático Il-765

João Marques I Rui Cameiro Barros I Miguel Ferraz I Renato Bastos

Efeito da l11teracçào Paute-Comboio lta Resposta Dinâmica de 111110 Ponte A1istn de Pequeno Vão para Tráfego de Comboios de AlIa Velocidade Il-775

João M. P. Rocba I Antóllio A. R. Henriques I Rui A. B. Calçada

Efeito do Tipo de Restrição 110S Bordos LOlIgihldinais 110 C01llportamento e Resistência de Placas Metálicas em P011les Il-785

Pedro Salvado Ferreira I Francisco Virtuoso

ExperimentalIl1vesfigation of Bridge Falsework ClIplok Joinls Il-795 João Andréa I Robert Beale I António M. Baptista

Lançame11lo IlIcremental da P011le de Fervença 11-805 Rui Ferreira Alves

/vfollitori=nção do Tráfego e dos seus Efeitos lia Nova Ponte Ferroviária sobre o RioSado lI-81S

Carlos M. C. Albuquerque I Nuuo M. P. Pinto I Rui A. B. Calçada I Joaquim G. M. Mendes

Passadiços 1111111 Parque IlIdustrial/IG A=Glllbuja Nuno Travassos I Júlio Appletoul João Saraiva

Palltào Sobre o Rio Grande da Pipa Rui P. C. F. Monteiro I Maria J. N. M. Magalhães I Miguel A. F. S. Dias

lI-825

lI-835

xiii

Palite Pedo11nl e Ciclin1el sobre a l tl Circular. Concepção Geral e Processo C01lstrulivo ll-845

Anlónio A. Fonseca I Anlónio P. A. Fonseca I João A. Fonseca I Telmo Cmz I Maximiua Almeida

Viaduto Erpo 2015 emlvHlào - C011cepção Global e Processo C011strutivo Il-855 Cecil Ba~uolld I Anlónio A. Fonseca I Renalo Baslos I Tiago Alves I Anlónio P. A. Fon­seca

Íudice de Aulores [[-865

.

Comissão Organizadora

Luis Simões da Silva, CMM Paulo Cruz, UM Nuno Lopes, UA J. Almeida Feruandes, LNEC Antônio Baptista, LNEC

Comissão Cientifica

Paulo Vila Real, Presidente, UA A. Adão da Fonseca, FEUP Abílio de Jesus, UT AD Aldina Santiago, FCTUC Altino Loureiro, FCTUC Ana Giriio Coelho, ISEC Antônio Baptista, LNEC Antônio Matos Silva, MARTIFER SA Antônio Reis, 1ST Carlos Martins, MARTIFER SA Carlos Rebelo, FCTUC Dinar Camotim, 1ST Eisa Caetano, FEUP Francisco Virtuoso, 1ST Helena Gervásio, FCTUC Isabel Valente, UM J. Ahl1eida Feruandes, LNEC João Paulo Rodrigues, FCTUC João Rocba de Almeida, UNL José Clemente, REFER José Miguel Castro, FEUP José Mata Freitas, FEUP José Rodrigues, MARTIFER SA Leonor Cõrte-Real, HEMPEL Luis Borges, BG INGÉNIEURS CONSEILS Luis Bragança, UM Luis Calado, 1ST Luis Cãncio, J.L. CÀNCIO MARTINS, LDA Luis Costa Neves. FCTUC Luis Simões da Silva, FCTUC Manuela Salta, LNEC Manuel Peixoto. FERPINT A NUllO Lopes, UA NUllO Silvestre, 1ST Paulo Cruz, UM Paulo Piloto, IPB Paulo Santos, FCTUC Pedro Bandeira, UM

xv

Il

xvi

Rui Alves, SOCOMETAL Rui Simões, FCTIJC Tiago Abecasis, TAL PROJECTO, Lda Vitor Murtinho, FCTIJC

Comissão Executiva

Paulo Cmz, UM Isabel Valeute, UlVI Nuno Silvestre, 1ST Luis Figueiredo Silva, CMM Zinia Antunes, CMM Joana Albuquerque, CMM

C.\t.VI Associilçào Portuguesa de Construção MClâlica e Mista I Ferve Faculdade De Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra I FEUP Fnculdade de ElIgcll.llilria da Universidade do Porto I IPB Instituto Politécnico de Bragança I ISEC Instituto superior de Engenharia de Coimbrn I 1ST Instituto Superior Técnico I LNEC labo­ratório Nacional de Engenharia Civil I REFER Rede Ferroviâria Nacional I UA UIliversicL1de de Aveiro I {IM Universidade do Minha I Ul'I-r. Universidade Nova de Lisboa I UTAD Universidade de Trns-os-Monlcs e Alto OOllro

--

~lHO:ICIlU';Il(i(

Construção Metálica e Mista

PERFORMANCE OF PARTIALLY ENCASED BEAMS AT ELEVATED AND ROOM TEMPERATURE

Paulo A. G. Piloto" , Ana B. R. Gavilân" and Luis M. R. Mesquita'

u IDA/EC, Po~\'teclll/ic fllstilule of Bragança. Por/ugal b Ull il'crsit.1' ofSalamallcn, Spain

Abslracl. The purpose of this paper is to analyse the perrOnllanCe Or IPEIOO Partially Ellcílsed Beams (PEB) at room and elevated temperature. The study lncludes a comparisoll with lhe uehaviour af IPE IDO steel bare beam at ro0111 tempemture. Sevcll specimells with faur meters IOllg \Vere tested lInder bellding, grouped in tlrree series: PEB at elevated temperature, PEB at room temperature, and steel bare ueams at room lemperature. Ali ueams atlained lhe ultimale limit stale by laleral lorsional buckling. The ultimale load of PEB increased 85% in comparisoll wilh steel bcam at roam temperature. A dccrease af 24% in lhe ultimule Ioad of PEB was verified at elevaled temperalure, whell compared lO tlle bendillg resÍstance aI roOUl tempemture.

1. Intl'oduction

Partially Encased Beams (PEB) are elemenls in which lhe web of lhe sleel seclion is encased by reinforced conerele. They are usually buill-up wilh I-Shape or H-shape sleel seelions. COllcrete between tlallges increases fire resislance. load bearing and stiffllCSS, without enlarging lhe overall size of lhe cross sectioll in comparison to sleel sectiolls. These advantages outwcigb tlIe incrasiug self-weigbt of lhe elemeut.

Partially Encased Beams (PEB) have beell widely tesled at room temperature. KindmaIU1 el

ai. [I], perronned 13 lesls on PEB wilh and wilhoul slabs, proviHg lhe importance or the reínforced COllcrete betweeu flanges for lhe ultimate belldillg llloment. This research adjusted lhe pre-standard Eurocode 4 for Ibe design of patiíally encílsed composite beams, considerillg lhe effecl' of encased couerele for load bearing capacity and detlecliou calclllations. Lindner and Budassis [2], developed a new design proposal for lalerallorsional bllclding, laking inlo accounl lhe lorsional stiffness of concrete, based ou 22 Ihll-scale tests \Vith PEB. Maquoi el

01. [3], improved lhe knowledge OH lalemllorsional buclding or beams, including PEB. and prepared ncw design mies lha! were nol satisfactory covered by the existillg stmldards. The elastic criticai ll10mcnl and Ibe ultimate lateral torsiollal bucklillg lUomcnt resistallce \Vere revised and improved. Nardin and EI nebs [4] sludied lhe behaviour or Ihree composile PEB uuder tlexural loading, testing some altemalive positions for shear studs. Results confinued that studs are responsible for composite action and increase bending resistance.

I1-140 VIII Congresso de COllSI17/çiio A1eftÍlica e Mista, Guimarães, POr/ligaI

A smaU uUUlber of experiments nuder flfe eOllditions are reporled [5]. Authors developed several fITe resistance tests using 5110rt beato lcngths. comparillg lhe bellaviour under tllfee different load leveIs and the effeet of non-welded slirrups.

lltis paper prescnts a llCW set af experimental bcnding lesls. using large bealll5, to delenlliue lhe perfonnance of PEB under beuding ai roolll anel elevaled lemperanIre (400 "C). Beudillg resislauce is a150 compared to IPEIOO steel bare beam at rOOlll tcmperaturc.

2. Experimental programme

2.1 Specimens

Sevcn specimcl1s \Vere prepared to bc tested al differcnt tcmperatnrc leveis. Table 1 rerers the cOllditions af cacll lest ,md lhe initial imperfectioll af cach specimcn. Tlle illÍtial Ollt-of­straightness was mcasured \Vith a laser beam. Residual stresses \Vere nolmcasured. Tests \Vere grouped in three series.

Tnble 1: List oftested beams

SpeciUlen Temperahrre Secljon rvIid span

imperfeclion [nun] Series

B/3.9·01 '100De PEB IPEIOO 2.0 B/3.9-02 40QDC PEB IPEIOO 5.0 B/3.9·03 400' C PEB IPE IOO 3.0

2 B/3.9· 11 Roam PEB IPEIOO 2.0 B/3.9-12 Room PEB IPE IOO 5.0

B/3.9-IIA Room IPEIOO l.O B/3.9-12A Room IPE IOO 3.0

3

Partially encaseel seelion consisls 01' IPE I 00 sleel bealll grade S275 IR, \ViUl C20/25 encased couerete, using [om longitudinal steel B500 rebars wilh 8 [mm] in diameter. Stirmps were bllilt \Vilh 6 [Illlll] in diallleler lIsiug rebars IVilh sleel grade B500, distribuled along lhe lenglh, spaced by 167 [IllIll]. Slimlps were also IVelded lo lhe longitudinal sleel reinforccmcut, as represented in Fig. 1 a.

Silllply sllpported beams IVere lesled lInder fOllf-poinl bending load using t\Vo fork supports. The dislanee bet\Veen Ibe fork SllppOrts was 3.9 [m] . Two point-Load (FI and F2) IVere symlllelrieally applied on lhe lop flauge, spaced by 3 [m]. See Fig. lb.

1_ ' .

FI F:! ............... _ .... ............. _~ _ .... <_ ....... ,.,._. ~~!,§~~~~~~ii~;;;;f.#. · ,. f ., .. ,. , j . '11

t t F3 F4

a) Cross seetioll b) Longitudinal cross seclion Fig. 1: Geomeuy and lest SCI-Up for Parlially Ellcased Bcam5

-

Compor/amemo de Estnlturns em Silllação de IlIcelldio 1I-141

Steel was characterized accordillg illtemational stalldards, [6], for hot rolled and cold fonlled steel, see table 2. The stress-strain curves are represented in Fig. 2, for ali lhe three samples collected from the web of steel, represelltillg the f\lU graphics and detailillg lhe first pali of each tensile tesl.

Table 2: Tcnsile lests for hol rolled alld cold fonued sleel Propenies Hot rolled Cold fOlUlCd

Average Sld. Devintioll Avernge Sld. Devialion E [Gpa] 197.901 2.948 203.294 2.110 R".o.".[MPa] 300.738 6.720 524.993 3.521 ReH [MPa] (f'y) 302.'166 5.749 531.508 7.908 ReL [MPa] 300.856 4.028 520.825 4.068 ROl [MPa] (fil) 431.252 5.020 626.574 11.539 AI [%] 41.584 0.231 25.155 0.495 E- Elaslic tI1odulus. Rp o~.- proof slrcuglh for 0.2%. ReH- upper yield slrellglh. ReL- lowcr yield strcnp,lh. Rru-lensilc strcnglh. AI-Iolal extcnsioll aI lhe momcnl offraclurc.

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a) Full graphics b) Elastic range Fig. 2: Slress-straill curves ofhOl rolled profile IPE 100

COllcrele \Vas oblained from ordin3ly Portland cemenl, salld and siliceous aggregales. Table 3 represellts the results for the campressive strellgth of callerete, usiug three compressive lesls for cubic samples (f<k.rubo) and Ihree compressive lesls for cylindrical samples (f",), according lo maleriallesling slandard, (7].

TabI(' 3: Compressive lesls for conerele Propenics Cure fdaysl Average Sld. DevialioJl

fdc""" [MPa] 29 21.45 1.03 lcl,[MPa] 29 20.36 0.30

2.2 Instrumcntation at l'oom tempcl'ature

Panially Encased Beams were prepared to be tested at roam temperature, measuring straill in middle seclioll (SM). Five electrical slfain gauges were placed over fiallges and web (SM­WS, SM-OSI and SM-OSb), and over tile rebars (SM-RCI and SM-RC2). For tile latesl fixatioll , rebars \Vere machined 1 [111m] in deplh aud appropriate length to aceomlllodate lhe exlensometers. Fig. 3 represenls lhe position for straiu recording.

II-142 VIII COl1gresso de COIISfl1/çiio Metálica e Alista, Guimarães, Por/llgal

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Fig. 3: Strain gauge position ou PEB and sleel secl ioll

Displaccmeut af the CroS5 section was detenniued at mid span af each beam, using three displaeement trallsdueers with an aeenraey of ±O.lmOl, lixed io two poilltS of the middle seclion, COlll1ccted to the data acquisition centre.

2.3 InstrumentaUon at clcvatcd temperoatul'c

Thennoeouples type K were positiolled aloog lhe lellgth of eaeh beam, io live distinet seetiolls SI /SIAlS2/S3A/S3, aeeording to Fig. 4. Most of therulOeouples were positiooed inside the eross sectioo, USillg the spot \Velding machine. For eoocrete temperatme readings in positiollS Si-IC and Si-OC, tllennoeouples \Vere welded to a slllall sleel washer, wrapped in concrete.

The heating power unit used fOllr dedicated tllennoeouples to cootrol lhe heating processo lnsulatiou JIlat illcreased heating process aud was also responsible for keepil1g the temperature leveI.

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Fig. 4: Thenllocouple posiliollS

Displacement of llie cross section was detennilled at mid spall Df each beam, using lhe room tcmperature procedure.

2.4 Experimental set-up and lesl procedure

Room temperatme tests \Vere developed using tlle hydraulic systcm, with incrementaI load. Load \Vas slolVly increased until the ultimate limit state lVas atlained, based Oli the load cell readings. Tellon \Vas applied betweeli the hydraulics and top of each beam to decrease lateral restrain.

For high tempernture tests, temperature wns increased lIsing the hcating power unit system (70 (kVA] maxillnun power) and the eleclro-ceramic resistnllces applied to beam flanges. as

ComportmllelllO de Est11lturas em Situação de /l1cel1dio I1-143

represenled in Fig. 4. A bealing rale of 800 ['C/h] was applied up lo tbe specified lemperalure leveI (400'C). Supports were adjllsled and load \Vas applied after lemperalure slabilizalion (90 minules after tbe slaJ1 ofbealing).

3. Results at room temperature

3.1 IPE 100 Sleel beam ai room lemperalure

IPE I 00 sleel beam fhiled by elaslic lateral lorsional bllCkling, see Fig. 5. Laleral displacemenl increased sllddenly under smaIl incrementai load. TIle average ultimale load of 20 I 86 N was detennined for tbis lesl series, for ao average verlical displacement of 48.9 [lmn].

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a) L11eral (y) b) Vertical (z) Fig. 5: Load versus mid span displacement for fesls series 3

Load decrcascd immediately after the specimells 5tart to develop lateral displaccmcllt and cross section rotatioll . Lateral displacemellt 1l10Vemellt depellds on the shape af the illitial out­of-slraightness.

Fig. 6 repre5ellts straillll1CaSUrcmellt during tbis te5t series. Ali registered values are below the elastic slrain limit.

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Fig. 6: Load-slrain inmcdiulll seclioll in beams B/3.9-IIA alld B/3.9-12A

Fig. 7 represeuls l\Vo loading sleps regardillg one bending les! for !esl series 3 (before and after illstabilily).

II-144 VIII Congresso de COl1sfJ1/çiio Metálica e Mista, GuimarãesJ Portugal

Slep b) Finalload step Fig. 7: Beam B/3.9-11A during bending teSI

3.2 PEB IPEIOO ai ,'oom lemperature

PEB IPEIOO beam5 were lesled ai room temperatme alld failed by lateral torsiooal bucklillg as well. Vertical displacemellt increased with load as expected and lateral displacelllent suddenly illcreased for ali average ultimate force of 37431 [N), as represeoted in Fig. 8. The stiffiIess in the elastic part increased 15 % in comparisoll to steel bare beam.

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a) Lateral displacemellt b) Vel1ical displacement Fig. 8: Load versus mid span displacemeut for tesls senes 2

Load continued to illcrease, even when lhe specimell started to develop lateral displacemellt alld cross section rotation. Lateral displacement mavement depends also 011 the shape of the illitial imperfection.

Fig. 9 represents the straiu measurement dUrillg loading af PEB for tests series 2. 11le elastic strain limit was exceerled in ali strain gauges.

Comportamel/to de ESl17l(l/ras em Situação de /lIcellJio

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Fig. 9: Load-strain in mediuJIl sec tioll in berulls B/3.9-11 nnd B/3.9-12

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Fig. 10 represenis iwo loading sieps regarding ti" bending iesl B/3.9-1 2 for iesi series 2 (before and afler insiabiliiy).

a) luitialload Slep b) Fillalload Slep Fig. 10: Beam B/3.9-1 2 durillg lest

4_ Results at elevated temperature

4.1 PEB IPE100 ai elevaled lemperalure (400 'c)

Partially Encased Beams \Vere tested at elevated temperalure alld failed by lateral lorsiollal buckling as \Vell. The average ultimaie load \Vas 28585 [N] for iest series I . Fig. II represeuts lateral aud vert ical displacemeut duriug loading.

II-146

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VIII Congresso de C01lstrução Afetá/iea e A1ista, Guimarães, Portugal

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-~ --n) Lateral displncemellt b) Vertical displncement Fig. 11: Load versus mid spau displacemclll for lests series 1

Tbe same plastic behaviour was verified at elevated temperature. Failure occulTcd for smaller ultimale load.

Fig. 12 represeuts two loadiug steps regardillg oue bending tesl for series 1 (before alld afler instability).

load slep b) Finalload slep Fig. 12: Be:Ull B/3.9-2 during tesl

Tbennal insulatioll by fibre mats allowed bigb beatiug rate duriug experimeuls. After 90 minutes of heating exposure, temperanrre \Vas considered Illlifonn in sectiou (400 'e), the supports \Vere adjusted and lond was applied slowly, see Fig. 13 .

Due to low lhennal condllctivity af cDuerele, low tcmperature was registered in cOllerele Ilear the load and support positioIlS. Temperature was aIso measured by infrared thennography during and afieI' removing lhe i.nsulatioIl mal , confmning lha! temperature was ullifonll distributed along tbe heating leugtb.

C01l1porlamel110 de Eslmluras em Situação de Iucel/dio 11-147

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b) Hearing ofbeam B/3.9-02

c) Heating ofbeam B/3.9-03 d) Thennography ofbeam B/3.9-03 Fig, 13: Temperature cvolution dming heating process for section S2 oftesls series I

5. Discussioo of results

rable 4 represeuts the ultimatc load for caeh tests series. Lateral torsional buekling lVas attaiued for ali bellding tests.

Tabl(' 4: Ultimate limit load for lests series Senes Specimen Fu [NJ Fu (average) Std. DeviatioIl.

B/3.9-01 30204 B/3.9-02 27290 28585 [N] ± 1476 [N] B/3.9-03 28337

2 B/3.9-11 38718

37431 [N] ± 1790 [NJ B/3 .9-1 2 36187

3 B/3.9-11A 19369

20186 [N] ±1179[N] B/3.9-1 2A 21037

The ultimate limit load on PEB sections illcreased 85% \Vitil respect to steel bare sections. The desigu buekling resistanee 1110ment of PEB, eaJculated aeeordiug to ENI994-1-1 [6],

only reflects an illcrease of 40% with respeet to the bucklillg resistance moment of the steel bare seetion, eaJculated aeeording to ENI993-1-1 [7]. because the effect of Ule transversal reiuforcement is not considered. Stinllps welded to lhe web of profile are respollsible for higher torsional stiffness that cannot be neglected.

Tests perfonl1ed OIl PEB at elevated temperatllre showed a decrease of24% 011 the llltimate limit load when compared to the PEB tested at roam temperatnre. This reduction value is in aecordallce with the calculated values ofENI994-1-2 [8].

11-148 VIII Congresso de CO/lSlrução A1etáhca e MislG, Guimarães, Portugal

6. Conclusions

Seven four-poinl bendiug lesls IVere perfonned lo evaluale lhe perf0I111anCe of partially encased beams at room and elevated temperature. Tbe behaviour af pal1ially eucased beams \Vas compared to the behaviour af steel bare seclioll.

Ibe ultimale load lInder bendillg was detenllined for !PEIOO PEB anel for IPE 100 sleel bare beam aI room and aI elevated temperatures.

BClldillg and torsioual stiffness af lhe reinforced cQllerele canuol be neglected for lhe calculation Df the ultimate bending moment.

The decrease ofbendiug resistance af Partially Encased Beams ai elevated tcmperature is mainly dominaled by lhe bebaviour of Ibe sleel heam.

Aeknowledgements

Aulbors acknowledge support lo lhe following companies: Arcelor - Mittal (Spain), 1. Soares Correia (Porhlgal) , Fepronor (Porhlgal) and Hierros Furqnct (Spain).

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[6] ISO 6892-1: Melallie malerials - Iensile lesling - ParI I: Melhod of lesl aI room lemperaMe. S\Vilzerlmld: lulemalional Slaudard, 2009.

[7] NP EN 12390-3, (Ed. 2) - Ensaios do betão endurecido. Parte 3: Resislência ir compressão, 2009.

[8] CEN - EN 1994-1-1 ; "Eurocode 4: Design of composile sleel and couerele slmetllfes -Part I-I : General mies anel mies for bllildings"; Bmssels, December 2004.

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