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: [email protected]
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.
VII
Índice
xv
Comissões
Prefácio
XVlI
Patrocínios
XIX
Conferências
Cold-Formed Steel StrUC/lIres;l1 Seismic Aren: Researclt Gud ApplicatiollS
Raffaele Landolfo
1-3
1-23
Composile Sleel-Glass Fillsfo/' lhe Lobby Façade of Ibe/'d/'ola TOlVe/'
Francesc Arbós Bellapart
COIIslnlção
1-37
Besl Use Df Ellrocode 3 for Member Desigll ;11 Frame-Slruclures
Richard Greiner
1-47
A1etálica: Novas Fronteiras
Anlónio Reis
Comunicações
Al'quitectura e aço
As Casas para os Trópicos em Nio11ley e Bra::avil/e como Respostas aos Problemas
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
Desenvolvimento Prático com Recurso n Aço El1fo17l1ado n Frio
11111
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
Pedro M. F. S. Sousa
ESlllrlio sobre Viviendas Socia/es
Melálica
eu ZOllas
II-35
Asiladas COI/ SO/lIôón de EsfrUCI1fl'a
Il-45
Matilde M. Cobo I JuaH J. J. C. FOllfría I Juall D. C. Álvarez
Reabilitaçào da Estrlllllra da ESll!fa Fria
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
Helder J.V. Ferreira I Vitor Murtinho I Luis Simões da Silva
11-55
I1-63
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 D efol1l1nções Globais de Secções Rectangulares de Aço em Regime
Elastoplástico
Anlónio Manuel Baptista
Estudo Paramétrico do Comportamento de Pilares de Aço Sujeitos a I11cê11dio
Anlónio M. Correia I João Paulo C. Rodrigues
Metodologia de Dimensionamento de Parques de Estaciollmllellto Abertos Mistos
Aço-Betão em Situação de Incendio
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
Nuno F. F: S. B. Lopes I Joana R. G. Pinho I Paulo M. M. Vila Real
II-87
II-97
li-lO?
ll-119
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 ofPnrtia/~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 CO III Tinta ll1tllmesce111e: ES11ldo
Erpe17me111al
Luis M . R. Mesquita I Paulo A.G. Piloto I Sérgio Roque I Mário A. P. Vaz
II-I39
II-149
Ulili=açiio do Software Elefir-EN lia Verificaçiio da Resistência ao Fogo de Parques
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
II-I69
II-179
Comportamento de ligações estruturais
AvaUaçiio da Resistência à Fadiga de Ligações por A/dto em Aço Estntlural de
Alta Resistêllcia S690
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
António Guedes I Luís Macedo I José Miguel CasU·o
II-19l
Il-201
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
IX
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
11-22 I
Eficiência energética e sustentabilidade de edifícios metálicos
11-235
AI Balir TOlVers
Paulo Machado
Avaliação do Comportame11to da Compo/lellte de lima Ligação com "U" Invertido
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
11-265
Estabilidade e comportamento estrutural
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
Paulo J. S. Cruz I Paulo L. L. Carvalho I Conceição Casal I Eurico Silva
II-287
Análise Fisicamente Nào-Linear de Vigas Metálicas 110 COl1te"aO da GBT
Miguel Abambres I Dinar Camotim l NllliO Silvestre
ll-295
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
Luís Laím l João Paulo C. Rodrigues
11-315
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 CalltolJeiras Comprimidas
Pedro B. Dinis I Diuar Call1olillll NllliO Silvestre
ll-335
Dimellsiollamento de Vigas COlltÍllllas de Aço EufoJ7uadas a Frio
Cilmar Basaglia I Diuar Call1olÍlll
ll-345
Distorção em Caixões Mistos. Noções Gerais e Aplicação a
Ricardo 1. Afeclo I José o. Pedro I Anlóuio J . Reis
ll-355
UIII
Caso Prático
x
Efeito da Geometria 110 Resistência de Pai/Jéis Curvos em Aço
João Pedro Martws I Luís Simões da Silva I António J. Reis
II-365
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
I1-373
Estnllura e Revestimento Envidraçado da Estação Baixa do Teleférico de Gaia
Miguel M. Guimarães I Ricardo M. Pereira
II-383
Fatigue Rehaviour ofWelded Tubular Joil/ts
Luis Borges I Alain Nussbaumer
II-395
/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
Gostava Oliveira I Eisa Caetano I Álvaro Clmba I Femando Bastos
1I-417
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
I1-447
Sobre o Compor/amemo Eslmlllral de Ba,.,·as de Aço Comprimidas Formadas por
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
D. Rei I S. Jordão I L. Simões da Silva I R. Simões
l'S
Al'aliação RemoIa
Verificação da El1cllrvadllra La/eral de Vigas de Secção Variável
Liliatta Marques I LlÚS Simões da Silva I Richard Grewer I Carlos Rebelo
ll-467
II-477
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
XI
Sistemas de Conexão em Lajes Alistas Aço-Betão
1I-529
Bmllo M. S. Marques I Rui A. D. Simões
Estudos e produtos especiais
Acção do Ve11ta sobre Torres - Análises Comparativas e111re RSA e Eurocódigos
lI-5 4 I
Rui Travanc. I Paulo Vil. Real I Humberto Vamm
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
Nelson Lopes I José Miguel Castro I Tiago Ribeiro ITiago Abecasis
lI-56!
Contenção das Fachadas do Palácio LI/miares
11-57 1
José Delgado I João Appletoll
Normas para o Cálcl/lo Es/ntlurnl do Jlidro - A Nova D/N J8008
Panlo Machado
lI-58 !
Soluções de Vidro com IlItercalares Nle/óUcos EmbeMdos - do Sombreamento ao
Reforço
lI-59!
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: P erfis Ocos Est11lturais Soldados
e COllfor1llados a Frio de Aços Não Ligados / NP EN 10219-1/2
Manuel Peixoto I Bruno Marques
C011frolo da Qualidade e Avaliação da Resistência de P1111110S Telescópicos
E'CtensÍveis de Aço
João André I Antônio M. Baptista I Dinar Camotim
Guia Técnico de Recomendações para Conservação de Estruturas Metólicas
Maria 1. Correia I Hugo Perneta I Maria M. Salta I Hugo Patricio
11-60 I
Il-611
IT-62 1
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
1I-645
Grandes pl'ojeclos e obras
Acerca da Estrutura de uma CI1I= em Fótima
João Fonseca I Bogdan Stankiewicz
1I-659
A1Iólise à Rotura de 11m Tabuleiro Atira/ltado Misto Estudo Pamméf17CO
José J. Oliveira Pedro I Antônio Reis
1I-667
Xli
Avaliação da Resistê"cia ao Fogo da Eslnilllra Metálica do Centro de ET]Josições
e Feiras de Oeiras
Paulo M. M. Vila Real I NIUlO F. F. S. B. Lopes
Il-679
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
AntólIio Monteiro I Gonçalo Barreto I Jorge Lopes
11-70 I
Ton'es Oceano Concepção e Dimensionamento
Marco Baptista I Rui Ribeiro I Jorge Lopes
TI-7l1
Valllagem das ESI1'UIIl1'OS Mistas em Piei' e Pontes
Carlos A. Figueiredo
I1-72 I
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
Filipe Santos I Luis Simões da Silva I Ricardo Cannona
Calibrarào Expe1'imelltal de 1/111 Alodelo Numérico da Ponte Ferroviária de São
LOllrellço
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
II-745
Il-755
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 IlIcremen tal 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 INuuo M. P. Pinto I Rui A. B. Calçada I Joaquim G. M. Mendes
Passadiços
1111111
Parque IlIdustrial/IG A=Glllbuja
lI-825
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-835
xiii
Palite Pedo11nl e Ciclin1el sobre a l tl Circular. Concep ção 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. Fon-
seca
Íudice de Aulores
[[-865
.
xv
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. FERPINTA
NUllO Lopes, UA
NUllO Silvestre, 1ST
Paulo Cruz, UM
Paulo Piloto, IPB
Paulo Santos, FCTUC
Pedro Bandeira, UM
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
~l HO: 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
Ullil'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
ultimul e 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 progra mm e
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 wa s mcasured \Vith a laser beam. Residual stresses \Vere nolmcasured. Tests \Vere
grouped in three series.
Tnble 1: List oftested beams
Series
2
3
SpeciUlen
Temperahrre
Secljon
B/3.9·01
B/3.9-02
'100De
40QDC
B/3.9·03
B/3.9· 11
B/3.9-12
B/3.9-IIA
B/3.9-12A
400' C
Roam
Room
Room
Room
PEB IPEIOO
PEB IPEIOO
PEB IPE IOO
PEB IPEIOO
PEB IPE IOO
IPEIOO
IPE IOO
rvIid span
imperfeclion [nun]
2.0
5.0
3.0
2.0
5.0
l.O
3.0
Partially encaseel seelion consisls 01' IPE I 00 sleel bealll grade S275 IR, \ViUl C20/25
encased couerete, using [om long itudinal 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. 1a.
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. l b.
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a) Cross seetioll
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F4
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
Hot rolled
Propenies
E [Gpa]
R".o.".[MPa]
ReH [MPa] (f'y)
ReL [MPa]
ROl [MPa] (fil)
AI [%]
Cold fOlUlCd
Average
Sld. Devintioll
Avernge
Sld. Devialion
197.901
300.738
302.'166
300.856
431.252
41.584
2.948
6.720
5.749
4.028
5.020
0.231
203.294
524.993
531.508
520.825
626.574
25. 155
2.110
3.521
7.908
4.068
11.539
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]
lcl,[MPa]
29
29
21.45
20.36
1.03
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.
VIII COl1gresso de
II-142
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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
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S IA-OSt
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
I1-143
ComportmllelllO de Est11lturas em Situação de /l1cel1dio
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).
VIII Congresso de COl1sfJ1/çiio Metálica e Mista, Guimarães Portugal
II-144
J
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 sectioll in berulls B/3.9-11 nnd B/3.9-12
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 tempera lure alld failed by lateral lorsiollal
buckling as \Vell. The average ultimaie load \Vas 28585 [N] for iest series I . Fig. II represeuts
lateral aud vertical displacemeut duriug loading.
VIII Congresso de C01lstrução Afetá/iea e A1ista, Guimarães, Portugal
II-146
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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.
11-147
C01l1porlamel110 de Eslmluras em Situação de Iucel/dio
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b) Hearing ofbeam B/3.9-02
a) Heílting ofbeam B /3.9-01
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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.
Senes
2
3
Tabl(' 4: Ultimate limit load for lests series
Fu (average)
Specimen
Std. DeviatioIl.
Fu [NJ
B/3.9-01
30204
27290
28585 [N]
± 1476 [N]
B/3.9-02
B/3.9-03
28337
B/3.9-11
38718
± 1790 [NJ
37431 [N]
B/3 .9-1 2
36187
B/3.9-11A
19369
±1179[N]
20186 [N]
21037
B/3.9-1 2A
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 EN I994-1-1 [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).
Referenees
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