Comparative analysis of the mechanical performance of flat wood truss typologies for different strength classes via an optimization algorithm

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Moraes, Matheus Henrique Morato de
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Comum do Brasil - Deposita
Texto Completo: https://deposita.ibict.br/handle/deposita/617
Resumo: A madeira é uma escolha viável para sistemas construtivos, dadas as suas propriedades mecânicas adequadas para aplicações estruturais. Além disso, a madeira é uma fonte renovável, tornando-se ainda mais atraente para uso em diversas aplicações para fim estrutural. Visando compreender o desempenho mecânico de duas treliças planas em diferentes condições de carregamento, foi realizado um estudo comparativo do desempenho mecânico de duas tipologias de treliças - a tipologia Fan modificada e Howe - considerando vãos de 6, 9, 12 e 15 m. A fim de avaliar a influência do material adotado no processo construtivo das treliças, foram caracterizadas as espécies Cambará-rosa, Cupiúba, Angelim-pedra, Garapa e Jatobá, identificadas como espécies ID 01, ID 02, ID 03, ID 04 e ID 05, respectivamente. O estudo baseou-se na ABNT NBR 7190 (2022a) para dimensionamento da treliça, além de aplicar o método de análise matricial para determinação dos esforços internos, deslocamentos nodais e um algoritmo de otimização de inteligência de enxame para minimizar o peso da estrutura. A caracterização das espécies resultou nas classes de resistência D20, D30, D40, D60 e D60, para as espécies denominadas ID 01, ID 02, ID 03, ID 04 e ID 05, respectivamente. Os resultados do processo de otimização indicam que a tipologia Howe apresentou resultados menores para a função objetivo (peso da estrutura) em relação à treliça Fan modificada. Além disso, quando analisada a distribuição dos esforços normais na treliça, observou-se uma correlação com a resistência característica na compressão e na tração das espécies, onde as treliças com espécies de menor resistência mecânica são mais solicitadas, enquanto as treliças com espécies de maior resistência mecânica são menos exigidas. Nesse sentido, é possível notar que a tipologia de treliça Howe apresenta uma amplitude maior em relação à tipologia de treliça Fan Modificada, na maioria das condições adotadas para as restrições do ELU. Ao analisar as restrições associadas à flecha na condição imediata, observou-se que se obtiveram valores próximos a zero, que indica que restrição desta natureza limitaram o processo de otimização. Em síntese, a madeira mostrou-se uma opção sustentável e viável para construções de treliças, e que diferentes espécies de madeira possuem propriedades mecânicas distintas que devem ser consideradas no dimensionamento da estrutura. Os métodos de análise matricial e algoritmos de otimização de inteligência de enxame permitiram avaliar os esforços internos e deslocamentos nodais nas treliças, além de minimizar o peso da estrutura. Além disso, é importante considerar todas as restrições no dimensionamento de estruturas de madeira.
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spelling Comparative analysis of the mechanical performance of flat wood truss typologies for different strength classes via an optimization algorithmAnálise comparativa do desempenho mecânico de tipologias de treliças planas de madeira para classes de resistência distintas via algoritmo de otimizaçãoTreliça planas de madeiraFan Modificada.HoweOtimizaçãoEstruturasA madeira é uma escolha viável para sistemas construtivos, dadas as suas propriedades mecânicas adequadas para aplicações estruturais. Além disso, a madeira é uma fonte renovável, tornando-se ainda mais atraente para uso em diversas aplicações para fim estrutural. Visando compreender o desempenho mecânico de duas treliças planas em diferentes condições de carregamento, foi realizado um estudo comparativo do desempenho mecânico de duas tipologias de treliças - a tipologia Fan modificada e Howe - considerando vãos de 6, 9, 12 e 15 m. A fim de avaliar a influência do material adotado no processo construtivo das treliças, foram caracterizadas as espécies Cambará-rosa, Cupiúba, Angelim-pedra, Garapa e Jatobá, identificadas como espécies ID 01, ID 02, ID 03, ID 04 e ID 05, respectivamente. O estudo baseou-se na ABNT NBR 7190 (2022a) para dimensionamento da treliça, além de aplicar o método de análise matricial para determinação dos esforços internos, deslocamentos nodais e um algoritmo de otimização de inteligência de enxame para minimizar o peso da estrutura. A caracterização das espécies resultou nas classes de resistência D20, D30, D40, D60 e D60, para as espécies denominadas ID 01, ID 02, ID 03, ID 04 e ID 05, respectivamente. Os resultados do processo de otimização indicam que a tipologia Howe apresentou resultados menores para a função objetivo (peso da estrutura) em relação à treliça Fan modificada. Além disso, quando analisada a distribuição dos esforços normais na treliça, observou-se uma correlação com a resistência característica na compressão e na tração das espécies, onde as treliças com espécies de menor resistência mecânica são mais solicitadas, enquanto as treliças com espécies de maior resistência mecânica são menos exigidas. Nesse sentido, é possível notar que a tipologia de treliça Howe apresenta uma amplitude maior em relação à tipologia de treliça Fan Modificada, na maioria das condições adotadas para as restrições do ELU. Ao analisar as restrições associadas à flecha na condição imediata, observou-se que se obtiveram valores próximos a zero, que indica que restrição desta natureza limitaram o processo de otimização. Em síntese, a madeira mostrou-se uma opção sustentável e viável para construções de treliças, e que diferentes espécies de madeira possuem propriedades mecânicas distintas que devem ser consideradas no dimensionamento da estrutura. Os métodos de análise matricial e algoritmos de otimização de inteligência de enxame permitiram avaliar os esforços internos e deslocamentos nodais nas treliças, além de minimizar o peso da estrutura. Além disso, é importante considerar todas as restrições no dimensionamento de estruturas de madeira.Wood is a viable choice for building systems, given its mechanical properties suitable for structural applications. In addition, wood is a renewable source, making it even more attractive for use in various applications for structural purposes. Aiming to understand the mechanical performance of two plane trusses under different loading conditions, a comparative study of the mechanical performance of two truss typologies - the modified Fan and Howe typologies - considering spans of 6, 9, 12 and 15 m, was carried out. In order to evaluate the influence of the material adopted in the construction process of the trusses, the species Cambará-rosa, Cupiúba, Angelim-pedra, Garapa and Jatobá, identified as species ID 01, ID 02, ID 03, ID 04 and ID 05, respectively, were characterized. The study was based on ABNT NBR 7190 (2022a) for truss dimensioning, besides applying the matrix analysis method for determining internal forces, nodal displacements and a swarm intelligence optimization algorithm to minimize the structure weight. The species characterization resulted in strength classes D20, D30, D40, D60, and D60, for the species named ID 01, ID 02, ID 03, ID 04, and ID 05, respectively. The results of the optimization process indicate that the Howe typology presented lower results for the objective function (weight of structure) in relation to the modified Fan truss. Furthermore, when the distribution of normal forces in the truss was analyzed, a correlation was observed with the characteristic strength in compression and tensile of the species, where the trusses with species of lower mechanical strength are more requested, while the trusses with species of higher mechanical strength are less requested. In this sense, it is possible to note that the Howe truss typology presents a larger amplitude in relation to the Modified Fan truss typology, in most of the conditions adopted for the ULS constraints. When analyzing the constraints associated with a deflection in the immediate condition, it was observed that values close to zero were obtained, which indicates that constraints of this nature limited the optimization process. In summary, wood turned out to be a sustainable and viable option for truss constructions, and that different wood species have distinct mechanical properties that should be considered when designing the structure. The matrix analysis methods and swarm intelligence optimization algorithms allowed the evaluation of internal efforts and nodal displacements in the trusses, as well as minimizing the weight of the structure. In addition, it is important to consider all constraints when dimensioning timber structures.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorUniversidade Federal de São CarlosUniversidade Federal de São CarlosBrasilPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civilhttps://wwws.cnpq.br/cvlattesweb/PKG_MENU.menu?f_cod=42C4A253CA2B9CBD695C18C261A69A22#034.837.241-84Christoforo, André Luíshttp://lattes.cnpq.br/7623383075429186Panzera, Tulio Hallakhttp://lattes.cnpq.br/9050683558389803Freire, Rodrigo Teixeira dos Santoshttp://lattes.cnpq.br/5288838464436896Moraes, Matheus Henrique Morato de2024-06-12T16:33:49Z2023info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfMORAES, M. H. M. 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Análise comparativa do desempenho mecânico de tipologias de treliças planas de madeira para classes de resistência distintas via algoritmo de otimização
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description A madeira é uma escolha viável para sistemas construtivos, dadas as suas propriedades mecânicas adequadas para aplicações estruturais. Além disso, a madeira é uma fonte renovável, tornando-se ainda mais atraente para uso em diversas aplicações para fim estrutural. Visando compreender o desempenho mecânico de duas treliças planas em diferentes condições de carregamento, foi realizado um estudo comparativo do desempenho mecânico de duas tipologias de treliças - a tipologia Fan modificada e Howe - considerando vãos de 6, 9, 12 e 15 m. A fim de avaliar a influência do material adotado no processo construtivo das treliças, foram caracterizadas as espécies Cambará-rosa, Cupiúba, Angelim-pedra, Garapa e Jatobá, identificadas como espécies ID 01, ID 02, ID 03, ID 04 e ID 05, respectivamente. O estudo baseou-se na ABNT NBR 7190 (2022a) para dimensionamento da treliça, além de aplicar o método de análise matricial para determinação dos esforços internos, deslocamentos nodais e um algoritmo de otimização de inteligência de enxame para minimizar o peso da estrutura. A caracterização das espécies resultou nas classes de resistência D20, D30, D40, D60 e D60, para as espécies denominadas ID 01, ID 02, ID 03, ID 04 e ID 05, respectivamente. Os resultados do processo de otimização indicam que a tipologia Howe apresentou resultados menores para a função objetivo (peso da estrutura) em relação à treliça Fan modificada. Além disso, quando analisada a distribuição dos esforços normais na treliça, observou-se uma correlação com a resistência característica na compressão e na tração das espécies, onde as treliças com espécies de menor resistência mecânica são mais solicitadas, enquanto as treliças com espécies de maior resistência mecânica são menos exigidas. Nesse sentido, é possível notar que a tipologia de treliça Howe apresenta uma amplitude maior em relação à tipologia de treliça Fan Modificada, na maioria das condições adotadas para as restrições do ELU. Ao analisar as restrições associadas à flecha na condição imediata, observou-se que se obtiveram valores próximos a zero, que indica que restrição desta natureza limitaram o processo de otimização. Em síntese, a madeira mostrou-se uma opção sustentável e viável para construções de treliças, e que diferentes espécies de madeira possuem propriedades mecânicas distintas que devem ser consideradas no dimensionamento da estrutura. Os métodos de análise matricial e algoritmos de otimização de inteligência de enxame permitiram avaliar os esforços internos e deslocamentos nodais nas treliças, além de minimizar o peso da estrutura. Além disso, é importante considerar todas as restrições no dimensionamento de estruturas de madeira.
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