Comparative analysis of the mechanical performance of flat wood truss typologies for different strength classes via an optimization algorithm
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Ano de publicação
2023
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Instituição
Universidade Federal de São Carlos
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.
Descrição
Citação
MORAES, M. H. M. Análise comparativa do desempenho mecânico de tipologias de treliças planas de madeira para classes de resistência distintas via algoritmo de otimização. 2023. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos - SP, 2020.