Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-09-29T13:09:07Z No. of bitstreams: 1 149231.pdf: 3021284 bytes, checksum: 534bb196af08597a3b9425f50b9ff9b7 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-29T13:09:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 149231.pdf: 3021284 bytes, checksum: 534bb196af08597a3b9425f50b9ff9b7 (MD5) Previous issue date: 1978-12 / O presente trabalho objetiva o desenvolvimento e comparação das formulações Lagrangeana e Lagrangeana Atualizada para a análise não-linear geométrica e física de treliças espaciais, além da apresentação e confronto de diversos métodos de solução de equações não-lineares. Estas formulações, juntamente com duas de outros autores, são implementadas no programa ANALITE. As formulações Lagrangeana e Lagrangeana Atualizada são desenvolvidas a partir dos princípios gerais da mecânica do contínuo. Possibilitam a análise não-linear de grandes deslocamentos e deformações. A estrutura é discretizada pelo método dos elementos finitos, modelo deslocamento. A solução do sistema de equações não-lineares pode ser efetuada por diversos processos incrementais: iterativos tipo Newton (Neton-Raphson e Newton-Raphson modificado), incremental convencional, incremental modificado, incremental autocorretivo de primeira ordem e de integração numérica (Runge-Kutta de quarta ordem e "predictor-corrector" de Hamming). Vários exemplos comparando as diversas possibilidades do programa são apresentados e comentados. / The main objective of this work is to examine the numerical performance of the Total Lagrangean and Updated Lagragean formulations for geometrically and materially nonlinear analysis of space trusses, and the most commonly used nonlinear equation solution algorithms. These formulations, and two others; are implemented in the ANALITE program. The Total Lagrangean and Updated Lagrangean formulations are developed based on general principles of continuum mechanics. They make possible the nonlinear analysis of large displacements and large deformations. The structure is discretizeted by the finite element method, using the displacement model. The solution of the nonlinear equation system can be carried out by several incremental procedures: Newton iteration type (Newton-Raphson and modified Newton-Raphson), conventional incremental, improved incremental, first-order self-correcting incremental, and some numerical integration techniques (fourth-order Runge-Kutta and Hamming's predictor-corrector). Several examples comparing the different possibilities of the program are presented and commented.

A presente dissertação apresenta o estudo de estruturas reticuladas planas, também chamadas de treliças. A grande demanda da construção civil, e projetos cada vez mais arrojados motivaram esta pesquisa. Foram realizados três modelos de treliças, com o intuito de comparar o problema estático em relação ao problema dinâmico e verificar qual a influência dos esforços nas juntas tipo K das treliças. As juntas das treliças foram utilizadas para analisar a região plastificada e a tensão (von-Mises). As rotinas de cálculo para obtenção dos resultados, foram implementadas no software Matlab®, para o problema estático e os resultados foram comparados entre o software FEM-Reticulado2D do Matlab e software comercial onde as diferenças ficaram em menos de um por cento. No problema dinâmico foi adicionado amortecimento, estando mais próximo de uma estrutura real. Para este caso foi utilizado o amortecimento de Rayleigh, que é encontrado por meio da frequência natural e o método utilizado para integração no tempo foi o método de Newmark. A frequência natural também foi obtida por meio de formulações implementadas no Matlab. A região de plasticidade e a tensão (von-Mises) nos nós foram obtidas com auxílio do software Ansys. Tendo em vista os resultados, pode-se concluir que o problema dinâmico por levar em consideração a influência das forças de inércia, resultou em esforços maiores em relação ao problema estático. Verificou-se que quanto mais esbelta for a estrutura, menor será a frequência natural da mesma, por isso, deve-se tomar cuidado para que estruturas esbeltas não venham a absorver energia de ações externas como o vento e entrarem no efeito de ressonância. A plasticidade e a tensão (von-Mises) dependem da intensidade das forças e das propriedades geométricas e físicas do perfil utilizado. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2015-10-26T17:52:35Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Maicon Manuel Rancan.pdf: 2645025 bytes, checksum: cfbeb2a6f92934b51c95bbd2a648af6d (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-26T17:52:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Maicon Manuel Rancan.pdf: 2645025 bytes, checksum: cfbeb2a6f92934b51c95bbd2a648af6d (MD5) / This thesis presents the study of plane frame structures, also called trusses. The great demand of construction, and projects increasingly bold motivated this research. Three models lattices were performed in order to compare the static problems concerning dynamic problem and check the influence of the joints efforts K type of truss. The joints of the truss were used to analyze the plasticized region and the stress (Von-Mises). The calculation routine for obtaining the results were implemented in Matlab software for the static problem and the results were compared with the FEM-Reticulado2D Matlab software and commercial software where the differences were less than one percent. In the dynamic damper problem was added, being closest to an actual structure. For this case we used the Rayleigh damping, which is found by means of the natural frequency and the method used for time integration method is the Newmark. The natural frequency was also obtained by formulations implemented in Matlab. The plasticity of the region and the tension (von Mises-) nodes were obtained with the help of Ansys software. Considering the results, it can be concluded that the dynamic problem by taking into account the influence of forces of inertia resulting in increased efforts in relation to the static problem. It was found that the more slender for the structure, the lower the natural frequency of the same, so one must be careful that slender structures will not absorb energy from external actions like wind and entering the resonance effect. The plasticity and the stress (Von-Mises) depend on the intensity of the forces and the geometrical and physical properties of the used profile.

Este trabalho apresenta um estudo sobre o comportamento de treliças espaciais formadas por elementos tubulares de seção circular, com ênfase no desempenho das tipologias de ligação utilizadas no Brasil. Foram ensaiadas experimentalmente 9 treliças espaciais com vãos de 7,5 x 15,0m e uma de 7,5m x 7,5m com altura de 1,5m, variando-se o tipo de ligação entre barras, com o objetivo de caracterizar e comparar o comportamento dos sistemas de ligações mais comuns (nó típico – extremidade estampada, nó de aço e nó com chapa de ponteira).A análise teórica, via elementos finitos, tem como objetivo aferir a validade dos modelos numéricos normalmente utilizados e refiná-los incluindo as características do comportamento estrutural observadas em ensaio. A análise numérica segue duas abordagens: análise global da estrutura incluindo os efeitos não-lineares, excentricidade na ligação e variação de seção nas extremidades das barras; com isso o comportamento das treliças ensaiadas foi representado de forma satisfatória. A análise do comportamento do nó típico, modelado tridimensionalmente com elementos de casca, possibilitou analisar a interação entre as barras na região nodal por meio de elementos de contato. Com esta modelagem, apesar das simplificações, foi possível reproduzir o modo de colapso observado experimentalmente. / This paper presents a study of the behavior of tubular circular section space trusses with the main emphasis placed on the performance of the various truss typologies used in Brazil. Nine space trusses with plan dimensions of 7.5m x 15.0m and one with plan dimensions of 7.5mx7.5m and height of 1.5m were tested. The joint type was varied with the objective to characterize and compare the behavior of the more common types of connection systems (typical node – stamped end, steel node, and end plate node). The theoretical analysis employing finite elements was adopted mainly to ascertain the validity of various numerical models commonly employed and hence refining them by including the some basic characteristics of the observed structural behavior.The numerical analysis employed was based on two methodologies: a global structural analysis that takes into account the effects of non-linearity, eccentricities at connection, and the variation of the end bars cross section. In this manner the actual behavior of the tested trusses was well represented. The analysis of the behavior of a typical node, modeled using tri-dimensional finite shell elements made it possible to analyze the interaction between bars that converge at the nodal region by applying contact elements. Despite it simplicity, predicted results of the collapse mode obtained by using the proposed model, very well reproduce the experimental observation.

No Brasil é comum a utilização de barras tubulares com extremidades estampadas na confecção das treliças metálicas espaciais, uma vez que representam uma significativa redução de custos, quando comparado a sistemas mais elaborados, devido a sua simplicidade de fabricação e montagem, entretanto trata-se aparentemente de um sistema precário do ponto de vista estrutural, merecendo estudos que estabeleçam critérios para uma utilização segura. Neste trabalho são apresentadas análises teóricas e experimentais destas estruturas, onde foi analisada a situação construtiva usual de treliça com nós típicos (extremidade das barras estampadas, sobrepostas e unidas por um único parafuso), e com nós de aço (sistema de conexão formado por uma peça com aletas de aço soldadas). Os resultados experimentais foram obtidos em ensaios de quatro protótipos que simulam um trecho de treliça espacial, constituídos por uma malha quadrada sobre quadrada, composta de nove módulos piramidais de 2,5 x 2,5 x 1,5 (m), totalizando uma estrutura com dimensões iguais a 7,5 x 7,5 x 1,5 (m), apoiada por colunas nos vértices, permitindo comparar a rigidez, o modo de falha e a resistência entre estes protótipos. A análise teórica dos protótipos foi feita admitindo-se os casos de linearidade e também de não linearidade física e geométrica, levando-se em consideração a variação de inércia das barras junto aos nós. / In Brazil the use of tubular bars with stamping extremities is common in space steel structures, as it means a significant reduction of cost, when caompared with more elaborete system, due to its simplicity of manufacture and assembly. However it is apparently an uncertain system from a structural point of view, which requires studies establishing safe utilization criteria. This paper presents theorical and experimental analysis of this structures. The usual constructive situation of space structure with \'nós típicos\' (bars with flattened ends, superposed and connected by a unique bolt), and \'nós de aço\' (connection system formed by a piece with steel fin welded) was studied. The experimental results were obtained in tests of four prototypes which simulated a section of space structure composed of a mesh squareon- square, with nine 2.5 x 2.5 x 1.5 (m) pyramidal modules, totaliing a structure with 7.5 x 7.5 x 1.5 (m) dimensions, supported by columns in their vertices, permiting to compare the stiffness, the failure manner and the resistance of this prototypes. The theorical analysis of prototypes was carried out by assuming the cases of linearity and physical and geometric non-linearity, taking into consideration the variation of stiffness of the bars next to the nodes.

Apresenta-se neste trabalho um processo de busca da solução de mínimo peso, para estruturas de aço treliçadas planas utilizando-se seções formadas por perfis comerciais comuns, dimensionadas segundo a norma brasileira para projeto e execução de estruturas de aço de edifícios. Como base do processo de otimização foi utilizado o método do gradiente inteiro, alterando-se alguns critérios, no sentido de melhorar o desempenho e levar em conta a relação não linear entre as características geométricas dos perfis. São abordados os conceitos matemáticos básicos envolvidos no processo de otimização, os de análise de estruturas treliçadas planas, bem como a formulação para o dimensionamento de barras sujeitas a tração ou compressão. São apresentadas ainda as listagens dos programas envolvidos no processo e também exemplos de aplicação para demonstrar a eficácia dos procedimentos utilizados. / This work presents a process to find a least weight solution for two-dimensional trusses composed of available steel sections, according to brazilian code for design and constructions or steel buildings structures. The optimization process is based on the method of integer gradient directions. Some modifications were introduced in order to improve the algorithm and take into account the non-linear relationship between geometric characteristics for steel cross-section. It is also presented the basic concepts of mathematics optimization to design two-dimensional trusses, as well as the formulation for designing members in tension or compression. The program listing used in this process is also presented, as well as some examples, to demostrate the efficacy of the process.

A presente dissertação apresenta o estudo de estruturas reticuladas planas, também chamadas de treliças. A grande demanda da construção civil, e projetos cada vez mais arrojados motivaram esta pesquisa. Foram realizados três modelos de treliças, com o intuito de comparar o problema estático em relação ao problema dinâmico e verificar qual a influência dos esforços nas juntas tipo K das treliças. As juntas das treliças foram utilizadas para analisar a região plastificada e a tensão (von-Mises). As rotinas de cálculo para obtenção dos resultados, foram implementadas no software Matlab®, para o problema estático e os resultados foram comparados entre o software FEM-Reticulado2D do Matlab e software comercial onde as diferenças ficaram em menos de um por cento. No problema dinâmico foi adicionado amortecimento, estando mais próximo de uma estrutura real. Para este caso foi utilizado o amortecimento de Rayleigh, que é encontrado por meio da frequência natural e o método utilizado para integração no tempo foi o método de Newmark. A frequência natural também foi obtida por meio de formulações implementadas no Matlab. A região de plasticidade e a tensão (von-Mises) nos nós foram obtidas com auxílio do software Ansys. Tendo em vista os resultados, pode-se concluir que o problema dinâmico por levar em consideração a influência das forças de inércia, resultou em esforços maiores em relação ao problema estático. Verificou-se que quanto mais esbelta for a estrutura, menor será a frequência natural da mesma, por isso, deve-se tomar cuidado para que estruturas esbeltas não venham a absorver energia de ações externas como o vento e entrarem no efeito de ressonância. A plasticidade e a tensão (von-Mises) dependem da intensidade das forças e das propriedades geométricas e físicas do perfil utilizado. / This thesis presents the study of plane frame structures, also called trusses. The great demand of construction, and projects increasingly bold motivated this research. Three models lattices were performed in order to compare the static problems concerning dynamic problem and check the influence of the joints efforts K type of truss. The joints of the truss were used to analyze the plasticized region and the stress (Von-Mises). The calculation routine for obtaining the results were implemented in Matlab software for the static problem and the results were compared with the FEM-Reticulado2D Matlab software and commercial software where the differences were less than one percent. In the dynamic damper problem was added, being closest to an actual structure. For this case we used the Rayleigh damping, which is found by means of the natural frequency and the method used for time integration method is the Newmark. The natural frequency was also obtained by formulations implemented in Matlab. The plasticity of the region and the tension (von Mises-) nodes were obtained with the help of Ansys software. Considering the results, it can be concluded that the dynamic problem by taking into account the influence of forces of inertia resulting in increased efforts in relation to the static problem. It was found that the more slender for the structure, the lower the natural frequency of the same, so one must be careful that slender structures will not absorb energy from external actions like wind and entering the resonance effect. The plasticity and the stress (Von-Mises) depend on the intensity of the forces and the geometrical and physical properties of the used profile.

Orientadores : Francisco Antonio Menezes, Renato Soliani / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil / Made available in DSpace on 2018-08-02T00:38:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cortes_CarlosFredericoMacedo_M.pdf: 3755377 bytes, checksum: 3f5b34b5f7ad03935bf8c7ab7c01d33d (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Diminuir os custos com a construção de estruturas tornou-se ainda mais importante com a globalização da economia. No caso de treliças, uma estrutura leve, de fácil e rápida execução, o menor custo será representado pelo menor peso que a treliça poderá ter. O presente trabalho trata da otimização de peso de treliças planas com geometria e topologia fixadas. O processo de otimização proposto consiste em submeter uma configuração inicial de treliça plana a um programa que primeiramente sujeitará a função objetivo a um otimizador de caráter contínuo e nãolinear, restritas por funções que representam tensões admissíveis das barras (calculadas segundo a norma norte-americana de tensões admissíveis AISC/ASD 1989), limites para os deslocamentos nodais, áreas das seções transversais, além de equações de equilíbrio estático; com a finalidade de minimizar a área da seção transversal, mantendo o layout sugerido inicialmente. De posse desses valores ótimos, submetese novamente as mesmas equações a um outro otimizador, de caráter discreto e não-linear, acrescentando o conjunto de restrições com equações para a escolha de perfis disponíveis no mercado. Foi escrito o programa pTRUSS, em linguagem Pascal, que prepara um arquivo com os comandos específicos da linguagem interpretada GAMS. Esse arquivo gerado pelo programa pTRUSS é submetido ao software de otimização GAMS, que resolve o problema em estudo. Permitem-se dois tipos de análise: análise contínua e análise discreta. No primeiro caso o GAMS utiliza rotinas internas do MINOS 5.1 e no segundo o GAMS utiliza o otimizador DICOPT. Apresentam-se alguns exemplos encontrados na literatura para efeito de comparação de resultados. Compararam-se também os resultados obtidos pela proposta da dissertação com valores calculados com os programas SAP2000 e AutoMetal / Abstract: Due to the globalization of the economy, cost reduction has become more important. Concerning to the truss, a light, easy and quick build structure, the minimum cost will be represented by minimum weight that the truss could have. In this his work plane truss optimization with fixed geometry and fixed topology is studied. The proposed optimization process consists in applying to an initial configuration plane truss a code where, firstly, the Weight Objective Function will be subjected to a continuum and nonlinear solver, constrained by functions which represent the allowable stress members (according to the AISC-ASD/1989 code), displacement nodal limits and cross section area limits, as well as static equilibrium equations; focusing on minimizing the cross section area and keeping the initial configuration proposed. The optimal values obtained by continuum analysis will be used to submit again the same equations to another solver, now discrete and nonlinear. New equations of restraint that permit to choose available commercial sections were increased on program. Using Pascal language, it was made a program named p TRUSS that prepares a file with specific commands of language interpreted by GAMS. This file created by the pTRUSS program is submitted to the optimization software GAMS, that solves the problem in analysis. Two types of analyses are permitted: continuum analysis and discret analyses. In the former, the software GAMS uses internal routines of MINOS 5.1 and in the latter, GAMS uses the solver DICOPT. Examples from the literature are presented in order to compare the results. Commercial softwares as SAP2000 and AutoMetal were used to validate the results obtained by the software GAMS with the values calculed. / Mestrado / Estruturas / Mestre em Engenharia Civil

Orientadores: Newton de Oliveira Pinto Júnior, João Alberto Venegas Requena / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-22T02:16:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_AugustoOttoniBuenoda_D.pdf: 10620003 bytes, checksum: 1ae2a0949d644fd7b3bdbee6ccba8b20 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: As treliças mistas em aço-concreto, alternativas bastante eficientes para vencer grandes vãos, são geralmente empregadas em edifícios comerciais e industriais, e, em pontes ferroviárias e rodoviárias. Em muitos casos, para que se possibilite a passagem de dutos, dificultada nos quadros com presença de diagonais, e construído um painel Vierendeel central; porem, em algumas situações, este único painel pode ser insuficiente, necessitando-se então a criação de novos painéis para satisfazer o uso que se pretende dar a construção. Neste sentido, o objetivo do estudo foi determinar através de um procedimento de calculo analítico e modelagens elástica bi-dimensional e plástica tri-dimensional, a capacidade resistente e o modo de ruptura de uma treliça tubular mista bi-apoiados com 15 metros de vão, sendo todo o terço central constituído por painéis Vierendeel. Em seguida, mantendo-se o vão de 15 metros e os perfis estipulados no dimensionamento, foi feita uma parametrização dos resultados para estruturas com 3, 7, 9 e 13 painéis. O estudo, desenvolvido para cargas de escritório, apontou a proporção vão/3 - vão/3 - vão/3 como a ideal para a relação entre trechos treliçado - Vierendeel - treliçado, pois ao se aumentar a proporção do trecho central ocupado pelos painéis Vierendeel, os novos sistemas perdem muita rigidez passando a não suportar mais a carga estipulada no projeto. Alem disso, podem passar a apresentar deslocamentos verticais excessivos e resistência às forcas cortantes externas atuantes sobre os painéis insuficiente / Abstract: The steel-concrete composite trusses, an efficient alternative to overcome large spans, are generally used in commercial and industrial buildings, and rail and road bridges. In many cases, in order to enable the passage of ducts, with complications in the frames with the presence of diagonals, a central Vierendeel panel is built, but in some situations, if this single panel may be insufficient, then one would need to create new panels to meet the intended use to build. In this case, the objective of the study was to determine, through analytical calculation, two-dimensional elastic modeling and three-dimensional plastic modeling, the bearing capacity and failure mode of a bi-supported truss with a 15 meter span, and the entire central third consisting of Vierendeel panels. Then, keeping the span of 15 meters and the sections determined in the design, a parameterization of the results was made for structures having 3, 7, 9 and 13 panels. The study developed for office loads, found the proportion span/3 - span/3 - span/3, as the ideal relationship for the truss - Vierendeel - truss lengths, because by increasing the proportion of the length occupied by the central Vierendeel panels, the new system loses stiffness and no longer support the load stipulated in the project. Furthermore, they can start presenting excessive vertical displacements and insufficient resistance to external shear forces acting on the panels / Doutorado / Estruturas / Doutor em Engenharia Civil

O presente trabalho aborda alguns aspectos estruturais e construtivos das estruturas metálicas espaciais. Inicialmente apresentam-se um breve histórico deste sistema estrutural, algumas informações gerais a respeito das classificações das estruturas espaciais, das \'tipologias\' para alguns dos sistemas mais utilizados, assim como exemplos de aplicação destas estruturas. A seguir discutem-se aspectos relativos à análise estrutural, com a apresentação de um breve roteiro de cálculo para uma cobertura em treliça espacial. Finalmente apresentam-se alguns resultados teóricos e experimentais relativos a barras comprimidas de inércia variável ao longo do comprimento. / In this work, some structural and constructional aspects of metal space structures are presented. lnitially, a brief review of this structural system is described together with some general informations about classifications, types and applications of usual systems. In addition, some aspects about structural analysis are discussed, presenting a brief guide for a space truss design. Finally, some theoretical and experimental results are illustrated for a case of axial compression members with variable stiffness.

Este trabalho apresenta um estudo sobre as estruturas metálicas espaciais abordando os seguintes aspectos: histórico e desenvolvimento, tipos, vantagens do sistema tridimensional e comportamento estrutural. Atenção especial é dispensada às tipologias de treliças espaciais mais comuns no Brasil, formadas por tubos circulares com variações de inércia nas extremidades. A influência da variação de inércia nas extremidades das barras no comportamento destes elementos isoladamente (resistência à compressão) e comportamento global da estrutura, foi estudada via elementos finitos. Descrevem-se vários sistemas de ligações patenteados utilizados em outros países e os comumente usados no Brasil. Apresentam-se resultados experimentais e teóricos de uma treliça espacial com dimensões em planta de 7,5 x 7,5 m. Na análise teórica foram considerados a variação de inércia nas barras e os efeitos da não linearidade geométrica. Analisou-se também, com as mesmas considerações anteriores, modelos de treliças espaciais de dimensões maiores que o modelo ensaiado. / This work presents a study of space steel structures including the following aspects: history and development, types, advantages of three-dimensional system and structural behaviour. It is given special attention to the most common types of space trusses in Brazil, composed of tubular sections bars with flattened ends. The influence of the variable stiffness on each element\'s behaviour (compressive strength) and on the global structural behaviour has been studied with the use of finite elements. Various patent connection systems used in other countries and those commonly used in Brazil are described. Experimental and theoretical results of a 7,5 m-long by 7,5 m-wide space truss are presented. In the theoretical analysis, variable stiffness and effects of geometrical non-linearity have been considered. Still applying the above considerations, larger space truss models have been also analysed.