Orientador: Fernando de Azevedo Silva / Banca: Marcelo Sampaio Martins / Banca: José Célio Dias / Resumo : O uso do método dos elementos finitos é bem difundido por meio de softwares comerciais, porém o procedimento matemático muitas vezes passa despercebido pelos usuários. Os softwares utilizam o método principalmente em análises de estruturas sólidas, transferência de calor, fluidos e eletromagnetismo. Tais softwares são caros e muitas vezes não acessíveis a estudantes ou profissionais da área. Para usuários que precisam realizar uma análise de elementos estruturais como treliças e pórticos a aquisição deste tipo de software é inviável economicamente. Este trabalho desenvolveu uma rotina em Visual Basic for Aplication do Excel utilizando o referido método, capaz de realizar análises estruturais em treliças planas e espaciais, vigas planas e pórticos planos, tornando acessível a aqueles que querem analisar tais estruturas ou que querem conhecer melhor o método. O Microsot Excel está presente na maioria dos computadores com o sistema operacional Microsoft Windows o que o viabiliza sua portabilidade entre computadores sem grandes dificuldades. A validação dos resultados foi feita por comparação dos resultados obtidos no software ANSYS / Abstract: The use of the finite element method is well diffused through commercial software, but the mathematical procedure often goes unnoticed by users. The software uses the method in the analysis of solid structures, heat transfer fluids and electromagnetism. Such software is expensive frequently not accessible to students or professionals. For people who want to do an analysis of structural elements such as truss and frames to purchase this kind of software is uneconomical. This work developed a routine in Visual Basic for Aplication of Micrsoft Excel using the finite element method, able to do analysis in space trusses, plane beams and plane frames, turning accessible one who want analyze such structures or those who want to know well the method. The Microsoft Excel has features matrix operations and various mathematical operations and any other operation or manipulation of data required it has programming in Visual Basic for Aplication. Excel is being on most computers with Microsoft Windows operating system enables what its portability between computers without bigger difficulties. For this a review of the finite element method and Excel features have been realized. Validation of results was done by comparing results obtained in ANSYS software / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-07-26Bitstream added on 2014-06-13T20:08:04Z : No. of bitstreams: 1 martins_o_me_ilha.pdf: 1853643 bytes, checksum: e5ed74dccf9c216b529f9bef47b8a14d (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / No Brasil, é comum o uso de estruturas treliçadas de madeira na construção de coberturas nas edificações e, que, na maioria das vezes, são feitas de forma artesanal ou empírica. Para que haja uma otimização na produção dessas estruturas, através da industrialização, é conveniente o conhecimento e o domínio dos sistemas construtivos disponíveis. A utilização dos conectores metálicos, de chapa com dentes estampados (CDE) nas ligações dos elementos estruturais das treliças, é considerada, pela literatura, uma boa opção de sistema construtivo em escala industrial. Neste trabalho foram determinadas a resistência e a rigidez das ligações por conector CDE, em peças estruturais de madeira, para as classes de resistência: C20; C30 e C40, através dos modos básicos de ruptura das peças ligadas, que são: arrancamento dos dentes na peça de madeira; cisalhamento e tração da chapa. Também foi verificada a influência da variação na umidade das peças de madeira, ao serem prensadas pelo conector CDE, na resistência e rigidez da ligação, visando com isso, contribuir com a Revisão da Norma Brasileira (NBR-7190/97). / The usage of wood trusses is common in the construction of roofs in Brazil, the most of the times are built in way craft or empiric. Obtaining an optimization in the production of these structures, through the industrialization, it is convenient the knowledge and the domain of the available constructive systems. The usage of the metallic connectors, as the metal connectors plates (MCP) in the connections of the structural elements of the truss is considered, for the literature, a nice option of constructive system in industrial scale. In this work, the resistance and the rigidity of the connections for connector MCP, in structural pieces of wood, for the resistance classes C20; C30 and C40, were certained through the basic manners of rupture of the linked pieces are: pull-out of the teeth in the wood piece; cut and traction of the connector. The influence of the variation in the humidity of the wood pieces as they are pressed by the connector MCP, in the resistance and the rigidity of the connections was verified as well, seeking with that, to contribute with Brazilian Code (NBR-7190/97) Revision.

Made available in DSpace on 2014-12-02T11:16:52Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-08-01Bitstream added on 2014-12-02T11:21:17Z : No. of bitstreams: 1 000792446.pdf: 3597835 bytes, checksum: f7a2a579969065c50aa537117aca958a (MD5) / O uso do método dos elementos finitos é bem difundido por meio de softwares comerciais, porém o procedimento matemático muitas vezes passa despercebido pelos usuários. Os softwares utilizam o método principalmente em análises de estruturas sólidas, transferência de calor, fluidos e eletromagnetismo. Tais softwares são caros e muitas vezes não acessíveis a estudantes ou profissionais da área. Para usuários que precisam realizar uma análise de elementos estruturais como treliças e pórticos a aquisição deste tipo de software é inviável economicamente. Este trabalho desenvolveu uma rotina em Visual Basic for Aplication do Excel utilizando o referido método, capaz de realizar análises estruturais em treliças planas e espaciais, vigas planas e pórticos planos, tornando acessível a aqueles que querem analisar tais estruturas ou que querem conhecer melhor o método. O Microsot Excel está presente na maioria dos computadores com o sistema operacional Microsoft Windows o que o viabiliza sua portabilidade entre computadores sem grandes dificuldades. A validação dos resultados foi feita por comparação dos resultados obtidos no software ANSYS / The use of the finite element method is well diffused through commercial software, but the mathematical procedure often goes unnoticed by users. The software uses the method in the analysis of solid structures, heat transfer fluids and electromagnetism. Such software is expensive frequently not accessible to students or professionals. For people who want to do an analysis of structural elements such as truss and frames to purchase this kind of software is uneconomical. This work developed a routine in Visual Basic for Aplication of Micrsoft Excel using the finite element method, able to do analysis in space trusses, plane beams and plane frames, turning accessible one who want analyze such structures or those who want to know well the method. The Microsoft Excel has features matrix operations and various mathematical operations and any other operation or manipulation of data required it has programming in Visual Basic for Aplication. Excel is being on most computers with Microsoft Windows operating system enables what its portability between computers without bigger difficulties. For this a review of the finite element method and Excel features have been realized. Validation of results was done by comparing results obtained in ANSYS software

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.

Orientador: João Alberto Venegas Requena / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-17T11:24:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Montagner_SergioLuiz_M.pdf: 16057258 bytes, checksum: 485609187652884da30fd6467e760158 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: A aplicação de estruturas mistas está sendo cada vez mais utilizada para a otimização dos custos da estrutura em obras civis. Uma alternativa para este tipo de estrutura é o composto por uma viga treliçada de perfil metálico e uma mesa de concreto armado conectado à viga metálica através de conectores de cisalhamento. Esta é uma alternativa de baixo custo final, porém com um agravante, não está prevista em normas nacionais vigentes. A norma canadense, CZSC [7] (Canadian Institute of Steel Construction - Handboock of Steel Construction), é uma das poucas normas que descreve o dimensionamento deste tipo de estrutura. É com o auxílio desta e de outras normas internacionais, como o Eurocode 4 [10/11] (European Standard - Design ofComposite Steel and Concrete Strutures) e a AISC [1] (American Institute of Steel Construction, Inc. - Load and Resistance Factor Design Specification for Structural Steel Buildings), assim como com o estudo do contexto em que este tipo de estrutura está sendo empregado mundialmente através de artigos e literaturas específicas, que este projeto, a partir desta problemática, tem por objetivo formular uma solução que atenda às limitações da norma nacional, a NBR 8800 [24] (Norma Brasileira Registrada - Projeto e Execução de Estruturas de Aço em Edifícios), adaptando-a às proposições da revisão de seu escopo, a NBR 8800 [23] (Norma Brasileira Registrada 8800 - Projetos e Execução de Estruturas de Aço e de Estruturas Aço-Concreto de Edifícios), resultando ao final na automatização de seu dimensionamento através de um programa computacional desenvolvido ao longo desta pesquisa. / Abstract: Not informed. / Mestrado / Estruturas / Mestre em Engenharia Civil

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.

As estruturas metálicas espaciais de cobertura apresentam aspectos diferenciados de projeto. Existem diversos arranjos geométricos possíveis para estas estruturas, cuja escolha está associada, entre outros fatores, às formas e dimensões do contorno, aos pontos de apoio e aos sistemas de conexões empregadas. Neste trabalho, foi analisado o projeto destas estruturas, abordando aspectos históricos, os sistemas de ligação, o comportamento estrutural, as particularidades de projeto, e realizando uma análise numérica de diferentes arranjos geométricos. Foram analisados 27 arranjos geométricos quadrados (66 m x 66 m) e 6 arranjos geométricos retangulares (186 m x 66 m), todos os vãos centrais de 60 m, e com variações na quantidade e posicionamento dos apoios, na disposição das barras do reticulado, na altura e nas dimensões dos módulos. Adotou-se o modelo de treliça ideal em análise elástica linear (teoria de primeira ordem). Com os resultados dos processamentos, realizou-se uma comparação entre os modelos, abrangendo os seguintes aspectos: quantidade de nós e barras, consumo de material, deslocamentos máximos, reações de apoio máximas e esforços internos máximos. O fator que causou maior influência no comportamento dos arranjos analisados foi a disposição dos apoios. / The roofing space steel structures have differentiated aspects of design. There are many types of arrangements to these structures, and the choice is associate, among other factors, with the shapes e dimensions of the boundary, with the points of support and with the connection systems employed. In this work was analysed the design of these structures, including the historical aspects, the connection systems, the structural behaviour, the particulars aspects of the design, and a numerical analysis of differents arrangements. Twenty seven square structures (66 m x 66 m) and six rectangular structures (186 m x 66 m) were analysed, all them with 60 m span, and variations in the amount and position of supports, in the member arrangement, in the depth and in the node spacing. These structures were analysed adopting the ideal truss model with elastic linear behaviour. With the results were made a comparison between the arrangements that reports these aspects: amount of nodes and members, material consumption, displacements, support reactions and internal forces. The factor that caused the biggest influence in the behaviour of the space structures analysed was the amount and position of supports.

A utilização de treliças para o escoramento de elementos estruturais de concreto armado e aço é considerada uma solução eficaz para o atual sistema de construção de engenharia civil. Uma mudança de atitude no processo de construção, associado com a redução dos custos causou um aumento considerável na utilização de treliças tridimensionais em aço com maior capacidade de carga. Infelizmente, o desenho destes sistemas estruturais baseia-se em cálculos muito simplificados relacionadas com vigas de uma dimensão, com propriedades de inércia constantes. Tal modelagem, muito simplificada, não pode representar adequadamente a resposta real dos modelos estruturais e pode levar a inviabilidade econômica ou mesmo inseguro desenho estrutural. Por outro lado, estas estruturas treliçadas estão relacionadas com modelos de geometria complexa e são desenhados para suportar níveis de cargas muito elevadas. Portanto, este trabalho de investigação propôs modelos de elementos finitos que representam o caráter tridimensional real do sistema de escoramento, avaliando o comportamento estático e dinâmico estrutural com mais confiabilidade e segurança. O modelo computacional proposto, desenvolvido para o sistema estrutural não linear de análise estática e dinâmica, aprovou as habituais técnicas de refinamento de malha presentes em simulações do método de elementos finitos, com base no programa ANSYS [1]. O presente estudo analisou os resultados de análises linear-elástica e não linear geométrica para ações de serviço, físicos e geométricos para as ações finais. Os resultados do presente estudo foram obtidas, com base na análise linear-elástica e não linearidade geométrica e física, e comparados com os fornecidos pela metodologia simplificada tradicional de cálculo e com os limites recomendadas por normas de concepção. / The use of lattice structures for shoring of steel, composite and reinforced concrete structures is considered an effective solution in the construction of civil engineering systems. An attitudinal change in the construction process associated with costs reduction has caused a considerable increase in the use of three-dimensional lattice steel truss systems with greater load capacity. Unfortunately, the design of these structural systems is based on very simplified calculations related to one-dimensional beams with constant inertia properties. Such a very simplified modeling cannot adequately represent the actual response of the structural models and can lead to uneconomic or even unsafe structural design. On the other hand, these lattice steel structures are related to three-dimensional models of complex geometry and are designed to support very high loading levels. Therefore, this work research has proposed finite element models that represent the actual three-dimensional character of shoring system, evaluating the static and dynamic structural behavior with more reliability and security. The proposed computational model, developed for the structural system non-linear static and dynamic analysis, adopted the usual mesh refinement techniques present in finite element method simulations, based on the Annoys program. The present study has considered the results of a linear-elastic and non-linear geometric analysis for serviceability actions, physical and geometrical nonlinear analysis for ultimate actions. The results of the present investigation were obtained, based on linear-elastic and non-linear geometric and physical analysis, and compared with those supplied by the traditional simplified methodology of calculation and with the limits recommended by design standards.

A utilização de treliças para o escoramento de elementos estruturais de concreto armado e aço é considerada uma solução eficaz para o atual sistema de construção de engenharia civil. Uma mudança de atitude no processo de construção, associado com a redução dos custos causou um aumento considerável na utilização de treliças tridimensionais em aço com maior capacidade de carga. Infelizmente, o desenho destes sistemas estruturais baseia-se em cálculos muito simplificados relacionadas com vigas de uma dimensão, com propriedades de inércia constantes. Tal modelagem, muito simplificada, não pode representar adequadamente a resposta real dos modelos estruturais e pode levar a inviabilidade econômica ou mesmo inseguro desenho estrutural. Por outro lado, estas estruturas treliçadas estão relacionadas com modelos de geometria complexa e são desenhados para suportar níveis de cargas muito elevadas. Portanto, este trabalho de investigação propôs modelos de elementos finitos que representam o caráter tridimensional real do sistema de escoramento, avaliando o comportamento estático e dinâmico estrutural com mais confiabilidade e segurança. O modelo computacional proposto, desenvolvido para o sistema estrutural não linear de análise estática e dinâmica, aprovou as habituais técnicas de refinamento de malha presentes em simulações do método de elementos finitos, com base no programa ANSYS [1]. O presente estudo analisou os resultados de análises linear-elástica e não linear geométrica para ações de serviço, físicos e geométricos para as ações finais. Os resultados do presente estudo foram obtidas, com base na análise linear-elástica e não linearidade geométrica e física, e comparados com os fornecidos pela metodologia simplificada tradicional de cálculo e com os limites recomendadas por normas de concepção. / The use of lattice structures for shoring of steel, composite and reinforced concrete structures is considered an effective solution in the construction of civil engineering systems. An attitudinal change in the construction process associated with costs reduction has caused a considerable increase in the use of three-dimensional lattice steel truss systems with greater load capacity. Unfortunately, the design of these structural systems is based on very simplified calculations related to one-dimensional beams with constant inertia properties. Such a very simplified modeling cannot adequately represent the actual response of the structural models and can lead to uneconomic or even unsafe structural design. On the other hand, these lattice steel structures are related to three-dimensional models of complex geometry and are designed to support very high loading levels. Therefore, this work research has proposed finite element models that represent the actual three-dimensional character of shoring system, evaluating the static and dynamic structural behavior with more reliability and security. The proposed computational model, developed for the structural system non-linear static and dynamic analysis, adopted the usual mesh refinement techniques present in finite element method simulations, based on the Annoys program. The present study has considered the results of a linear-elastic and non-linear geometric analysis for serviceability actions, physical and geometrical nonlinear analysis for ultimate actions. The results of the present investigation were obtained, based on linear-elastic and non-linear geometric and physical analysis, and compared with those supplied by the traditional simplified methodology of calculation and with the limits recommended by design standards.

As estruturas metálicas espaciais de cobertura apresentam aspectos diferenciados de projeto. Existem diversos arranjos geométricos possíveis para estas estruturas, cuja escolha está associada, entre outros fatores, às formas e dimensões do contorno, aos pontos de apoio e aos sistemas de conexões empregadas. Neste trabalho, foi analisado o projeto destas estruturas, abordando aspectos históricos, os sistemas de ligação, o comportamento estrutural, as particularidades de projeto, e realizando uma análise numérica de diferentes arranjos geométricos. Foram analisados 27 arranjos geométricos quadrados (66 m x 66 m) e 6 arranjos geométricos retangulares (186 m x 66 m), todos os vãos centrais de 60 m, e com variações na quantidade e posicionamento dos apoios, na disposição das barras do reticulado, na altura e nas dimensões dos módulos. Adotou-se o modelo de treliça ideal em análise elástica linear (teoria de primeira ordem). Com os resultados dos processamentos, realizou-se uma comparação entre os modelos, abrangendo os seguintes aspectos: quantidade de nós e barras, consumo de material, deslocamentos máximos, reações de apoio máximas e esforços internos máximos. O fator que causou maior influência no comportamento dos arranjos analisados foi a disposição dos apoios. / The roofing space steel structures have differentiated aspects of design. There are many types of arrangements to these structures, and the choice is associate, among other factors, with the shapes e dimensions of the boundary, with the points of support and with the connection systems employed. In this work was analysed the design of these structures, including the historical aspects, the connection systems, the structural behaviour, the particulars aspects of the design, and a numerical analysis of differents arrangements. Twenty seven square structures (66 m x 66 m) and six rectangular structures (186 m x 66 m) were analysed, all them with 60 m span, and variations in the amount and position of supports, in the member arrangement, in the depth and in the node spacing. These structures were analysed adopting the ideal truss model with elastic linear behaviour. With the results were made a comparison between the arrangements that reports these aspects: amount of nodes and members, material consumption, displacements, support reactions and internal forces. The factor that caused the biggest influence in the behaviour of the space structures analysed was the amount and position of supports.