Estudo comparativo entre tipos de treliça para projeto de ponte metálica
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Monografia de especialização
Título alternativo
Comparative study between truss types for steel bridge design
Primeiro orientador
Membros da banca
João Pedro Navarro Rocha
Resumo
Desde a antiguidade, pontes são construídas para possibilitar a transposição de rios, vales, desfiladeiros e outros obstáculos. Inicialmente feitas em madeira, as pontes contribuíram para a evolução da sociedade e da indústria. A partir do século XVIII começaram a ser desenvolvidas pontes metálicas e, com a revolução industrial e a evolução da siderurgia, esse sistema construtivo passou a ser muito utilizado. Um dos sistemas estruturais amplamente utilizados para pontes metálicas é a treliça, caracterizada por seu sistema de barras ligadas entre si por extremidades rotuladas. No presente trabalho, é realizado um estudo comparativo entre três diferentes geometrias de treliça a serem utilizadas em um projeto estrutural de uma ponte metálica. Foram analisadas treliças Pratt, Howe e Warren. Inicialmente, utiliza-se o software SAP2000 para a elaboração do modelo estrutural, lançamento dos carregamentos e definição das combinações de ações. A partir disso, são calculados os esforços solicitantes e feito o pré-dimensionamento da estrutura pelo software. Posteriormente, é feita a verificação de todos os perfis adotados a partir das diretrizes da NBR 8800:2008. A análise mostrou que a adoção de treliças Pratt é a mais econômica em termos de peso de aço, sendo que os perfis adotados para as barras diagonais foram o principal contribuinte para o aumento do peso nos demais modelos. O modelo estrutural com treliças Howe conduziu a um aumento de 26,65% do peso de aço e o modelo estrutural com treliças Warren conduziu a um aumento de 2,92% do peso de aço. Quanto à utilização do programa SAP2000 para o pré-dimensionamento da estrutura, a análise considerou a norma ANSI/AISC 360-05. Os valores de capacidade resistente dos perfis de aço, calculados pelo software, foram, em geral, inferiores aos obtidos por meio da NBR 8800:2008. A maior variação foi observada para a capacidade resistente de força axial à compressão, em que o valor do software foi até 7,43% menor do que o obtido pela norma brasileira. A exceção ocorreu para o momento resistente dos banzos inferiores e do banzo superior dos apoios, onde o valor calculado pelo software foi 1,75% e 4,89% maior, respectivamente. As variações observadas não impactaram na escolha dos perfis de aço adotados, uma vez que a pequena variação não alterou o dimensionamento da estrutura. Logo, a utilização da ferramenta de pré-dimensionamento do software SAP2000 foi validada, porém não substitui o dimensionamento e verificações que devem ser feitas conforme as recomendações e exigências das normas técnicas brasileiras.
Abstract
Since ancient times, bridges have been built to enable the crossing of rivers, valleys, gorges, and other obstacles. Initially made of wood, bridges contributed significantly to the evolution of society and industry. From the 18th century onwards, metal bridges began to be developed, and with the Industrial Revolution and advancements in steel production, this construction system became widely adopted. One of the most commonly used structural systems for steel bridges is the truss, characterized by a system of bars connected at pinned joints. This study presents a comparative analysis of three different truss geometries for use in the structural design of a steel bridge: Pratt, Howe, and Warren trusses. Initially, the SAP2000 software was used to create the structural models, apply loadings, and define load combinations. Based on these models, internal forces were calculated, and a preliminary design of the structure was performed using the software. Subsequently, all adopted profiles were verified in accordance with the guidelines of the Brazilian standard NBR 8800:2008. The analysis showed that the adoption of Pratt trusses was the most economical in terms of steel weight, with the profiles chosen for the diagonal members being the main contributors to the increased weight in the other models. The structural model with Howe trusses resulted in a 26.65% increase in steel weight, while the Warren truss model showed a 2.92% increase. Regarding the use of SAP2000 for preliminary design, the analysis was based on the ANSI/AISC 360-05 standard. The steel section strength values calculated by the software were generally lower than those obtained using NBR 8800:2008. The greatest variation was observed in axial compression strength, where the software-calculated value was up to 7.43% lower than the value specified by the Brazilian standard. An exception occurred in the flexural strength of the lower chords and the top chord at the supports, where the software-calculated values were 1.75% and 4.89% higher, respectively. These variations did not affect the selection of the steel profiles, as the small differences did not alter the structural design. Therefore, the use of SAP2000 for preliminary design was validated, although it does not replace the detailed design and verifications required by Brazilian technical standards.
Assunto
Engenharia de estruturas, Estruturas metálicas, Treliças (Construção civil), Pontes metálicas, Normas técnicas (Engenharia)
Palavras-chave
Estrutura Metálica, Ponte. Treliça, Dimensionamento Estrutural, SAP2000, NBR 8800:2008