TALLER DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL

Transcripción

1 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA Casa abierta al tiempo TALLER DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL Presenta: Gelacio Juárez Luna

2 2 1. IDEALIZACIÓN Proceso de Simulación Fenómeno físico Modelo matemático Fuerte Variacional Débil 2. DISCRETIZACIÓN MDF MEF MEF 3. SOLUCIÓN Modelo discreto Solución discreta Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna

3 3 Armaduras -Elementos y d y Fy z x d z d x F z F x Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna GL Armaduras

4 4 Viga -Elementos Viga 2D Viga 3D Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna

5 5 Elementos Sólidos 2D Triángulo lineal y d y Cuadrilátero lineal F y x Sistema Coordenado Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna d x Desplazamientos asociados F x Fuerzas asociadas

6 6 Sólidos 3D-Tetraedro y d y Fy Tetraedro z x d z d x F z F x GL en sólidos 3D Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna

7 7 Placas z d z Fz y x M y Mx y x GL en placas Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna

8 8 Introducción al MEF Discretización Aproximación de desplazamientos Formación matriz de rigideces Modelo de Elementos Finitos Estructura continua (Losa) Elementos finitos Nodos Plano medio Esfuerzos Nodos Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna Análisis numérico de una estructura continua Losa.

9 9 Matriz de Rigidecez Viga Columna Frame Esfuerzos EA = Rigidez axial EI = Rigidez a flexión Grados de libertad Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna Matriz de rigideces

10 10 Problemas numéricos en el análisis de estructuras Errores de programación: Tamaños de arreglos Real, constante Asignación de variables Errores del modelado: Material Cargas Discretización Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna

11 11 Estructura y acciones reales Análisis de estructuras reales Acciones reales Sistema estructural y cargas equivalente Cargas nodales Cargas de diseño Viga Apoyo fijo Modelo de elementos finitos Cálculo de desplazamientos nodales, esfuerzos y fuerzas Cálculo del acero de refuerzo Nodos Elementos Construcción Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna

12 12 Consideraciones de modelado Elementos lineales o de orden superior Tomar ventaja de la simetría El eje se simetría debe coincidir con el eje cartesiano global Y No se permiten coordenadas en X negativas. El eje global cartesiano Y representa la dirección axial; el eje X la dirección radial; y el eje Z la dirección circunferencial. El modelo deberá discretizarse con el tipo de elemento apropiado: Para modelos axisimétricos utilice sólidos en 2D y/o cascarones axisimétricos Cuanto detalle incluye Densidad de malla apropiada Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna

13 Teoría de vigas delgadas Bernoulli h/l<0.2 Ignoran deformaciones por cortante Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 13

14 Teoría de Vigas Gruesas Timoshenko h/l>0.2 Consideran deformaciones por cortante Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 14

15 Ejemplo viga 500 kg q(x)=1500 kg/m 3m 0 Concreto f ' c = 250 kg/cm E = kg/cm g =.0024 kg/cm n = Sección b = 0.15m h = 0.30m Acero barras f = y f = y 411, kpa Acero estribos 274,586.2 kpa Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 15

16 Generación del modelo File>New model Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 16

17 Material-Concreto Define>materials>add new materials Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 17

18 Material-Acero Define>materials>add new materials Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 18

19 Sección V1 Define>section properties> frame sections>add new properties>rectangular Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 19

20 Casos de Carga Define>Load pattern Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 20

21 Combinaciones de carga Define>Combinations Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 21

22 Asignación de la Carga Assign>Frame loads>distributed Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 22

23 Asignación de la Carga Assign>Frame loads>point Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 23

24 Restricciones de apoyos Assign>Joint>Restraint Apoyos 1 Apoyos 2 Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 24

25 Opciones de análisis Analyze>Set Analysis Options Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 25

26 Análisis Analyze>Run Analysis Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 26

27 Comparación de resultados Display> Show forces>frame Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 27

28 Trabajo Clase 4 t/m 5 t a b c 4 m 2 m 2 m Adaptado de González-Cuevas (2002) 4 t/m k =0.15EI 5 t a b k =0.20EI c L 4 m 2 m 2 m Adaptado de Hibbeler (2012) Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 28

29 Armaduras Adaptado de Tena (2007) Adaptado de González-Cuevas (2002) Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 29

30 Marcos 5000 kg q(x)=2500 kg/m 3.00 m 3.00 m Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 30

31 Zonas Rígidas Assign> Frame>End(Length) Offsets 3 1 Rigid-Zone factor 0a1 Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 31

32 32 Simetría en Geometría y Cargas

33 33 Carga Asimétrica Carga asimétrica Carga simétrica Carga asimétrica

34 Ejemplo simetría Se restringen el giro y los desplazamientos perpendiculares al eje de simetría q(x)=2500 kg/m q(x)=2500 kg/m z=0 u x=0 Eje de simetría 3.00 m 3.00 m 3.00 m 1.50 m Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 34

35 Ejemplo antimetría Se restringen todos los desplazamientos en el eje de simetría y se liberan los giros q(x)=2500 kg/m q(x)=2500 kg/m u x=0 u z=0 Eje de antimetría de cargas q(x)=2500 kg/m 3.00 m 3.00 m 3.00 m 1.50 m Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 35

36 Importar dxf a SAP200 File> Import>autoCAD.dxf file.. Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 36

37 Constraint Body Constraint. Movimiento de cuerpo rígido de los nodos seleccionados. Se usa para: Modelar conexiones rígidas, donde varias columnas y/o columnas se unen. Conectar diferentes partes del modelo donde se utilizaron mallas separadas Conectar elementos viga-columna frame, que actúan como rigidizantes excéntricos a elementos cascaron. Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 37

38 Diaphragm Constraint Causa que sus nodos restringidos se muevan juntos como un diafragma rígido. Se usa para: Modelar pisos de concreto Modelas diafragmas en superestructuras de puentes. Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 38

39 Plate Constraint Produce que todos sus nodos restringidos se muevan como una placa plana, rígida en deformación por flexión. Se usa para: Conectar elementos estructurales (Frame y Shell) a elementos sólido. Forzar a mantener secciones planas en modelos detallados a flexión. Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 39

40 Rod Constraint Causa que todos los nodos restringidos se muevan en conjunto en forma recta como un barra rígida en su deformación axial. Se usa para: Evitar deformaciones axiales en el elementos frame. Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 40

41 Beam Constraint Produce que todos su nodos restringidos se muevan en conjunto como una viga recta rígida a flexión. Se usa para: Conectar elementos estructurales (Frame y Shell) a elementos sólido. Forzar a mantener secciones planas en elementos frame. Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 41

42 Local Constraint Produce que todos su nodos restringidos se muevan en conjunto con los desplazamientos seleccionados a los grados de libertad correspondientes, los otros grados se mantienen independientes. Se usa para: Modelar condiciones simétricas con respecto a una línea o punto Modelar desplazamientos restringidos por mecanismos. Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 42

43 Welds Constraint Puede utilizarse para unir diferentes parte de modelos estructurales que fueron definidos utilizando diferentes mallas. Un Weld es un conjunto de nodos que SAP 2000 automáticamente generará múltiple body constraints para conectar nodos coincidentes. Los nodos se consideran coincidentes si la distancia entre ellos es menor o igual que una tolerancia. El asignar una tolerancia cero es permisible pero no recomendable.. Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 43

44 Line Constraint Se usa para modelar transiciones entre dos mallas incompatibles a lo largo de una línea. La line constraint no impone comportamiento rígido en el modelo, sino que la deformación sobre la línea se determina por la malla más gruesa. Se deben elegir en grupos de 3 nodos sobre la línea... Módulo VII/Sesión I Gelacio Juárez Luna 44