GUÍA 01 V 1.0 PRACTICA DE LA ASIGNATURA ANÁLISIS ESTRUCTURAL INTRODUCCION AL MANEJO DEL SOFTWARE SAP2000 DESARROLLADAS POR EL DOCENTE: JOSE RODRIGO HERNANDEZ AVILA COLABORADORES SEMILLERISTAS: KEVIN GUERRERO Y ALEXIS BARRERA UNIVERSIDAD DE SUCRE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL GRUPO DE INVESTIGACION: GIMAGUAS SEMILLERO DE INVESTIGACION: SIES 01 DE AGOSTO 2017 Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 1
ÍNDICE 1.1. OBJETIVO... 3 2. MÓDULO 1... Error! Marcador no definido. INTRODUCCIÓN AL PROGRAMA, CARACTERÍSTICAS GENERALES Y DISEÑO DE UNA VIGA... Error! Marcador no definido. 2.1. GENERALIDADES... 3 2.2. MENÚ DEL PROGRAMA... 3 2.3. DISEÑO DE UNA VIGA... 4 2.3.1. SELECCIÓN DE APOYOS... 6 2.3.2. CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL... 8 2.3.3. SECCIONES DE UNA ESTRUCTURA... Error! Marcador no definido. 2.3.4. ASIGNACIÓN DE SECCIONES DE UNA ESTRUCTURA... 14 2.3.5. PESO PROPIO DE UNA VIGA... 15 2.3.6. ASIGNAR CARGAS... 16 2.3.6.1. CARGAS PUNTUALES... 16 2.3.6.2. CARGAS DISTRIBUIDAS... 22 2.3.6.2.1. CARGAS RECTANGULARES... 22 2.3.6.2.2. OTRAS CARGAS... 23 2.3.7. ANÁLISIS DE LA VIGA... 24 2.3.8. RESULTADOS (REACCIONES, MOMENTOS, DEFORMACIONES Y DIAGRAMAS).... 25 2.3.9. OTROS... Error! Marcador no definido. 2.3.9.1. ASENTAMIENTOS EN APOYOS (RESTRICCIONES)... 30 Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 2
1. OBJETIVO GENERAL: Adquirir los conocimientos necesarios para distinguir las barras básicas del programa sap2000. 2. OBJETIVOS ESPECIFICOS: Explicar el menú básico del programa Sap2000. Conocer la importancia del peso propio en una viga. Reconocer las propiedades geométricas y mecánicas de un material. 3. Tiempo de Explicación: 4 Horas 4. GENERALIDADES: SAP2000 es un programa comercial de cálculo de estructuras basado en el Método de los Elementos Finitos (MEF). El origen de su nombre viene de sus siglas en inglés de Structural Analysis Program (Programa de Análisis Estructural), con interfaz gráfico 3D orientado a objetos, preparado para realizar, de forma totalmente integrada, la modelación, análisis, diseño y dimensionamiento del más amplio conjunto de problemas de ingeniería de estructuras. [1] 5. MENÚ DEL PROGRAMA Para tener una mejor claridad nos ayudaremos de una imagen real de cómo se ve la interfaz del programa al momento de iniciar. Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 3
6. SELECCIÓN DE UNIDADES Asignar las unidades antes de iniciar el programa para no tener dificultades más adelante. Para ello nos ubicamos en la parte inferior derecha. 7. EJES GLOBALES Los ejes globales definidos por el programa Sap2000 son los siguientes: Eje X (positivo horizontal a la derecha, largo) Eje Z (positivo vertical hacia arriba, alto) Eje Y (positivo horizontal hacia adentro, ancho) Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 4
8. EJES LOCALES Los ejes locales definidos por el programa Sap2000 son los siguientes: Eje 1 (largo) Eje 3 (alto) Eje 2 (ancho) Si el elemento es una viga horizontal dibujado de izquierda a derecha Eje 1 (positivo horizontal a la derecha, largo) eje X Eje 3 (positivo vertical hacia arriba, alto) eje Z Eje 2 (positivo horizontal hacia adentro, ancho) eje Y Si el elemento es una columna vertical dibujado de abajo hacia arriba Eje 1 (positivo vertical hacia arriba, largo) eje Z Eje 3 (positivo horizontal a la izquierda alto) eje X Eje 2 (positivo horizontal hacia adentro, ancho) eje Y 9. MOMENTOS POSITIVOS Los momentos positivos en el programa sap2000 son horarios 10. PUNTOS O COMAS 11. CREACION DE MODELO Después de haber seleccionado nuestras unidades el paso a seguir es, establecer el modelo que se quiere utilizar, para ello seleccionamos en el menú la herramienta File / New Model (crear nuevo modelo), en nuestro caso seleccionamos la opción Beam (viga). Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 5
El siguiente paso es asignar el número de tramos (Number of Spans) y longitud (Span Length) de la viga. 12. SELECCIÓN DE APOYOS De acuerdo a las características de nuestra viga se asignan los apoyos, para ello debemos seleccionar en nuestra viga donde queremos asignar o cambiar un apoyo. Luego nos desplazamos a Assing Joint Restreaints y OK, seleccionando así el apoyo requerido, de esta manera se podrá observar el cambio de apoyo o la asignación de apoyo deseada. Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 6
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13. PROPIEDADES MECANICAS DEL MATERIAL Para establecer las características del material a emplear en nuestro diseño, nos desplazamos a la barra de menu Define Materials Add New Materials United States User OK (adición de un nuevo material), como se trata del diseño de una viga, su material corresponde a ser de concreto. Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 8
En el siguiente recuadro se podrán establecer las características del material, su nombre, peso unitario, su módulo de elasticidad entre otros. Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 9
14. PROPIEDADES GEOMETRICAS DEL ELEMENTO Para asignar las secciones nos dirigimos a la barra menú opción Define Section Properties Frame Sections Add New Properties CASO N 1: Cuando se tienen los datos de las secciones (base y altura) de la viga se procede a señalar el material (concrete) y luego se establece la sección (rectangular). Una vez realizado este procedimiento se digita el valor de la base y de la altura, después seleccionamos el material añadido dando click en la parte inferior izquierda nombrada material. Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 10
El siguiente paso de las secciones consiste en no tener en cuenta las deformaciones por cortante anulando las secciones de cortante 2 y 3 en property modifiers (modificaciones de propiedades, dando click en set modifiiers) debido a que su valor numérico tiende a ser cero, dentro de este procedimiento también Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 11
se puede definir si la viga es en concreto reforzado y se puede verificar el valor de la inercia dado por sus dimensiones. Una vez se desee diseñar una viga en concreto reforzado se procede a dar click en Concrete reinforcement (concreto reforzado), luego aparecerá un cuadro de datos de reforzamiento (Reinforcement data), donde se designa el tipo de estructura, en este caso, una viga. (Concrete reinforcement Beam OK) Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 12
CASO N 2: Cuando las secciones de la viga no están definidas o no se tienen los valores de base y altura, y simplemente esta como dato el valor de la inercia se procede de la siguiente manera: Define Section Properties Frame Sections Add New Properties Una vez estando en la adición del nuevo material se señala la opción other (otro), lo que le indica al programa que no escogerá ningún material anteriormente diseñado. Luego se selecciona la opción general. Después de haber asignado la opción general se procede a cambiar los valores de momento de inercia axial 2 y 3 (moment of inertia about 2 y 3 axis), añadiendo los valores estipulado para la inercia en ambas casillas, luego se debe realizar el procedimiento mencionado en el caso 1. Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 13
15. ASIGNACIÓN DE SECCIONES DE UNA ESTRUCTURA Es de mucha importancia conocer que si no se asigna la sección de la viga los cálculos arrojados por el programa serán erróneos, por eso la asignación de la sección de la viga es el primer paso, antes de las asignaciones de cargas. Cuyos pasos para su asignación son los siguientes: Selección de la viga, luego Assign Frame Frame Sections nombre de la sección apply y OK. X Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 14
16. PESO PROPIO DE UNA VIGA Es necesario definir si el cálculo de la viga se efectuara con su peso propio, el valor de este puede diferir en los cálculos arrojados por el programa, para eso se deben realizar los siguientes pasos: Define Load Patterns Modify Load Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 15
Patterns (1 para definir si la viga trabajara con peso propio y 0 para denegar esta opción) y OK. 17. ASIGNAR CARGAS La asignación de cargas es uno de los pasos donde se debe tener mucho cuidado, la forma en cómo va distribuida la carga y su dirección son los componentes principales que influyen al momento de obtener los cálculos. Existen 3 formas de asignar las cargas en SAP 2000; puntual, rectangular y triangular, añadiendo en esto los momentos, que solo se podrán observar en el plano tridimensional. 18. CARGAS PUNTUALES Las cargas puntuales se pueden asignar de dos maneras, la primera consiste en seleccionar el punto donde se quiere asignar la carga, esta opción solo se puede Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 16
aplicar cuando la carga vaya en los extremos o en puntos congruentes con los apoyos, este procedimiento también se puede efectuar con los momentos. Una vez seleccionado el punto se va a la interfaz del programa, se realizan los siguientes pasos: Assign Joint loads Forces, luego en el recuadro de asignar fuerzas en los puntos o en las articulaciones (Assign Joint Forces) aparecen las coordenadas en las cuales se va a dirigir la fuerza, en este caso toca establecer el sentido de la fuerza, siendo negativo hacia abajo y hacia la izquierda y positivo hacia arriba y hacia la derecha. Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 17
En el recuadro de Assign Joint Forces se presenta un cuadro de opciones (options) y otro de reseteo (Reset form to default values), en el cuadro de opciones podrán agregar, reemplazar o eliminar una carga, en la opción de reseteo podrán obtener el cuadro de cargas como lo vieron inicialmente. En el ejemplo anterior podemos observar que se asignó una fuerza global z y un momento global Y, los cuales son ilustrados en el programa de la siguiente manera. Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 18
Cuando se desea asignar una carga puntual en un punto cualquiera de la viga se procede de la siguiente manera: Assign Frame Loads Point. Una vez señalado que la carga es puntual se estipula que las distancias a tomar en el tramo de la viga son absolutas; por tanto se selecciona la opción (Absolute Distance from End-I). En el ejemplo asignaremos una carga de 3Kn a 1 metro de distancia, en esta opción de Frame Loads no es necesario colocar el signo menos antes del valor numérico de la carga, ya que el signo negativo de la carga indica que va hacia arriba. Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 19
Cuando se asigna un momento en un tramo de la vida el procedimiento es similar, solo se cambia el tipo de carga en y la dirección; como se ilustra en la siguiente imagen: Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 20
Como se puede observar el momento siempre se verá en la vista (3D), para poder ver las fuerzas y momentos asignados en la viga se da click en: Display Show Object Load Assings Frame o se selecciona el icono señalado en la imagen anterior. Una vez señalado la vista de las cargas se establece cuál de ellas será mostrada por el programa (momentos o fuerzas) en el siguiente recuadro: Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 21
19. CARGAS DISTRIBUIDAS Las cargas distribuidas en una viga se pueden asignar asemejando a una figura trapezoidal. Los pasos necesarios para asignar una carga distribuida es el siguiente: Assign Frame Loads Distributed. 20. CARGAS RECTANGULARES Una vez estipulado que la carga es distribuida se selecciona el tramo de la viga donde se va asignar la carga, luego se identifica si la carga será uniforme en ese tramo o si solo será añadida a una parte de la sección. Si la carga es uniforme simplemente se añade el valor de esta en la casilla Uniform Load (carga uniforme). Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 22
21. OTRAS CARGAS Cuando las cargas solo van en un tramo determinado de la sección señalada, se establece la ubicación de la distancia como absoluta y se establece el punto de inicio de la carga, el punto final de la carga y los valores correspondientes de las cargas en cada uno de los puntos; en el siguiente ejemplo se asignará una carga en forma trapezoidal, ascendiendo en carga de 2Kn a 7Kn, y teniendo una relación de distancia en el tramo de 1m-6m; recalcando que el tramo tiene una relación de 0m-6m. Al momento de asignar una carga en forma de triángulo rectángulo solo se coloca el valor de uno de los puntos extremos en 0KN, y en caso de que no sea un Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 23
triángulo rectángulo se consideran tres puntos, y sus respectivos valores de carga. Observe los siguientes ejemplos: 22. ANÁLISIS DE LA VIGA Una vez asignada las cargas se procede analizar la viga para así poder observar los distintos resultados correspondientes a su diseño: Analyze Set Analysis Options Plane Frame OK. Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 24
Luego se corre el programa dando click en: Analyze Run Analysis (F5) Run Now. Por ultimo solo queda guardar el archivo. 23. RESULTADOS (REACCIONES, MOMENTOS, DEFORMACIONES Y DIAGRAMAS). Para observar los resultados arrojados por el programa se da click en Display. Reacciones: Display Show Forces/Stresses Joints Apply OK. Forma resumida (Presionar la tecla F7 y dar click en Apply y OK). Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 25
Momentos: Display Show Forces/Stresses Frames/Cables/Tendons momento(3-3) Apply OK. Forma resumida (Presionar la tecla F8 (Moment 3-3) y dar click en Apply y OK). En esta opción se pueden observar el diagrama de momento flector, para determinar los valores exactos de los momentos y de las reacciones también se señala el tramo de la viga y se da click derecho, una vez realizado este paso se mostraran el diagrama de cortante, el diagrama de momento flector, y Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 26
el diagrama de deformación. Para poder conocer el valor exacto del momento se desplaza el click al punto donde se quiere saber el valor de esta incógnita, lo mismos sucederá con el valor del cortante y la deformación. Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 27
Deformación: Display Show Deformed Shape Apply OK (F6). Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 28
Para observar el valor de las deformaciones en los apoyos solo se procede a seleccionar el punto donde se encuentran y dar click derecho, y este automáticamente arrojara su valor (R2). Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 29
En caso de que se desee conocer la deformación en cualquiera de los puntos de la viga simplemente se realiza el mismo procedimiento con el que se conoce el valor de un momento en cualquier punto. 15. ASENTAMIENTOS EN APOYOS (RESTRICCIONES) Los asentamientos en apoyos son conocidos como restricciones en un diseño de viga, esto con el fin de que la viga experimente una deformación estricta o presente algún cambio esperado. En SAP 2000 para asignar un asentamiento se debe realizar el siguiente procedimiento: se señala el apoyo, inmediatamente se da click en Assign Joint Loads Displacements. Después de haber establecido la opción desplazamiento se señala el valor de este en la casilla traslation z, luego se presionan los botontes Apply y OK. El comportamiento visual de este desplazamiento tendrá una representación visual en forma de carga. Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 30
REFERENCIAS [1] http://www.eadic.com/sap-2000-software-aplicado-calculo-estructuras/ BIBLIOGRAFIA Programa Sap2000 Versión 18 Guía 01 V1.0 Introducción al manejo del programa sap2000 pág. 31