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Entrenamiento de midas Civil
Análisis Sísmico de Puentes
Edgar De Los SantosMIDAS IT
8 de Marzo de 2017
1. Análisis Sísmico
2. Análisis Estático
3. Análisis de Espectro de Respuesta
4. Análisis Tiempo Historia
5. Análisis Pushover
Contenido
Análisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Análisis Sísmico
Análisis Sísmico
El análisis Sísmico es un subconjunto de análisis estructural y es el cálculo de la respuesta de un edificio/puente o estructura a los terremotos. Es parte del proceso de diseño estructural, ingeniería sísmica o la evaluación estructural y retrofit en las regiones donde los terremotos son frecuentes.
¿Por qué es importante el análisis sísmico?
Análisis sísmico nos permite visualizar el la respuesta del puente en el terremoto, lo que nos permite obtener las fuerzas adicionales o deformaciones que se generarían como resultado de un terremoto.
Así, la estimación adecuada de fuerzas se realiza y podemos diseñar la estructura para soportar un nivel particular.
Consecuencias de los terremotos
Consecuencias de los terremotos
• Cargas laterales aplicadas por el terremoto• Cargas repentinas aplicadas: Vibración• Fuerzas adicionaeles debido a efectos P-Delta• Comportamiento Non-lineal de Acero y Concreto
Análisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Tipos de Análisis Sísmicos
Estructura/AcciónEstático Dinámico
Elástico Método de Fuerza Equivalente Espectro de Respuesta
Non-lineal Pushover Tiempo Historia No-lineal
Análisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Análisis Estático
Análisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Análsis Sísmico Estático
Análisis Sísmico Estático Equivalente
La carga sísmica es representada por cargas estáticas aplicadas endirección lateral de la estructura.
Pros
• Relativamente sencillo de entender y aplicar• No necesita de cálculos rigurosos y es relativamente rápido
Cons
• No toma en consideración la respuesta dinámica de la estructura• La no linealidad del material es ignorada• No lleva a una respuesta detallada en terremotos
Análisis de Espectro de
Respuesta
Análisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Análisis de Espectro de Respuesta
Análisis de Espectro de Respuesta
El Espectro de Respuesta es una gráfica de la respuesta máxima o estado estacionario (desplazamiento, velocidad o aceleración) de una serie de osciladores de frecuencia natural variable, que se ven obligados a moverse por la misma vibración base o shock
Propósito de Análisis de Espectro de Respuesta
Análisis Dinámico de una estructura sujeta a una excitación de terremoto usando el espectro de respuesta .
Análisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Análisis de Espectro de Respuesta
Análisis de Espectro de Respuesta
Pros
• Aplica la ecuación dinámica de movimiento para la determinación de la fuerza del terremoto
• Se consideran diferentes modos de excitación para obtener el efecto del terremoto• Se considera el amortiguamiento para la obtención de los resultados
Cons
• La no linealidad del material es ignorada• No lleva a una respuesta detallada en terremotos• Varios métodos de combinación y los resultados dependen
de estos
Análisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Análisis de Espectro de RespuestaAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Análisis Eigenvalue
Masa Modal Efectiva
Factor Direccional Modal
Periodo
Frecuencia
Análisis Espectro de Respuesta
Modos de Vibración
**Se debe realizer el análisis Eigenvalue.
Análisis de Espectro de RespuestaAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Funciones de Espectro de Respuesta
Casos de Carga de Espectro de Respuesta
Resultados de Espectro de Respuesta
Procedimiento para el Análisis de Espectro de Respuesta:
Análisis de Espectro de RespuestaAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Paso 1: Response Spectrum Functions
Load -> Response Spectrum Analysis -> Response Spectrum Analysis Functions
Se puede utilizar un espectrode diseño desde la base de
datos de midas Civil
Normalized Acceleration : El espectro se obtiene dividiendo la aceleración espectral entre la aceleración de la gravedad
Acceleration : Espectro de aceleración
Velocity : Espectro de Velocidad
Displacement : Espectro de desplazamiento
Análisis de Espectro de RespuestaAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Paso 2: Casos de Carga del Espectro
Load -> Response Spectrum Analysis -> Response Spectrum Load Cases
Excitation Angle
Cuando la dirección de la excitación sísmica es paralela al plano X-Y, el signo del ángulo de la carga sísmica (en grados) se refiere al eje Z utilizando la regla de la mano derecho.El ángulo es cero en el eje X del GCS (Global Coordinate System).
Análisis de Espectro de RespuestaAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Método Complete Quadratic Combination (CQC): Esta combina los resultados espectrales utilizando el amortiguamiento estructural y la proporción de las frecuencias relativas. El acto de combinación quita el signo del resultado, resultando en solo una magnitud como respuesta final.
Análisis de Espectro de RespuestaAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Select Mode Shapes
Seleccione los modos para combinación modal. Utilizando la opción de Select Mode Shapes,combine los modos linealmente mientras inserta los factores de modos de vibración directamente
Add Signs (+,-) to the results:
Especifica si se restablecen los signos eliminados durante la combinación modal y especifica el método de restauración
Along the Major Mode Direction:Restablece los signos de acuerdo a los signos (+, -) del modo principal para cada dirección de carga.
Along the Absolute Maximum Value: Restablece los signos de acuerdo a los signos de los valores absolutos máximos de todos los resultados modales.
Análisis de Espectro de RespuestaAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
1. Corrección por Relación de Amortiguamiento : Cuando un solo espectro es seleccionado, se utiliza una ecuación de modificación para ajustar el espectro para aplicar cada modo teniendo la relación de amortiguamiento correspondiente.
Interpolation of Spectral Data
Seleccione el método de interpolar los datos de carga del espectro.Linear : Método de interpolación LinealLogarithm : Método de interpolación en escala logarítmica.
Para buscar la curva espectral para diferentes proporciones de amortiguamiento se utilizan los siguientes métodos:
Análisis de Espectro de RespuestaAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Modal El usuario define la relación de amortiguamiento paracada modo, y la respuesta modal será calculadabasada en las relaciones de amortiguamientodefinidas por el usuario.
Mass & Stiff Prop.Los coeficientes de amortiguamiento son computadospara el amortiguamiento proporcional de masa y elamortiguamiento proporcional de rigidez.
Strain Energy Prop. Las relaciones de amortiguamiento para cada modoson calculadas automáticamente utilizando lasrelaciones de amortiguamiento especificadas porgropos de elementos y grupos de elementos de bordeen Group Damping, los cuales son utilizados paraformular la matriz de amortiguamiento.
Análisis Tiempo Historia
Análisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Análisis Tiempo Historia
Análisis Tiempo Historia
• Analiza la estructura aplicando una historia de aceleración a la base de la estructura• Toma tiempo y los resultados pueden cambiar Time substancialmente entre los records
Tipos de Análisis Tiempo Historia:
Análisis Tiempo Historia con Condiciones de borde no lineales.
Es utilizado para analizar estructuras con condiciones de apoyo no lineales como aisladores en la base, amortiguadores viscosos en un evento sísmico.
Análisis Tiempo Historia Inelástico.
Es un análisis dinámico que considera la no-linealidad del material de la estructuctura
Análisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Análisis Tiempo Historia
Análisis Tiempo Historia
Pros:
• Consideración de Ecuación Dinámica de Movimiento• Comportamiento Nolineal del Concreto y Acero es considerado• Da el desplazamiento, velocidad o aceleración de estructura con tiempo en
un terremoto• Considera el amortiguamiento
Cons:
• Muy difícil de entender y aplicar• Requiere de software• Requiere varios parámetros adicionales para realizarse
Análisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Análisis Tiempo HistoriaAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Análisis Tiempo HistoriaAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Linear Case
Non Linear Case
R(x,xa) : Viscous DampingFs(x): Variable Stiffness
Análisis Tiempo HistoriaAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Inserción de los links no lineales
Definición de los casos de carga de tiempo historia
Ejecución del análisis tiempo historia no lineal
Verificación de los resultados
Defina las propiedades para los links no lineales
Procedimiento para Análisis Tiempo Historia:
Función de Tiempo Historia
Aceleración del suelo
Análisis Tiempo HistoriaAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Paso 1: Definición de las propiedades no lineales de los links
Model -> Boundaries -> General Link Properties
Análisis Tiempo HistoriaAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Aisladores en la base:
Aisladores de núcleo de plomo
Aislador de péndulo de fricción
Base Isolators Provided in midas Civil
Amortiguador ViscoelásticoGapHookSistema HisteréticoAislador de núcleo de plomoAislador de péndulo de fricción
Análisis Tiempo HistoriaAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Paso 2: Asignación de los Links generales
Model -> Boundaries -> General Link
Análisis Tiempo HistoriaAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Paso 2: Definición de los casos de carga de Tiempo Historia
Load -> Time History Analysis Data -> Time History Load Case
Transient: Análisis tiempo historia se lleva a cabo cargandouna función en el tiempo solamente una vez. Este es un tipo de análisis tiempo historia común para cargas de sismos.
Periodic: El análisis tiempo historia se lleva a cabo a través de cargas repetitivas usando una función de carga en el tiempo, la cual tiene un periodo idéntico al del final del tiempo en la función. Este tipo se aplica en vibración de máquinas.
Análisis Tiempo HistoriaAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Order in Sequential Loading:
Seleccione una condición de análisis tiempo historia definido previamente, el cual precede la condición de análisis definida actualmente. El tipo de análisis y el método de análisis de la condición actual del análisis tiempo historia debe ser consistente con esos que preceden la condición de carga.
Paso 2: Definición de los casos de carga de Tiempo Historia
Load -> Time History Analysis Data -> Time History Load Case
Análisis Tiempo HistoriaAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Damping Method:
El método de amortiguamiento puede ser uno de los siguientes: 1. Modal 2. Element Mass & Stiffness Proportional3. Strain Energy Proportional
Para el Element Mass & Stiffness Proportional la relevancia debe ser proporcionada en : Model -> Properties -> Group Damping: Element Mass and Stiffness Proportional
Análisis Tiempo HistoriaAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
El usuario puede seleccionar la funciónn de análisis tiempo historia de la lista de varias bases de datos de terremotos o se puede generar su propio terremoto:
Load -> Time History Analysis Data -> Time Forcing Function
Análisis Tiempo HistoriaAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
El ángulo rotacional con relación al eje Z del GCS que significa la Dirección de la componente horizontal de la aceleración del suelo. La convenciónde los signos es (+) en dirección contra las Manecillas Del reloj y (-) en dirección de las manecillas del reloj, con referencia al eje X.
Seleccione la dirección del sismo para X,Y y Z.
Load -> Time History Analysis Data -> Ground Acceleration
Análisis Tiempo HistoriaAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
El usuario puede realizar el análisis tiempo historia con carga móvil utilizando esta función.
El usuario necesita definir las cargas móviles como cargas nodales dinámicas.
Load -> Time History Analysis Data -> Dynamic Nodal Loads
Análisis Tiempo HistoriaAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Load -> Time History Analysis Data -> Multiple Support Excitation
En una estructura con varios apoyos, se pueden aplicar distintas funciones en términos de aceleración del suelo con tiempos diferentes.
Análisis Pushover
Análisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Análisis Pushover
Qué es el Análisis Pushover?
Análisis Estático Inelástico de una estructura utilizando un patrón de carga especificado (constante o variable) desde cero carga hasta un desplazamiento último prescrito.
Análisis Pushover:
Pros
-Fácil de entender y aplicar-El comportamiento no lineal del concreto y acero son considerados-Consideración de los efectos de segundo orden (P delta)-Se consideran modos de excitación diferentes en la obtención el efecto del terremoto-El amortiguamiento es considerado en la obtención de resultados
Cons
-No se considera la ecuación dinámica de movimiento-La estructura está supuesta a excitar sólo en una dirección o modo-Varios métodos de distribución de fuerzas, por lo tanto ningún esquema especificado
Análisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Performance Based Seismic DesignAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Comportamiento no lineal del material
El material estructural tiene comportamiento no lineal, por tanto luego de la carga, loselementos responden en forma no lineal
Análisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Análisis Pushover
Análisis Pushover
1
1
1
1
2
2
2
2
Análisis Pushover
Combina los incrementos de carga con comportamiento no lineal
Análisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Análisis Pushover
Factores que afectan el análisis Pushover
1. Comportamiento no lineal del material
2. Tipo de aplicación de carga
3. Comportamiento no lineal de la fundación
Análisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Análisis Pushover
Análisis Pushover
Al incrementar la cortante en la base, la estructura va de lineal a nolineal y se obtiene el espectro de capacidad de la estructura.
Análisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Análisis Pushover
Punto de desempeño
Análisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Determinación de la Capacidad
Factores que afectan el análisis Pushover
1. Comportamiento no lineal del material
Para miembros en flexión: Momento Curvatura es definidoPara miembros en compresión: Interacción PM es considerada
Análisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Determinación de la Capacidad
Factores que afectan el análisis Pushover
2. Tipo de aplicación de carga
Las cargas aplicadas en incremento son generalmente:
1. Aceleración Uniforme2. Basada en formas de modos
Model
1 2 4 8
1 2 3 6
1 2 2 4
1 2 1 2
Análisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Determinación de la CapacidadAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Definición de los casos de carga
Definición de las propiedades de las rótulas
Asignación de las propiedades de las rótulas
Resultados
Definición del Pushover Global Control
Procedimiento para el Análisis Pushover:
Determinación de la CapacidadAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Design -> Pushover Analysis -> Pushover Global Control
Seleccione el caso de carga como carga inicial para el análisis pushover
Relación de Reducciónde Rigidez para la curva
Determinación de la CapacidadAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Design -> Pushover Analysis -> Pushover Load Cases
Use Initial Load : Acumula la reacción/desplazamiento debido a la carga inicial enlos resultados de análisis de pushover.
Reaction by Initial Load : Acumula la reacción debido a la carga inicial
Displacement by Initial Load : Acumula el desplazamiento debido a la carga inicial
Determinación de la CapacidadAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Design -> Pushover Analysis -> Pushover Load Cases
Load Pattern
Load Pattern: Seleccione el patrón de carga de el modo de vibración aceleración modal o uniforme
Mode: Seleccione el modo
Determinación de la CapacidadAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales
Design -> Pushover Analysis -> Pushover Hinge Properties
Interaction Type:
Seleccione el nodo para los elementos BeamSeleccione P-M-M en estado de deformación para elementos de columnas
Components:
Siempre seleccione Fx para columnas (Interacción PMM)
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