MODELADO Y ANALISIS ESTRUCTURAL MEDIANTE SAP200023

PROBLEMA 1VIGA CONTINUA CON CARGAS DISTRIBUIDASDESCRIPCION DEL MODELO: El ejemplo a resolver consiste de una viga de tres luces con extremo fijo, dos soportes internos articulados y el otro extremo libre. Las propiedades de los materiales a utilizar son E = 3,120 Ksi, con seccin transversal de 16x8 in y con la geometra que se muestra en la figura a continuacin.

Generacin de la rejilla de lneas auxiliares: 1. Inicialmente se crea un nuevo archivo o modelo (New model).0Botn new model (sirve para empezar a crear un nuevo archivo)

2. Posteriormente seleccionamos el tipo de modelo a realizar empleando las plantillas predeterminadas, para nuestro caso seleccionamos el recuadro que dice rejilla (grid only), colocamos las unidades en las cuales se desea trabajar en nuestro caso Kip, ft.

En esta plantilla nosotros podremos crear una rejilla con las dimensiones que se requieran, as como los niveles y el nmero de ejes.En esta pestaa se desglosa un listado con las unidades con las que se trabajar en el modelo

3. Observamos que se abre una ventana donde se solicita se introduzcan las dimensiones y nmeros de ejes de la rejilla.

Aqu en este primer parmetro se definirn el nmero de ejes o lneas en las direcciones correspondientes.En esta otra casilla se debern colocar los espacios entre ejes igualmente en cada direccin.Esta ltima opcin sirve para indicar donde empezar la rejilla en el espacio (entorno) es decir se darn sus coordenadas de inicio del trazado de la rejilla.Se definieron 4 ejes en la direccin X contando desde el empotre hasta el voladizo. Ntese que en Y & Z se dio el valor de uno por tratarse de un modelo en el plano (XZ).Se defini la distancia entre esos ejes que son los claros de la viga. Ntese que los espacios en Y & Z no tienen relevancia pues solo se indic un eje para cada uno de ellos en el nmero de lneas. En este campo se deja el valor de 0 para todas las direcciones para que el origen global coincida con el de la viga que se est modelando. Tipo de coordenadas en que se modelara.

4. Despus de haber dibujado los ejes o lneas se proceder a modificar estos considerando que tendremos 3 claros de 15 ft cada uno y como en el ejemplo se tiene una viga con claros de 15 ft y 12 ft

Se tiene que modificar el ltimo tramo para que mida los 12 ft requeridos en el ejemplo; se dar doble clic en el extremo del eje, se abrir una ventana donde se modificarn las propiedades de la rejilla entre ellas los espacios.

Direccin de los ejes o lneas.Celdas donde se modificarn las propiedades de los ejes o lneas tales como nombre, espacio/coordenada, tipo de lnea, etc.Se selecciona si se introducirn coordenadas o espacios en los ejes o lneas. Nombre del eje o lnea.Dimensin del claroTipo de lnea.Visible/no visibleVisible/no visibleColor de los ejes.Unidades en las que se modela.Lneas de gird rpido o de inicio (nos devuelve a la ventana anterior).Se modifica el claro (volado) de 12 ft de acuerdo al ejemplo.

Trazo de la geometra del modelo empleando elementos barras.

5. Luego se procede a dibujar la idealizacin de la viga mediante lneas con las herramientas de dibujo haciendo clic de un nodo a otro sobre la rejilla ya hecha.

Seleccionamos la herramienta de dibujo de elementos frame/cable.Tipo de lnea.Tipo de seccin.Define si es continua o articulada

Definicin de las propiedades del material empleando:

6. Ya dibujado el modelo se procede a definir los materiales del elemento y sus propiedades en este caso los del ejemplo Modulo de Elasticidad (E) = 3,120 Ksi. Dando clic en el men: Define/Materials, se abre una ventana secundaria donde se pedir si se desea agregar o modificar algn material; dando clic en el botn de agregar un material (add new material) se mostrar una ventana donde se pide la regin y el tipo de material entre otras cosas.

Al dar click en OK con los datos correspondiente en este caso definidos por el usuario se abre la ventana de propiedades de materiales donde podremos poner nombre al material, alguna nota especial acerca del material, su peso volumtrico, masa, mdulo de elasticidad o Young, Coeficiente de Poisson, Coeficiente de expansin por cambio de temperatura, etc. En este caso solo se procede a darle nombre y poner el mdulo de elasticidad correspondiente (E) verificando que se encuentre en las unidades que se modela se da ok y se verifica que este en la lista de materiales dados de alta dando ok nuevamente.

Aqu se muestran todos los materiales creados dentro de los cuales estos dos ya vienen por defecto cargados.Agregar un nuevo material.Copiar un material ya existente.Modificar o ver las propiedades de un material existente.Eliminar material.Muestra todas las propiedades del material.

Define la regin.Define el tipo de material.Seleccionamos de la lista desplegable User/Usuario.

Seleccionamos de la lista desplegable concrete/concreto.Se pone el nombre de cmo se desea identificar el material.Se Introduce el mdulo de elasticidadPeso volumtrico.Masa.Coeficiente de poisson.Coeficiente de expansin por cambios de temperatura.Modulo a cortante (lo calcula el programa).

Se verifica que aparezca el material que modificamos en la lista de materiales dados de alta.

Definicin y asignacin de las propiedades geomtricas y mecnicas de la seccin transversal de las barras del modelo.

7. Ahora se proceder a definir la seccin de la viga dando clic en el men: Define/section properties/frame sections donde el programa nos mostrar una ventana donde podremos importar o cargar alguna seccin ya estandarizada, copiar o eliminar alguna ya creada o cargada, as como definirla nosotros mismos. Seleccionamos agregar nueva propiedad (Add New Property) se abre una ventana donde se muestra un listado con el tipo de material que se disear la seccin, as como, la geometra comn para esta. En este caso seleccionaremos una de concreto rectangular, al dar clic sobre la figura se abre una ventana donde se definirn las dimensiones, nombre y material de la seccin, en nuestro caso ser de 16 in x 8 in elaborada con el material creado anteriormente dando clic en OK y verificando que aparezca en las secciones cargadas dando nuevamente OK.

Seleccionamos la geometra de la seccin.Propiedades de la seccin, concreto, acero, aluminio, etc. En nuestro caso concreto

Lista de secciones cargadas en la cual ya hay una precargada por defecto.Importar una seccin precargada en la base de datos del sap.Agregar nueva propiedad/seccinCopiar una seccin ya creada.Modificar o mostrar propiedades de una seccin creada.Eliminar seccin

Nombre de la seccin.Aqu se introduce la altura y anchura respectivamente de la seccin, ntese que al estar trabajando en ft y las medidas de la seccin son pulgadas basta con introducir la nomenclatura in para que nos devuelva el valor en pies.Tipo de material, en nuestro caso el creado anteriormente.

Verificando que se carg la seccin creada.

8. Ahora se aplicar la seccin al modelo (lneas) con todos los datos dados para eso seleccionaremos todo con Ctrl+A e iremos a Assing/frame sections dando clic y nos mostrar todas las secciones cargadas seleccionando la que creamos dando ok y se aplicar al modelo. Seleccionamos la seccin.

Definicin y asignacin de las condiciones de frontera del modelo:

9. Cambiamos la vista al Plano XZ y procederemos agregar las condiciones de frontera (apoyos) seleccionando el primer nodo donde se modelar un empotramiento (no permite ni desplazamientos ni rotaciones) hacemos clic en el Men: Assign/going/restrains seleccionamos todas las casillas o bien la figura representativa de un empotre damos clic en OK y se apreciar que se modela el empotre en el Eje A.

Luego se procede a seleccionar los dos nodos centrales repitiendo el proceso, pero esta vez agregando una articulacin (permite rotacin) as solo, seleccionaremos los desplazamientos (casillas de la izquierda) o bien hacemos clic sobre la figura representativa de un apoyo articulado y damos clic en OK el programa nos mostrar el modelo con los dos apoyos articulado y el empotre.

Vista o plano XZ.

Definicin y asignacin de las condiciones de carga al modelo de anlisis:

10. Se proceder asignar las condiciones de carga a la viga, para ello, deber irse seleccionando la barra (lnea) donde se aplique esta. Seleccionamos la primer barra una vez hecho damos clic sobre el Men: Assign/Frame Loads/Point donde se desplegar una ventana con mltiples campos como: el tipo de patrn de cargas en la que estar dicha carga, direccin en la que se aplicara, las unidades, magnitud y distancia a la que estar ubicada en la barra, as como en qu forma se manejar dicha distancia si es absoluta o relativa y algunas opciones como: remplazar, eliminar y agregar carga a una ya existente en la barra.

Patrn de carga en este caso se agregara a carga muerta.Tipo de carga momento/cargaSistema de coordenada local/globalDireccin de cargaAgregarRemplazarEliminar UnidadesDistancia absoluta o relativa.Magnitud (10kips).Distancia a la que se aplica la carga en la barra (10ft).

Carga aplicada de manera grfica.

Carga uniformemente distribuida.

11. Para modelar la carga distribuida se procede a seleccionar la segunda barra o claro central luego hacemos clic en la pestaa Assign/Frame Load/Distributed se hace clic y se desplegar una ventana con las mismas caractersticas de la puntual. Como la carga est repartida a lo largo de toda la barra central solo pondremos la magnitud de esta en Uniform Load dando clic en OK y visualizando la carga en el modelo.

Magnitud de carga (2k/ft).

Carga aplicada al modelo.

Carga variablemente distribuida.12. Seleccionando la ltima barra se repiten los mismos pasos que para la uniformemente distribuida, con la excepcin de que se indicar la distancia de inicio y fin 0 a 12 ft de la carga al igual que su magnitud que va de 4 a 0 k/ft para finalmente dar clic en OK y visualizarla en el modelo.

Variacin de la carga.

Definicin de los estados de carga que sern considerados en el anlisis del modelo:

13. Ahora se proceder a indicar en el programa que se desprecia el peso propio de la viga dando clic en el men: Define/Load Patterns donde se mostrar los patrones de cargas en nuestro caso, nicamente la carga muerta y en la casilla Self Weight Mulitpler se dar el valor de 0 indicando que no se tomar durante el anlisis del modelo, el peso propio de la viga posteriormente damos clic en Modify Load Pattern y luego OK.

Valor de 0 indica que se despreci el peso propio de la viga.

Definicin del tipo de anlisis estructural a realizar del modelo:

Una vez que se han definido todos los parmetros anteriores, se procede a indicar en el programa que consideraciones se realizarn durante el anlisis del modelo estructural elaborado.

Para ello se da clic en el men: Analize/Analize Options donde se mostrar los grados de libertad que sern considerados al realizar el anlisis del modelo. En nuestro caso, hacemos clic en la casilla: Plane Frame, y luego hacemos clic en OK.

Ejecucin del anlisis estructural del modelo:

14. Para realizar el anlisis estructural del modelo se da clic en el men: Analize/ run analysis o directamente en el botn run analysis/run now que se indica en la siguiente figura.Se selecciona y mostrara los tipos de anlisis a correr.

Se abre una nueva ventana como la que se muestra en la siguiente figura, que nos permite definir qu estados de carga se ejecutarn durante el anlisis del modelo estructural, considerando la posibilidad que alguno de ellos se deseara desactivar. As mismo, esta ventana nos da la opcin de que el programa nos permita monitorear el proceso de anlisis de forma global activando: Analysis Monitor Options

Tipos de anlisis.Si se desea correr un anlisis o no.Si se desea correr un anlisis o no todos los anlisis.Eliminar todos los resultados.Correr anlisis.

Visualizacin de resultados:

15. Visualizacin de reacciones en los apoyos reacciones:

Reacciones: Damos clic en el botn de Forces/Stresses (fuerzas/esfuerzos) Joints se abre una nueva ventana y damos clic en OK inmediatamente se visualizan las reacciones donde los momentos en los nodos se simbolizan por un vector de doble flecha, por su parte las fuerzas son vectores una sola flecha la cual indica sentido y direccin.

Elementos mecnicos: Damos clic en el botn de Forces/Stresses (fuerzas/esfuerzos) Frames/Cables se abrir una ventana donde podremos seleccionar los diagramas de esfuerzos o elementos mecnicos: axial, cortante, flexin y torsin) Si deseamos visualizar las fuerzas cortantes y momentos flexionantes en esta ventana, solo debemos hacer clic en la casilla con la direccin correspondiente, as mismo, tenemos la opcin de que el programa muestre los valores ms importantes en el diagrama, para ello solo es necesario activar la casilla: Show Values On Diagram en esta misma ventana.

Estado de carga.Diagramas de elementos mecnicos en las diferentes direcciones de los ejes locales.Esta casilla sirve para visualizar los diagramas con valores importantes en estos.

Diagrama de momento.Diagrama de cortante.

Desplazamientos lineales y angulares en los nodos del modelo: Para visualizar los desplazamientos en los nodos del modelo, hacemos clic en el botn: Show Deformed Shape y y posteriormente seleccionamos el estado de carga referente al cual queremos visualizar la configuracin deformada de la estructura. damos ok en la ventana emergente.Aqu se modifican las escalas para ver las deformaciones para tener una buena nocin de la deformada, cabes destacar que el programa exagera la deformacin para mejor interpretacin.

Estado de carga.

Deformada.

Este botn sirve para ver mediante una animacin el comportamiento de la viga debido a las acciones impuestas, tambin se podr pasar de un estado de carga a otro.

RESPUESTAS:REACCIONES

CORTANTE

MOMENTO

Observaciones Generales:

Su trabajo Ing. Miguel de Jess es muy bueno, me agrado mucho, se describe breve pero bien el proceso que nos incumbe. Yo le agregu unos subtemas a la numeracin de los pasos que usted indica, con la intencin de identificar partes especficas del proceso de creacin del modelo de anlisis.

Le solicito dada el alcance que tendr este documento que no pase por alto, la revisin de la ortografa. No estamos exentos de que por ah se nos escape alguna palabra sin la acentuacin correspondiente, pero esto debe ser lo mnimo posible.

Le adicione al documento de encabezado y pie de pgina, as como de una numeracin a las mismas.

Posibles mejoras:

Definir que al activar la configuracin deformada de la estructura, aparece una ventana donde se pueden personalizar cosas. Explicar brevemente como se puede hacer la simulacin del comportamiento de la estructura. Presentar los resultados en un dibujo en AutoCAD o Paint, para comparar los resultados del SAP2000.

MANUAL DE EJERCICIOS RESUELTOSNIVEL BASICOOCTUBRE 2015