EIII Tutorial SAP2000 TP5 Espaciales

ESTRUCTURAS III (C105) Autor: Santiago Sciarretta SAP2000- Aplicación a Estructuras Espaciales

Cátedra de Estructuras III Página 1 de 16

APLICACIÓN A ESTRCTURAS ESPACIALES 1. CONSIDERACIONES GENERALES

En el presente documento se realizarán aclaraciones acerca de cómo aplicar el programa de cálculo SAP 2000 al trabajo práctico correspondiente a estructuras de barras espaciales. La mayoría de las herramientas necesarias para definir estas estructuras fueron indicadas en el documento original “Tutorial SAP2000”, por lo que en el presente documento sólo se indica los aspectos necesarios para desarrollar el correspondiente TP que no aparecen o no son claros en el documento anteriormente indicado. A modo de ejemplo se desarrollará el siguiente ejercicio:

• L1 = 3m, L2=3m L3 =4m • q =30 kN/m, P=150 Kn • Barra 1: 0.20m x 0.30m, Barras 2 y 3 de 0.20m x 0.40m • Material : E = 20Gpa = 20000 MPA = 20000000 kN/m2

2. INICIO Y AJUSTES BÁSICOS Seteamos las unidades a utilizar (por ejemplo kN,m,C) y luego elegimos la plantilla “Blank”.

3. DEFINIR EL TIPO DE PROBLEMA A RESOLVER

Al abrirse las dos ventanas cerramos una, y en la otra definimos el plano donde vamos a definir la geometría, para el presente caso es el plano “xy” (recordar que la dirección z es la dirección vertical). En la dirección “z” se ingresarán únicamente las cargas (perpendiculares el plano de la estructura).

Barra 1

Barra 1

Barra 3

x

z

3

1

2

4

y



Definiremos el problema que se está analizando, indicándole al programa las incógnitas fundamentales. Para esto ir al menú “Analyze/Set analysis Options”. En la figura siguiente se lo indica.

En la ventana que se abre, le indicaremos las incógnitas fundamentales o grados de libertad (GL) del problema, las cuales según lo visto en el curso, son los dos giros horizontales y el descenso vertical. De acuerdo a la convención elegida en el ejercicio propuesto y la convención del programa de cálculo, los grados de libertad a considerar resultan:



Grado de Libertad Convención Convención

Ejercicio SAP2000

Giro Horizontal dirección "x" θx RX Giro Horizontal dirección "y" θy RY

Desplazamiento Vertical δz UZ

En la siguiente figura se observa como quedan definidos en el programa de cálculo los GL.

Luego pica en “OK” y quedarán definidos los grados de libertad.

4. DEFINICIÓN DE MATERIALES Generar el material cuyos datos son indicados en el TP de acuerdo a lo indicado el punto 2) del documento “Tutorial SAP2000” (Define/Material/Add New Material).



5. DEFINICIÓN DE ESTADOS SIMPLES DE CARGAS

Asignar un nombre al estado de carga que representará las cargas exteriores indicadas como “P” y “q” de acuerdo a lo indicado en el punto 3) del documento “Tutorial SAP2000” (Define/Load Patterns). Usar por ejemplo el nombre de “Cargas Exteriores”. Recordar siempre indicar en el casillero “Self Weight Multiplier” el valor cero.

Luego seleccionar el estado de carga que viene por defecto y eliminarlo haciendo click en “Delete Load Pattern”. Darle Luego a Ok

6. DEFINICIÓN DE LA GEOMETRÍA

6.1.‐ Definición de los Nudos

A) Definir el punto Inicial

A diferencia de lo explicado en el “Tutorial SAP2000”, las barras no se generarán a partir de una grilla, ya que la plantilla inicial elegida es “Blank” (en blanco). El procedimiento en este caso consistirá en definir los nudos necesarios para crear las barras, los cuales son identificados en el ejercicio propuesto con los números 1,2,3 y 4.

(1) (2)(3)

(5)

(4)

(6)



Primero generamos el nudo “1” con la herramienta de generación de nudos, ubicado en la barra vertical de herramientas a la izquierda de la ventana principal (ver figura siguiente). Picar en dicho ícono Hecho lo anterior se abrirá el cursor que nos permite incluir un nodo en cualquier parte de la pantalla haciendo click. Para el nodo 1, podemos elegir la coordenada que queramos, pero para mejor visualización lo hacemos cerca del x=0, y=0 como se muestra en la figura. Apretamos en dicho punto y el programa marcará en amarillo el nodo generado.

Nodo Generado



B) Definir los Puntos Restantes

Los siguientes nudos se generarán copiando y pegando los nudos ya generados. Por ejemplo vamos a crear el nodo 2 copiando y pegando el nodo 1. Seleccionamos el Nodo 1, y en el teclado apretamos las teclas “Ctrl+C” (para copiar el nodo) y luego apretamos las teclas “Ctrl+V”. Se abrirá la ventana que se muestra a continuación, en donde debemos indicarle a qué distancia en “x”, “y” , “z” del nodo seleccionado (para el presente caso el 1) se encuentra el nodo a generar (en este caso el dos). La distancia en el problema que se presenta es x=0, y=L1 = 3m, z=0,

De esta manera quedará definido el nodo “2”. Si el nodo no se visualiza, apretar “F3”

Luego generamos los demás de la misma manera:

• El nodo 3, a partir del nodo 2 (a una distancia x = L2 = 3m;y=0;z=0).

• El nodo 4, a partir del nodo 2 (a una distancia x = ‐L3 = ‐4m;y=0;z=0); o a partir del nodo 3 (a una distancia x = ‐(L2+L3) = ‐ 7m ;y=0;z=0).

Todos los nudos generados se muestran a continuación



6.2.‐ Definición de las Barras

Se definen las barras de acuerdo a lo indicado en el punto 5.1 del documento “Tutorial SAP 2000”, indicando los nudos de origen y fin de cada barra. De esta manera se definirán las barras:

Número de Barra Nudo Inicio Nudo Fin

1 1 2 2 3 2

3 2 4 A continuación se muestran las barras generadas



6.3.‐ Definir y Asignar Secciones transversales de elementos tipo Barra (“Frame”)

A) Definir las Secciones a Utilizar

Se definen las secciones transversales de las barras de acuerdo a lo indicado en el punto 5.2 del documento “Tutorial SAP 2000” (Define/Section Properties/Frame Sections/Add New Property/Concrete/Rectangular”. Generamos así las dos secciones transversales que se presentan en el ejemplo.

B) Asignar las Secciones a Utilizar

Una vez definidas las secciones a utilizar, asignamos la sección 1 a la barra 1. Para ello seleccionamos la barra 1, vamos al menú “Assign/Frame/Frame Section”, seleccionamos la “Sección 1 ‐ 20x30” y le damos a “OK”. De esta forma quedará asignada la sección 1 a la barra 1. Para asignar la sección 2 a las barras 2 y 3, seleccionamos ambas barras y vamos a “Assign/Frame/Frame Section”, seleccionamos la “Sección 2 ‐ 20x40” y le damos a “OK”. 6.4.‐ Aumentar o Disminuir la Rigidez de una Barra A continuación se describe como aumentar o disminuir la rigidez flexional o torsional de las distintas barras. Se va a plantear el siguiente ejemplo:

a) Aumentar la rigidez flexional de la barras 2 y 3. Seleccionar las barras 2 y 3, ir a “Assign/Frame/Property Modifiers”. En la ventana que se muestra a continuación, modificamos la casilla “Moment of Inertia about 3 Axis”, la cual modificará el momento de inercia flexional referido al eje de mayor inercia (el 3 según la convención local del programa). En dicho casillero colocamos por ejemplo el valor 10, el cual aumentará en 10 veces la inercia correspondiente a la sección ingresada. Luego le damos a “OK”



Se muestra a continuación como indica con las siglas “PM” que las propiedades de esas barras fueron modificadas.

(1)Seleccionar las barras cuyas propiedades se van a modificar

(2) (3)

(4)

(5)



b) Anular la rigidez torsional de la barra 1

Seleccionar la barra 1, ir a “Assign/Frame/Property Modifiers”. En la ventana que se muestra a continuación, modificamos la casilla “Torsional Constant”, la cual modificará el momento de inercia torsional de la barra seleccionada. En dicho casillero colocamos por ejemplo el valor 0.01, lo cual disminuirá en 100 veces la inercia torsional correspondiente a la sección ingresada.

(1)Seleccionar las barras cuyas propiedades se van a modificar

(2) (3)

(4)

(5)



7. ASIGNAR LAS CONDICIONES DE BORDE

Seleccionar los nudos que poseen apoyos y aplicar las condiciones de borde de acuerdo al punto 5.4 del “Tutorial SAP2000” (Assign/Joint/Restraints).

Picando en la vista 3‐D, se observan claramente las condiciones de borde asignadas

(2)

(1): Seleccionar los nudos con apoyos

(3)

Para apoyos Empotrados (4)

(5)



8. ASIGNAR LAS CARGAS EXTERIORES

A) Cargas Distribuidas en Barras

Asignar las cargas exteriores distribuidas de acuerdo al punto 5.5B (Seleccionar la barra 1, ir a “Assign/Frame Loads/Distributed” y en la ventana que se abre ingresamos el valor en “z” de ‐30 kN/m).

(1)

(2)

(3)

(4)



B) Cargas Concentradas en Barras

Seleccionar la barra sobre la cual se encuentra aplicada la carga concentrada (en el presente caso la barra 3). Ir a “Assign/Frame Loads/Point”.

En la ventana que se abre, indicar la dirección de la carga (“z” para el presente caso), y dentro del casillero “Point Load” indicar, en cualquiera de las 4 columnas el par de valores “Distancia Relativa del Punto de Aplicación de la carga ‐ Valor de la carga”. Por lo tanto si la carga es de ‐150 kN y se aplica en la mitad de la barra, poner el valor 0.5 en la fila “Distance”, representando que se encuentra al 50% de la barra, y en la fila “Load” el valor de ‐150 kN. A continuación se muestra como quedaría el recuadro de carga.

(1) Seleccionar la barra

(2) (3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)



A continuación se muestra como quedan aplicas las cargas “P” y “q”

9.‐ Resolver el modelo y visualizar resultados.

Pulsando “F5” se abre la ventana de análisis que muestra la figura. Pintar “MODAL” y picar “Run/Do not Run” de modelo para que resuelva solamente la parte estática del problema. Para que esto suceda en la Columna “Action” debe figurar “Do Not Run”. Luego Picar “Run Now” en la parte inferior izquierda de la solapa y se ejecuta el análisis.

La visualización de resultados se realiza de acuerdo al punto 5.6 del “Tutorial SAP2000”



Para graficar los diagramas de esfuerzos, ir a “Display/ Show Forces/Stresses / Frames/Cables/Tendons.. “ o el ícono que se encuentra en la derecha de la barra superior de herramientas, y se abre la ventana siguiente.

• Momentos Flector: “Moment 3‐3”.

• Esfuerzo de Corte: “Shear 2‐2”.

• Esfuerzo de Momento Torsor: “Torsion”. Tildando cada uno de ellos, se obtienen los diagramas correspondientes a cada esfuerzo, los que se muestran en las tres figuras siguientes. Tildando “Show Values on Diagram”, se plotean los valores máximos en el gráfico.

Se muestran a continuación los diagramas de Momento flector, Corte y Momento Torsor.



5.7.‐ Obtención de resultados mediante tablas exportables a Excel.

Para obtener los resultado mediante tablas de Excel, proceder de acuerdo al punto 5.7 del “Tutorial SAP2000”

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