Cálculo de estructuras asistido por un ordenador

• Hoy vamos a ver como hace un profesional para calcular una estructura asistido por un ordenador. ( el ordenador no puede calcular la estructura, lo único que hace es aliviarle al profesional el trabajo tedioso y repetitivo)
Cálculo de estructuras asistido por un ordenador
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Vamos a ver como se calcula una estructura, utilizando como
ejemplo una plataforma elevada que debe sostener algunos
equipos y permitir el paso por debajo
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a2 ) Sostenida por varios pórticos que toman la estructura
dejando un voladizo a cada lado
a) Propuesta del tipo de estructura, primero debemos plantear distintas
posibilidades de sostener nuestra plataforma
a1)
1) Sostenida
S t id por 4 columnas
l
3
4
b) Propuesta esquema
estructural
a3 ) Sostenida por varios pórticos de luz igual al ancho de la
plataforma
b) Tenemos 3 posibilidades de
esquema estructural, la 1°
considerando el pórtico
articulado a nivel de fundación
, la 2° considerando el pórtico
empotrado a nivel de
fundación ( lo que requiere una
base más voluminosa capaz
de tomar momentos) y la 3°
considerando el pórtico
articulado a nivel de piso, lo
que requiere compactar el
terreno o arriostrar la
estructura
t t
para evitar
it
desplazamientos horizontales
a nivel de piso.
Escogemos la 3°
3 alternativa
a4 ) De las 3 posibilidades elegimos la 3
3°,, pórticos de luz igual al
ancho de la plataforma, por ser más liviana que la 1° posibilidad y
más fácil de construir prefabricándola que la segunda
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c) Propuesta de material y predimensionamiento
g
Acero F36 , sección elegimos
g
perfil
p
IPE 30
Material,, elegimos
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8
d) Análisis preliminar de cargas
e) Definición de la estructura a calcular
ƒAjustarse
Aj t
all objetivo
bj ti d
de lla construcción
t
ió
ƒEconomía
ƒRapidez de construcción
ƒEstética
ƒDurabilidad
ƒCumplimiento de Normas
Si estimamos que la estructura que hemos prediseñado es la más apta,
pasamos al cálculo de la misma, caso contrario tenemos que rever
nuestro prediseño.
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•Planteo del tema
1.1 Programa a utilizar
Se utilizará el programa Sap2000 v14.2.2 Educacional (Demo 250 dias), que se
puede bajar libremente de http://www.construaprende.com/csi/demos.html.
1.2. Pórtico a calcular
Tanto las columnas como la viga superior del pórtico están materializados mediante un perfil doble t de 30 cm de
alto, denominado comercialmente IPE 30.
El perfil de la viga debe ser ubicado de forma que su alma resulte vertical,
y los perfiles de las columnas deben ser ubicados de forma que su alma tenga la misma dirección que la carga horizontal.
El pórtico tiene 7 metros de luz, 4 metros de altura. Tiene una carga distribuida de 2T/m en la viga superior y
g concentrada horizontal de 1 tonelada en el extremo superior
p
de la columna izquierda.
q
una carga
Las dos columnas están articuladas en su extremo inferior.
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2.1 Selección de unidades y modelo estructural
Para empezar a usar el programa hay que hacer doble clic en el ícono respectivo, el mismo es puesto automáticamente
por el programa de instalación
instalación.
Se muestra una pantalla inicial , en la misma hay un menú File (Archivo), que se ut a pa a ab , sa a y ce a os ode os ace os c c e
que se utiliza para abrir, salvar y cerrar los modelos. Hacemos clic en New Model ( nuevo modelo)
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Nos aparece esta pantalla en la parte superior nos aparecen las unidades seleccionamos Tonf Cm °C;
unidades, seleccionamos Tonf, Cm, C; o sea toneladas, o sea toneladas
centímetros y grados centígrados.
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Abajo aparecen distintas modelos de estructuras, para este ejercicio en particular elegimos Grid Only ( solamente grilla), que nos proporcionará una grilla de ayuda para realizar nuestra estructura Elegimos esta forma por que
grilla de ayuda para realizar nuestra estructura. Elegimos esta forma por que la misma puede utilizarse para calcular cualquier tipo de estructuras simples, Por lo tanto hacemos clic en Grid Only.
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2.2 definición de la grilla de apoyo
3 Menú Wiew ( vista)
31G
3.1
Generalidadeslid d
El menú
ú Wiew
Wi
se utiliza
tili para cambiar
bi llas vistas
i t d
de lla estructura
t t
que
estamos midelando en la pantalla.
3.2 Seleccionar plano xz
Nos aparece
p
esta p
pantalla, vamos a p
pedir una g
grilla de 20 líneas en la
dirección X, 20 líneas en la dirección Z, separadas 50 cm. Esto es porque
vamos a colocar el, pórtico en el plano XZ. En la dirección Y colocamos 1
sola línea.
Nos aparece esta pantalla a la derecha se nos muestra la grilla escogida en
3D, a la izquierda de el plano x y, donde se ve una sola línea porque la grilla la
ubicamos en el plano XZ. En la parte de debajo de la figura en 3D aparecen
los ejes X,Y, Z ; que se denominan ejes globales. Seleccionamos la figura de la
izquierda.
Utilizamos el menú View (Vista) , seleccionando Set 2D view
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1
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4 Menú Draw ( dibuje)
4.1 Dibujo de Nudos
Luego la pantalla nos muestra la grilla seleccionada de frente, plano XZ, a la
izquierda y en 3D a la derecha. Ahora vamos a colocar los nudos de nuestra
estructura, para lo cual utilizamos el menú Draw (dibujo) y seleccionamos Draw
Special Joint
Aparece este formulario, seleccionamos X_Z plane y
apretamos OK.
OK
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20
1
Haciendo clic aparecen los
puntos que indican los nudos,
en vertical dejamos 8
espacios, (siendo la grilla de
50 x 50 cm 8 espacios son
los 4 metros de altura que
tiene el pórtico)
pórtico), y en
horizontal dejamos 14
espacios( 7 metros)
1
4.2 Dibujo de barras
Para colocar las barras volvemos a utilizar el menú Draw y seleccionamos
Draw Frame/Cable/Tendom ( dibuje barras/cables/tensores)
Haciendo
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21
1
Arrastrando con el mouse en los dos nudos de la
izquierda, de abajo hacia arriba, dibujamos la columna
de la izquierda
Arrastrando con el mouse en los dos nudos de la derecha, de abajo
hacia arriba, dibujamos la columna de la derecha
Arrastrando con el mouse en los dos nudos superiores, de izquierda
a derecha,
d
h dibujamos
dib j
lla viga.
i
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4.3 Ejes globales y locales
Ahora vamos a definir las secciones y
material con los que está pensada
p
nuestra estructura. Para ello primero
debemos entender como toma el
programa los ejes locales 1,2,3.
Además de los ejes globales Z, Y, Z
nuestra estructura tiene tres ejes locales
por barra denominados 1, 2, 3. Si la
barra es horizontal, como nuestra viga,
el eje 1 tiene la dirección de la barra, .el
eje
j 2 es vertical
ti l y ell eje
j 3h
horizontal.
i
t l
Si la barra es vertical como nuestras
columnas, el eje 1 tiene la dirección de
la barra, el eje 2 tiene la dirección del eje
x y el eje 3 es la dirección del eje y. Los
datos de secciones se deben
proporcionar a la estructura de acuerdo
a los ejes locales.
Así queda dibujado nuestro pórtico
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5 Menú Define (Defina)
5.1 Definición de
secciones de barras
Para definir el
material y la sección
a utilizar utilizamos el
menú Define (
definir) que su utiliza
precisamente para
definir los datos
generales de nuestra
g
estructura. Elegimos
Section Properties (
propiedades de la
secciones) y Frame
sections ( barras )
Luego, en nuestra estructura el alma de los perfiles que
materializan las columnas y la viga debe estar orientada
en la dirección del eje local 2 de barra correspondiente. El
programa automáticamente las coloca de esta forma,
cuando
d colocamos
l
una estructura
t t
plana
l
en ell plano
l
ZX
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28
Nos aparece esta
pantalla donde
escogemos Steel (
acero)) y Wide
Flange (perfil doble
T)
|
Nos aparece
p
esta p
pantalla, escogemos
g
Import
p New
Property (importar nuevas propiedades)
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30
1
1
Nos aparece esta pantalla, escogemos
perfil IPE 300 (el programa llama perfil
IPE 300 lo que en nuestro país
comercialmente se denomina perfil IPE
30)
1
1
Nos aparece esta pantalla, escogemos EURO:PRO, archivo provisto por el programa donde figuran las secciones de
perfiles más usuales en nuestro país., presionamos Open ( abrir)
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Nos aparece
p
esta p
pantalla,,
obsérvese que el alma del perfil
tiene la dirección del eje local 2,
lo cual coloca a nuestros
perfiles en la dirección correcta
correcta.
Hacemos clic en Section
Properties.
1
Nos aparecen las propiedades del perfil seleccionado que
coinciden con las del perfil comercial doble T IPE 30 de nuestro
país, Hacemos OK en los 2 menús que tenemos abiertos.
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34
1
5.2 Definición de patrones de cargas
Nos aparece este formulario, el programa define automáticamente un patrón
de cargas llamado Dead ( muerta) y que inicialmente tiene el valor 1 en Self
Weight Multiplier. (multiplicador de peso propio), o sea a las cargas que
asignemos
i
a este
t estado,
t d ell programa lle adiciona
di i
automáticamente
t áti
t ell peso
propio del perfil que hemos seleccionado multiplicado por 1. Vamos a
cambiar este valor a 1.15, para tener en cuenta el peso de las uniones.
Elegimos Define/Load Patterns (
definición de patrones de cargas)
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6. menú Assign ( Asigne)
1
6.1 asignación de secciones
Mediante este menú se asignan las características definidas en Define( Defina),
que p
q
pueden ser cargas,
g , secciones,, etc,, a los nudos y barras de nuestra
estructura, para ello tenemos primero seleccionar el nudo o la barra a la que
vamos a asignar la característica.
Seleccionamos las barras
Cambiamos para ello el valor del Self Weight Multiplier multiplicador de peso
propio), a 1.15 , hacemos clic en Modify load Pattern ( Modofique Patrón de
carga)
Nos aparece este formulario donde el valor señalado cambia de 1 a 1,15,
hacemos clic en OK
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Aparece este formulario donde
se ha cargado automáticamente
el IPE300 que definimos en
Define
Hacemos Assign / Frame Sections ( asignar / secciones a
barras)
Lo seleccionamos y pulsamos OK
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40
Nos aparece la sección IPE 300 en las barras
seleccionadas
6.2 Asignación de vínculos.
Vamos a asignar los vínculos para ello seleccionamos los
nudos correspondientes
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Hacemos Assign / joint / restraints ( asigne / vínculos)
42
Aparece esta pantalla, seleccionamos apoyo fijo y
hacemos clic en OK
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6.3 cargas en vigas
Ahora vamos a colocar las cargas
cargas, en las vigas
Comenzamos seleccionando la viga
Nos aparecen los apoyos fijos en los nudos inferiores
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Seleccionamos Asign / Frame Loads / Distributed (
Asigne / cargas en barra / distribuida)
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Nos aparece este formulario, vamos a asignar a la barra
la carga distribuida de 2 T/m que es dato
dato,
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Luego cambiamos las unidades a Tonf, m, C ( toneladas,
metros y grados ) y en Uniform Load ( carga uniforme)
colocamos 2, luego hacemos clic en OK
Nos aparece la carga distribuida en las unidades que
habíamos elegido al principio del cálculo del pórtico
pórtico.
0,02 t/cm = 2 T/M
1
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6.4 Cargas en nudos
50
Nos aparece este formulario, colocamos 1 en Force
Global X (Fuerza en la Dirección del eje Global X) y
hacemos clic en OK.
Luego seleccionamos el nudo inicial de la viga y le vamos a asignar la carga
concentrada horizontal de 1 t.
Seleccionamos Assign / Joint Loads / Forces
Forces.
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7 Menú análisis
Nos aparece una fuerza de 1 tonelada, en la dirección del
eje global x en el nudo 1
7.1 Definir tipo de estructura
Ya hemos cargado los datos, ahora vamos a calcular la estructura, para est
utilizamos el menú Analysis
Analysis. ( Análisis)
Análisis). Hacemos Analysis / Set Analysis
Options ( colocar las opciones de análisis)
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7.2 Ordenar análisis
Luego hacemos Analyse/ Run Analysis ( realizar el cálculo)
Aparece este formulario, seleccionamos Plane Frame
(pórtico Plano) y hacemos clic en OK
Aparece
p
este formulario,, en
la línea Dead ( nuestro
estado de cargas) en la
columna Action colocamos
Run Analysis,
Analysis
seleccionando y oprimiendo
Run/Do no trun case
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8 Menú Display
Cuando en Dead figura Run y en MODAL Do not Run
apretamos Run Now
8.1 Deformada
Para ver los resultados obtenidos utilizamos el menú Display ( muestre)
Hacemos Display / Show deformed Shape muestre la estructura deformada )
Automáticamente el programa calcula la estructura.
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Aparece este formulario / hacemos OK
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Luego nos aparece la estructura deformada.
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8,2 Reacciones de vínculo
Aparece este formulario Joint/Reaction/Forces (
reacciones de vínculo en nudos)
nudos), hacemos OK
Hacemos Display/Show Forces /Stresses/joints (muestre
fuerzas/tensiones/nudos)
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8.3 Momento Flector
Aparecen las reacciones de vínculo
Luego hacemos Display / Show Forces Stresses/Frames/cables ( muestre
Fuerzas tensiones / barras / cables)
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Aparece este formulario , colocamos Moment 3_3 ( momento flector), show
values on Diagram ( Muestre valores en diagramas y hacemos OK
Aparece el diagrama de momentos flectores
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8.4 Esfuerzos de corte
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Aparece el diagrama de esfuerzos de corte
Volvemos a hacer Display / Show Forces Stresses/Frames/cables ( muestre
Fuerzas tensiones / barras / cables), aparece el mismo formulario.
Seleccionamos Shear 2_2 Diagrama de esfuerzos de corte, ponemos Scal
factor -10 ( factor de escala)
escala), para que el diagrama aparezca como
acostumbramos a mostrarlos en la FADU, Seleccionamos Show Values on
diagram y hacemos OK
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8.5 Esfuerzos normales
Aparece el diagrama de esfuerzo normal
Volvemos a hacer Display / Show Forces Stresses/Frames/cables ( muestre
Fuerzas tensiones / barras / cables), aparece el mismo formulario.
Seleccionamos Axial Force ( esfuerzo normal). Seleccionamos Show Values
on diagram y hacemos OK
Por último salvamos el trabajo
j File / Save Us
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Muchas gracias
Muchas gracias
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