SISTEMA DE COORDENADAS
DYAINGENIERIA - 3007833551
Notas de SAP2000
TABLA DE CONTENIDO
31SISTEMA DE COORDENADAS
31.1Coordenadas Globales
31.2Coordenadas Locales
52ELEMENTO FRAME
62.1Grados de libertad
62.2Materiales.
72.3Propiedades de la seccin.
72.3.1Seccin General (sh=G)
72.3.2Seccin automtica
92.3.3Secciones por Bases de datos
92.3.4Secciones no prismticas.
102.4Zonas rgidas (End offset).
112.5Liberacin de grados de libertad (coordenadas locales).
122.6Tipo de cargas externas.
122.6.1Peso propio (Self-Weight)
132.6.2Cargas puntuales en los nudos
132.6.3Cargas concentradas en los elementos
142.6.4Carga distribuidas y trapezoidales
152.6.5Combinaciones de carga
162.7Fuerzas internas de los elementos.
173Tipos de apoyo
173.1Apoyos de 1,2 y 3 genero
173.2Resortes
173.3Asentamientos
174INTRODUCCION DE LOS ELEMENTOS Shell
175RESULTADOS EN SAP2000
175.1Pantalla
175.2Archivos
175.3Excel
176INTRODCCION DEL ANLISIS DINAMICO EN SAP2000
176.1Constrains
176.2Diafragma rgido
176.3Diafragma flexible
176.4Asignacin de masas
176.5Espectro de respuesta
176.6Anlisis modal espectral
177EJEMPLOS PRACTICOS
177.1Edificio
177.2Puente
1 SISTEMA DE COORDENADAS
1.1 Coordenadas Globales
Se debe establecer para cada estructura un sistema de coordenadas globales, con lo cual se define la direccin de las cargas , las fuerzas internas, los esfuerzos y la interpretacin de los resultados, etc. Cualquier sistema de coordenadas que se adopte cumple con la regla de la mano derecha y se denota con las letras x, y, z.
El programa SAP-2000 presenta sistemas de coordenadas globales por Default para diferentes tipos de estructuras, como se observa en la figura No. 1:
Figura 1. Coordenadas Globales
1.2 Coordenadas Locales
Los ejes locales se denotan con los nmeros 1,2,3 y tambin cumplen con la regla de la mano derecha. El eje local 1 corresponde al axial del elemento y su sentido es positivo en la direccin i - j, los ejes 2 y 3 los establece el programa como se presente en la figuras 2,3 y 4.
Figura 2. Ejes locales por Default de una viga
Figura 3. Ejes locales por Default de una prtico espacial
Otra variable relacionada con los ejes locales es Angle; que define para cada elemento la rotacin del plano 2-3 con respecto a las coordenadas globales(X,Y,Z). (Vase pagina 12 y 13 del manual del SAP-2000).
Figura 4. Ejemplo de la aplicacin de angle
2 ELEMENTO FRAME
El elemento Frame o elemento prtico se puede utilizar en SAP-2000 de las siguientes formas:
Elementos Frame tridimensional(prticos tridimensionales).
Elementos Trusses tridimensional (armaduras tridimensionales).
Elementos Frame planos(prticos planos) .
Elementos Frame Grilla (parrilla plana).
Elementos trusses planos (armadura plana).
2.1 Grados de libertad
El elemento Frame tienen seis(6) grados de libertad por nudo (desplazamiento en las tres direcciones y rotaciones en las tres direcciones), los cuales se pueden modificar utilizando Release para conformar por ejemplo elementos cercha (trusses).
Los seis grados de libertad se relacionan con las siguientes fuerzas:
Carga axial (P)
Momento torsor(T)
Momento M33, alrededor del eje local 3.
Momento M22, alrededor del eje local 2.
Cortante V22 en direccin del eje local 2.
Cortante V33 en direccin del eje local 3.
2.2 Materiales.
Las propiedades que se debe establecer para cada elemento que conforma el modelo son:
El mdulo de elasticidad para rigidez axial y de flexin. (e1)
El mdulo de cortante (g12)
La densidad de masa (m)
El peso especifico (w). Esto se utiliza para calcula el peso propio de los miembros.
La relacin de Poisson s (u12)
Figura 5. Formulario de entrada de datos de materiales
2.3 Propiedades de la seccin.
Las propiedades de las secciones estn definidas de acuerdo con los ejes locales de los elementos. Generalmente cuando se utiliza la localizacin de los ejes locales por default, la dimensin paralela al eje 2 es la mayor (Depth) y la dimensin paralela al eje 3 es la menor (Width).
Existen cuatro(4) formas para crear las propiedades de la seccione en SAP-2000, las cuales se exponen a continuacin:
2.3.1 Seccin General (sh=G)
El SAP-200 utiliza seis(6) propiedades geomtricas bsicas:
El rea de la seccin transversal (a).
Momento de inercia (i33), alrededor del eje local 3 para la flexin en el plano 1-2.
Momento de inercia (i22), alrededor del eje local 2 para la flexin en el plano 1-3.
La constante Torsional (j). Es el momento polar de inercia para secciones circulares.
Las reas de cortante as2 y as3 para las secciones a cortante en los planos 1-2 y 1-3.(vase pagina 16 y la figura 2 del manual)
Figura 6. Formulario DE entrada de datos de seccin general
2.3.2 Seccin automtica
Consisten en secciones predeterminadas por el programa y solamente se le ingresa las dimensiones correspondientes que dependen de los ejes locales del elemento. Las secciones predeterminadas son las siguientes.
Figura 7. Secciones predeterminadas
Figura 8. Formulario de entrada de datos de una seccin rectangular
2.3.3 Secciones por Bases de datos
El sap2000 incorpora dos(2) grandes bases de datos en los siguientes archivos:
AISC.PRO : American Institute of Steel Construction shapes
CISC.PRO : Canadian Institute of Steel Construction shapes.
Figura 9. Formulario de entrada de datos de base de datos (ngulos sencillos)
2.3.4 Secciones no prismticas.
El programa tiene la herramienta de generar propiedades en los elementos con seccin variable (acartelada). El elemento se puede dividir en varios tramos y establecer para cada uno como varan las propiedades. Los tipos de variacin de la seccin se establecen en dos(2) sentidos principales (3-3 y 2-2) y pueden ser de tipo lineal, parablico y cbico.
Figura 10. Formulario de entrada de datos de una seccin no prismtica
2.4 Zonas rgidas (End offset).
Figura 11. Aplicacin de las zonas rgidas
Los elementos estructurales se modelan mediante lneas que representan los ejes de los elementos de la estructura real, sin embargo en realidad los miembros tienen una seccin transversal y se deforman solamente en la luz libre. Con las zonas rgidas se le informa al programa las distancias(inicio y final del elemento) a partir del eje de la columna que son infinitamente rgidas y no se deforman. En la figura 10 se presenta un ejemplo de las zonas rgidas sobre un prtico( Lc=L-(ionff+ioff)) y en la figura 11 se presenta el formulario para asignar zonas rgidas.
Figura 12. Formulario para asignar zonas asignar zonas rgidas.
2.5 Liberacin de grados de libertad (coordenadas locales).
Figura 13. Ejemplo de release.
En la practica de la ingeniera estructural se presentan estructuras que contienen diferentes tipos de elementos. Es el caso de la figura 13 donde el prtico tiene nudos rgidos, pero el elemento inclinado presenta el nudo J articulado (estructuras metlicas).
Esto se puede modelar en SAP-2000, liberando los grados de libertad en cualquiera de los nudos con las opciones que se presentan en la figura 14:
Figura 14. Opciones para asignar release.
Como es lgico existen algunas combinaciones de los release, que pueden generar que el elemento sea inestable y que no se deben hacer.
Liberar U1 en ambos lados
Liberar U2 en ambos lados
Liberar U3 en ambos lados
Liberar R1 en ambos lados
Liberar R2 en ambos lados y U3 en un lado
Liberar R3 en ambos lados y U2 en un lado
2.6 Tipo de cargas externas.
Primero se debe establecer son las condiciones de carga (ejem: CM,CV,E,W) y despus las combinaciones de carga (ejem: 1.4CM+1.7CV).
2.6.1 Peso propio (Self-Weight)
Esta es una funcin automtica del SAP-2000 y consiste en aplicar una carga distribuida en el elemento( en direccin contraria de la gravedad Z) que representa su peso propio multiplicando su rea (a) por el peso especifico del elemento(W).
Figura 15. Formulario para activar peso propio.
2.6.2 Cargas puntuales en los nudos
Se pueden aplicar cargas puntuales en los nudos en las tres(3) direcciones ortogonales del sistema de coordenadas globales. En el formulario de la figura 16 se observa que se puede aplicar fuerzas y momentos globales en las tres(3) direcciones ortogonales.
Figura 16. Formulario para aplicar cargas puntuales.
2.6.3 Cargas concentradas en los elementos
Tambin es posible aplicar cargas localizadas a cualquier distancia de los elementos Frame. La direccin de la carga se puede especificar en el sistema global de coordenadas o en el sistema local de coordenadas.
Figura 17. Ejemplos de definicin de cargas concentradas en los elementos.
Figura 18. Formulario para entrada de datos de cargas concentradas.
2.6.4 Carga distribuidas y trapezoidales
Mediante esta opcin se puede aplicar a la estructura cargas y momentos distribuidos, con una direccin en el sistema global de coordenadas o el sistema local de coordenadas. La forma de la carga puede ser en forma trapezoidal, triangular o uniforme.
Figura 19. Formulario para entrada de datos de cargas distribuidas.
EMBED PBrush Figura 20. Ejemplos de aplicacin de cargas.
2.6.5 Combinaciones de carga
2.7 Fuerzas internas de los elementos.
3 Tipos de apoyo
3.1 Apoyos de 1,2 y 3 genero
3.2 Resortes
3.3 Asentamientos
4 INTRODUCCION DE LOS ELEMENTOS Shell
5 RESULTADOS EN SAP2000
5.1 Pantalla
5.2 Archivos
5.3 Excel
6 INTRODCCION DEL ANLISIS DINAMICO EN SAP2000
6.1 Constrains
6.2 Diafragma rgido
6.3 Diafragma flexible
6.4 Asignacin de masas
6.5 Espectro de respuesta
6.6 Anlisis modal espectral
7 EJEMPLOS PRACTICOS
7.1 Edificio
7.2 Puente
EMBED PBrush
PAGE 4Ing.Civil Diego Fernando Yam Andrade
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