sap200

Pontificia Universidad Javeriana Notas de SAP2000

TABLA DE CONTENIDO

1 SISTEMA DE COORDENADAS.....................................................................................3

1.1 Coordenadas Globales............................................................................................3

1.2 Coordenadas Locales..............................................................................................3

2 ELEMENTO “FRAME”....................................................................................................5

2.1 Grados de libertad...................................................................................................6

2.2 Materiales................................................................................................................6

2.3 Propiedades de la sección.......................................................................................7

2.3.1 Sección General (sh=G).......................................................................................7

2.3.2 Sección automática..............................................................................................7

2.3.3 Secciones por Bases de datos.............................................................................9

2.3.4 Secciones no prismáticas.....................................................................................9

2.4 Zonas rígidas (End offset)......................................................................................10

2.5 Liberación de grados de libertad (coordenadas locales).......................................11

2.6 Tipo de cargas externas........................................................................................12

2.6.1 Peso propio (“Self-Weight”)................................................................................12

2.6.2 Cargas puntuales en los nudos..........................................................................13

2.6.3 Cargas concentradas en los elementos.............................................................13

2.6.4 Carga distribuidas y trapezoidales.....................................................................14

2.6.5 Combinaciones de carga....................................................................................15

2.7 Fuerzas internas de los elementos........................................................................16

3 Tipos de apoyo.............................................................................................................17

3.1 Apoyos de 1,2 y 3 genero......................................................................................17

3.2 Resortes.................................................................................................................17

3.3 Asentamientos.......................................................................................................17

4 INTRODUCCION DE LOS ELEMENTOS “Shell”.........................................................17

5 RESULTADOS EN SAP2000.......................................................................................17

5.1 Pantalla..................................................................................................................17

5.2 Archivos.................................................................................................................17

5.3 Excel......................................................................................................................17

6 INTRODCCION DEL ANÁLISIS DINAMICO EN SAP2000..........................................17

6.1 “Constrains”...........................................................................................................17

Profesor : Edgar Eduardo Muñoz 1


6.2 Diafragma rígido....................................................................................................17

6.3 Diafragma flexible..................................................................................................17

6.4 Asignación de masas.............................................................................................17

6.5 Espectro de respuesta...........................................................................................17

6.6 Análisis modal espectral........................................................................................17

7 EJEMPLOS PRACTICOS............................................................................................17

7.1 Edificio...................................................................................................................17

7.2 Puente....................................................................................................................17



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 dirección de las cargas , las fuerzas internas, los esfuerzos y la interpretación 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 números 1,2,3 y también cumplen con la regla de la mano derecha. El eje local 1 corresponde al axial del elemento y su sentido es positivo en la dirección 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 pórtico espacial

Otra variable relacionada con los ejes locales es “Angle”; que define para cada elemento la rotación del plano 2-3 con respecto a las coordenadas globales(X,Y,Z). (Véase pagina 12 y 13 del manual del SAP-2000).



Figura 4. Ejemplo de la aplicación de “angle”

2 ELEMENTO “FRAME”

El elemento “Frame” o elemento pórtico se puede utilizar en SAP-2000 de las siguientes formas:

Elementos “Frame” tridimensional(pórticos tridimensionales).Elementos “Trusses” tridimensional (armaduras tridimensionales).Elementos “Frame” planos(pórticos 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 dirección del eje local 2. Cortante V33 en dirección del eje local 3.

2.2 Materiales.

Las propiedades que se debe establecer para cada elemento que conforma el modelo son:

El módulo de elasticidad para rigidez axial y de flexión. (e1)El módulo de cortante (g12)La densidad de masa (m)El peso especifico (w). Esto se utiliza para calcula el peso propio de los miembros.La relación de Poisson s (u12)

Figura 5. Formulario de entrada de datos de materiales



2.3 Propiedades de la sección.

Las propiedades de las secciones están definidas de acuerdo con los ejes locales de los elementos. Generalmente cuando se utiliza la localización de los ejes locales por “default”, la dimensión paralela al eje 2 es la mayor (“Depth”) y la dimensión 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 continuación:

2.3.1 Sección General (sh=G)

El SAP-200 utiliza seis(6) propiedades geométricas básicas:

El área de la sección transversal (a). Momento de inercia (i33), alrededor del eje local 3 para la flexión en el

plano 1-2. Momento de inercia (i22), alrededor del eje local 2 para la flexión en el

plano 1-3. La constante Torsional (j). Es el momento polar de inercia para secciones

circulares. Las áreas de cortante as2 y as3 para las secciones a cortante en los

planos 1-2 y 1-3.(véase pagina 16 y la figura 2 del manual)

Figura 6. Formulario DE entrada

de datos de sección

general

2.3.2

Sección automática

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 sección 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 shapesCISC.PRO : Canadian Institute of Steel Construction shapes.

Figura 9. Formulario de entrada de datos de base de datos (ángulos sencillos)

2.3.4 Secciones no prismáticas.

El programa tiene la herramienta de generar propiedades en los elementos con sección variable (acartelada). El elemento se puede dividir en varios tramos y establecer para cada uno como varían las propiedades. Los tipos de variación de la sección se establecen en dos(2) sentidos principales (3-3 y 2-2) y pueden ser de tipo lineal, parabólico y cúbico.



Figura 10. Formulario de entrada de datos de una sección no prismática

2.4 Zonas rígidas (End offset).

Figura 11. Aplicación de las zonas rígidas

Los elementos estructurales se modelan mediante líneas que representan los ejes de los elementos de la estructura real, sin embargo en realidad los miembros tienen una sección transversal y se deforman solamente en la luz libre. Con las zonas rígidas se le informa al programa las distancias(inicio y final del elemento) a partir del eje de la columna que son infinitamente rígidas y no se deforman. En la figura 10 se presenta un ejemplo de las zonas rígidas sobre un pórtico( Lc=L-(ionff+ioff)) y en la figura 11 se presenta el formulario para asignar zonas rígidas.



Figura 12. Formulario para asignar zonas asignar zonas rígidas.

2.5 Liberación de grados de libertad (coordenadas locales).

Figura 13. Ejemplo de “release”.

En la practica de la ingeniería estructural se presentan estructuras que contienen diferentes tipos de elementos. Es el caso de la figura 13 donde el pórtico tiene nudos rígidos, pero el elemento inclinado presenta el nudo “J” articulado (estructuras metálicas).

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 lógico 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 después las combinaciones de carga (ejem: 1.4CM+1.7CV).

2.6.1 Peso propio (“Self-Weight”)

Esta es una función automática del SAP-2000 y consiste en aplicar una carga distribuida en el elemento( en dirección contraria de la gravedad –Z) que representa su peso propio multiplicando su área (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

También es posible aplicar cargas localizadas a cualquier distancia de los elementos “Frame”. La dirección de la carga se puede especificar en el sistema global de coordenadas o en el sistema local de coordenadas.



Figura 17. Ejemplos de definición 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 opción se puede aplicar a la estructura cargas y momentos distribuidos, con una dirección 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.

Figura 20. Ejemplos de aplicación 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 ANÁLISIS DINAMICO EN SAP2000

6.1 “Constrains”

6.2 Diafragma rígido

6.3 Diafragma flexible

6.4 Asignación de masas

6.5 Espectro de respuesta

6.6 Análisis modal espectral

7 EJEMPLOS PRACTICOS

7.1 Edificio

7.2 Puente


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