Curso STAAD PRO
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1.- INGRESO DE DATOS:
El ingreso de datos al STAAD PRO se puede hacer de varias formas, siendo todas válidas y más o menos cómodas para cada usuario en particular. Las formas de realizar el ingreso de datos son las siguientes: - Por Tabla ó Gráficamente: Gráficam ente: - Mediante el STRUCTURE WIZARD - Importando modelos desde AUTOCAD a) Por Tabla o Gráficamente: Gráficamente: ésta es la forma estándar estándar y consiste en ir introduciendo introduciendo las las coordenadas de los nodos en la tabla de nodos [1] Una vez ingresados los nodos se pueden ingresar las barras mediante la tabla de barras [2] o la herramienta “Add Beams” (añadir barra) [3] [1] tabla de ingreso de nodos
[2] tabla de ingreso de barras
[3] herramienta Add Beams
b) Mediante el STRUCTURE WIZARD: el Structure Structure Wizard es una aplicación aplicación que trae incorporada el Staad Pro y sirve para generar distintos modelos estructurales predefinidos. Ésta aplicación tiene incorporada distintos modelos de estructuras tipo, modelos de reticulados [4], de barras [5] ó de placa [6] [4] modelos tipo de reticulados
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[5] modelos tipo de barra
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1.- INGRESO DE DATOS:
El ingreso de datos al STAAD PRO se puede hacer de varias formas, siendo todas válidas y más o menos cómodas para cada usuario en particular. Las formas de realizar el ingreso de datos son las siguientes: - Por Tabla ó Gráficamente: Gráficam ente: - Mediante el STRUCTURE WIZARD - Importando modelos desde AUTOCAD a) Por Tabla o Gráficamente: Gráficamente: ésta es la forma estándar estándar y consiste en ir introduciendo introduciendo las las coordenadas de los nodos en la tabla de nodos [1] Una vez ingresados los nodos se pueden ingresar las barras mediante la tabla de barras [2] o la herramienta “Add Beams” (añadir barra) [3] [1] tabla de ingreso de nodos
[2] tabla de ingreso de barras
[3] herramienta Add Beams
b) Mediante el STRUCTURE WIZARD: el Structure Structure Wizard es una aplicación aplicación que trae incorporada el Staad Pro y sirve para generar distintos modelos estructurales predefinidos. Ésta aplicación tiene incorporada distintos modelos de estructuras tipo, modelos de reticulados [4], de barras [5] ó de placa [6] [4] modelos tipo de reticulados
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[5] modelos tipo de barra
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[6] modelos tipo de superficie/placa
[7] Exportar el modelo del Structure Wizard al Staad Pro
El manejo del Structure Wizard es bastante intuitivo: - Se elige el modelo a utilizar ut ilizar haciendo doble click sobre el mismo - Se ingresan los parámetros que definen la geometría y se presiona “Apply” - Se exporta el modelo al Staad Pro yendo a File>Merge Model with Staad.Pro model [7] - A continuación c ontinuación aparece una ventana preguntando preguntando si se desea fusionar el m odelo con el del Staad Pro, a lo que contestamos “Yes” - Por último ya nuevamente en la pantalla del Staad Pro aparece una ventana donde se pueden desplazar las coordenadas del modelo del Structure Wizard con respecto a las del Staad Pro. Éste último paso es útil en caso de que el cero del modelo que acabamos de hacer no coincida con el del modelo del Staad Pro.
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c) Importando modelos desde Autocad: Desde el Autocad, para exportar un archivo al Staad Pro se debe guardar el dibujo en formato .DXF. Esto se hace yendo a File>Save As y elegir la extensión .DXF en el menú desplegable [8]. Desde el Staad Pro, para importar dicho archivo se debe ir a: Menu>Import… ,elegir la opción 3D DXF y luego seleccionar el archivo que DXF que deseamos importar. A continuación aparece el menú “Structure Convention” [9]. Éste menú sirve para definir la orientación de los ejes globales del Autocad con respecto a los del Staad Pro (se puede ver mas sobre esto más adelante en el tema CREANDO MODELOS DE ELEMENTOS DE PLACAS) [8] Guardar archivo .DXF en Autocad
[9] Convención de ejes globales
Por último aparece el menú de elección de unidades [10] donde se debe tener la precaución de elegir la misma unidad de medida que se utilizó en el Autocad al dibujar el modelo. [10] Menú de elección de unidades del modelo a importar
IMPORTANTE: para que el Staad Pro pueda importar el modelo, debemos primero cerrar el archivo DXF en el Autocad, caso contrario resulta un error de compartición.
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A continuación se indican algunas de las reglas a tener en cuenta a la hora de dibujar un modelo para el Staad Pro en el Autocad: -
El Staad no reconoce elementos como polilíneas, círculos, elipses, bloques o rectángulos.
-
Toda línea que dibujemos en el Autocad se convertirá en un elemento de barra en el Staad Pro, respetando la orientación en la que se generó. Por ejemplo, si dibujamos una línea de izquierda a derecha en el Autocad y la exportamos al Staad, allí el nodo de la izquierda será el nodo inicial y el de la derecha el nodo final de la barra, y por lo tanto el eje X LOCAL de la barra estará orientado también de izquierda a derecha.
-
En el Staad Pro las solicitaciones se transmiten a través de los nodos. Por ésta razón, para que exista continuidad estructural los elementos deben unirse entre sí por sus nodos extremos. Esto se debe tener en cuenta al dibujar el modelo en el Autocad, para evitar discontinuidades indeseadas. A continuación se indican una serie de discontinuidades típicas y su f orma de evitarlas en el Autocad o solucionarlas una vez importado al Staad Pro: o
Discontinuidad en intersecciones: En el Staad Pro, la continuidad entre dos o más barras se materializa únicamente a través de un nodo en común a las mismas. Éste error ocurre cuando, dibujando el modelo en Autocad, no se tiene la precaución de cortar las líneas donde deben ir nodos para materializar las uniones entre barras Éste tipo de discontinuidad es común cuando no se está acostumbrado a dibujar modelos de Staad Pro en Autocad, donde se tiende a generar la estructura con líneas enteras largas, olvidando cortar las mismas en los puntos donde otras barras concurren. A continuación se muestra un ejemplo de éste tipo de error: - En el primer cuadro, el dibujo de la izquierda representa un modelo hecho en Autocad, dibujando solamente tres líneas. Como s e puede apreciar en el dibujo de la derecha, al importarlo al Staad Pro, cada línea se convierte en una barra, resultando así tres barras sin continuidad estructural. - El segundo cuadro muestra la forma correcta de trabajar. En el dibujo de Autocad (izquierda) se hicieron 3 líneas superiores en lugar de solamente una, de tal manera que al importarlo, el Staad Pro reconozca los nodos en común a ambas barras y genere la continuidad buscada
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FORMA INCORRECTA MODELO IMPORTADO A STAAD PRO
DIBUJO EN AUTOCAD
DISCONTINUIDAD NO se genera nodo en la barra 1
Línea 1 Línea 3
Barra 3
Barra 1 Barra 2
Línea 2
Elemento de Barra entero
FORMA CORRECTA MODELO IMPORTADO A STAAD PRO Barra 3 CONTINUIDAD Modelo correcto
DIBUJO EN AUTOCAD
Línea 3 Línea 2 Línea 1 Línea 5
Barra 1
Barra 2
Barra 5
Barra 4 Línea 4
CONCLUSIÓN: dado que éste tipo de discontinuidad no es fácil de detectar a
simple vista, se recomienda tener sumo cuidado al dibujar el modelo en Autocad, procurando respetar las continuidades necesarias.
o
Discontinuidad por falta de precisión: puede ocurrir que al dibujar el modelo en el Autocad no se trabaje con mucha precisión resultando discontinuidades sobre todo en nodos extremos, vértices del modelo, o en la vinculación de elementos de distinto tipo (ej: unión de elemento de barra con elemento de placa). Éste error es muy común y de fácil corrección en el Staad Pro, por lo que no significaría gran inconveniente a la hora de realizar el modelo en Autocad. Para corregirlo desde el Staad Pro se utiliza el comando “Check for Duplicate Nodes” (buscar nodos duplicados) que se puede encontrar en el menú “Tools” [11] y su funcionamiento es el siguiente:
En el primer recuadro que aparece [12] se ingresa un valor de tolerancia, por ejemplo 5,0cm. Éste valor servirá de parámetro al Staad Pro para decidir si dos o más nodos son o no duplicados y debe unificarlos. Es decir, el programa analiza todos los nodos de la estructura, y aquellos que se encuentren a una distancia menor a la tolerancia ingresada (en éste caso 5,0cm) los indica como posibles nodos duplicados o discontinuidades en la estructura.
Al presionar “OK” se ejecuta el comando y el Staad Pro busca los nodos duplicados en la estructura. Una vez identificados aparece un listado de dichos nodos [13], donde, al presionar “Merge” (Unir), se tienen 3 opciones [14]: 1. “Let me chose the node number to delete:” seleccionar el número de nodo a borrar
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2. “Delete first node in all sets” borrar siempre el primer nodo en todo el listado 3. “Delete second node in all sets” borrar siempre el segundo nodo en todo el listado [11] Comando para chequear por nodos duplicados
[12] Ingresar Tolerancia
[13] Listado de nodos duplicados
[14] Opciones de “Unión” de nodos duplicados
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CREANDO MODELOS DE ELEMENTOS DE PLACAS - En Autocad al crear un modelo con elementos tipo placa se deben considerar las siguientes reglas: Los elementos tipo placa en Autocad se materializan de dos formas: a) Mediante el comando 3DFACE b) Mediante el comando ai_mesh El primer método solamente crea un elemento tipo placa, mientras que el segundo crea una malla con un determinado número de elementos de placa. Explicaremos el segundo método dada su mayor practicidad. El comando “ai_mesh” se puede encontrar en: Draw>Surfaces>3D Surfaces [15] y luego seleccionar “Mesh” [16], o bien tipeando “ai_mesh” en la barra de comandos [15] [16] o
El funcionamiento de éste comando es sencillo y consiste básicamente en dibujar el perímetro de la losa o tabique a modelar y luego indicar el numero de líneas de división en uno y en otro sentido. IMPORTANTE: antes de guardar el archivo como .DXF se debe EXPLOTAR la malla creada mediante el comando “Explode”. De no hacerse este último paso, el Staad Pro no reconocerá los elementos de placa del modelo. o
En cuanto a los ejes Locales de las placas: La primer (AB) y segunda línea (BC) dibujada al ejecutar el comando “ai_mesh” definen las direcciones de los ejes X e Y locales de los elementos tipo placa y el sentido del eje Z queda definido por la regla de la mano derecha. En el ejemplo de la f igura [17] la malla fue creada en sentido ABCD, por lo tanto los ejes locales X estarán orientado en la dirección AB y los ejes Y en la dirección BC. [17] Orientación de ejes locales
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Ejes locales
Ejes globales
o
En cuanto a los ejes Globales de la estructura, el Autocad toma por defecto el eje Z perpendicular a la pantalla, mientras que el Staad Pro considera al eje Y en dicha dirección. Por esto deberá indicarle al Staad Pro qué eje se desea poner como vertical. Para que coincida con lo modelado en el Autocad se debe elegir la opción “Y Up” en el cuadro “Structure Convention” [9]
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2.- MODIFICAR GEOMETRIA: Existe un gran número de comandos para modificar la geometría del modelo, pero en éste momento solo repasaremos los de más uso y practicidad. 2.1. INSERTAR NODOS: (INSERT NODE) como su nombre lo dice, éste comando sirve para dividir una barra existente en un número de partes definido por el usuario o insertar nodos a una cierta distancia del nodo inicial de la barra. Se lo puede encontrar en GEOMETRY>INSERT NODE o bien mediante su icono [19]. [18] Comando Insertar Nodo [19] icono del comando “insertar nodo”
En la siguiente figura [20] las opciones del comando “INSERT NODE”
Para añadir un nodo a una cierta distancia (midiendo desde el nodo inicial de la barra) Para añadir un nodo a una cierta proporción Agregar un nodo a mitad de la barra Numero de nodos equidistantes a añadir
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Distancias a las que se añadieron nodos a la barra (midiendo desde el nodo inicial)
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2.2. UNIR BARRAS: (MERGE MEMBERS) éste comando sirve para unir dos o mas barras en
una sola. Se lo puede encontrar en GEOMETRY>MERGE SELECTED MEMBERS [21]. Para que puedan unirse las barras deben ser colineales. [21] Comando Merge Memebers
En la siguiente figura [22] las opciones del comando “UNIR BARRAS” Barras seleccionadas a unir
Número de barra a conservar
Características de la barra resultante al unir las seleccionadas.
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2.3. BREAK BEAMS AT SELECTED NODES: (cortar barras en nodos seleccionados) este co-
mando es muy útil a la hora de modelizar estructuras con elementos de barras y placa. Como su nombre lo indica, sirve para dividir una barra en los puntos (nodos) que se le indiquen. A continuación se muestra un ejemplo típico de el uso de ésta función Ejemplo 1: vamos a modelizar la siguiente estructura de una losa con vigas perimetrales:
Procedimiento: a) Supongamos que ya tenemos modelada la malla de elementos de placa [23], esto podría haberse hecho por cualquiera de los métodos mencionados anteriormente (mediante el Structure Wizard, importando de Autocad, etc) Figura [23]
33 placas 30 placas
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b) Ahora nos restaría agregarle las vigas perimetrales utilizando elementos tipo barra. Recordemos que para que haya continuidad estructural entre los elementos de placa y barra éstos deben estar unidos en cada nodo, es decir, en nuestro ejemplo las vigas deberían estar formadas por elementos de barra de igual longitud que un elemento de placa. Para modelar las vigas se puede optar por: - dibujar tramo por tramo las 126 vigas perimetrales con la herramienta de agregar barras [3] - dibujar 4 barras perimetrales de vértice a vértice [24] y luego subdividirlas utilizando el comando “break beams at selected nodes” [26]. Vamos a desarrollar esta segunda opción: Figura [24]: barras perimetrales, en verde se indica el inicio de la barra y en azul el final
1 barra extremo FINAL extremo INICIAL
c) Ahora con el comando “break beams at selected nodes” vamos a subdividir las 4 barras perimetrales en pequeños segmentos donde cada nodo inicial y final coincida con un nodo de placa. Para esto primero seleccionamos los nodos perimetrales [25] y luego ejecutamos el comando que se encuentra en el menú GEOMETRY [26] De esta forma quedan subdivididas las 4 barras perimetrales en pequeños segmentos y queda terminada la geometría del modelo. Figura [25]: nodos perimetrales seleccionados
Figura [26]: ubicación comando “break beams at selected nodes”
Figura [27]: resultado final (verde nodo inicial, azul nodo final)
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2.4. RENUMERAR NODOS, BARRAS o PLACAS: como su nombre lo indica, éste comando sir-
ve para renumerar nodos, barras o placas. Es una herramienta práctica para organizar el modelo ya que muchas veces entre modificaciones y agregados la numeración de los elementos queda muy desordenada. Para renumerar elementos se procede de la siguiente manera: a) Se seleccionan los elementos a renumerar (nodos, barras o placas) b) Se ejecuta el comando renumerar (GEOMETRY>RENUMBER [28]) c) Se ingresa el número inicial desde el que se desea comenzar la numeración d) Se eligen los criterios de numeración. Éste punto es el más importante, ya que nos permite elegir en que dirección se renumerarán los elementos. Por ejemplo si en el cuadro “Selected Sort Criteria” (criterio de ordenamiento seleccionado) [29] elegimos un criterio Z, X obtendremos una numeración como la indicada en la figura [30], mientras que con un criterio X, Z da como resultado lo mostrado en la figura [31]. Figura [28] Figura [29]: menú comando renumerar
Número inicial de la numeración
Criterios de ordenamiento disponibles
Orden de la numeración (ascendente o descendente)
Criterios de ordenamiento seleccionados
NOTA IMPORTANTE: hay que tener en cuenta que una vez aplicado el comando renumerar no hay vuelta atrás, es decir, no se puede volver a la numeración anterior, salvo cerrando el modelo sin salvar los cambios y volviéndolo a abrir.
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Ejemplo 2: renumeración de nodos Figura [30]: Criterio de numeración Z,X
Figura [31]: Criterio de numeración X,Z
Criterio de ordenamiento seleccionado: Z , X
Numeración Resultante
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Criterio de ordenamiento seleccionado: X , Z
Numeración Resultante
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3.- PROPIEDADES DE SECCIONES Para acceder al cuadro de “Propiedades” [33] se debe ir a la pestaña “General” ubicada a la izquierda de la pantalla y luego a la pestaña “Property” como se aprecia en la figura [32]. Figura [32] Figura [33]: Cuadro de Propiedades
Como se puede ver en la figura [33] el cuadro de Propiedades tiene diversas opciones. En este momento analizaremos solamente aquellas m ás utilizadas. 3.1. Comando DEFINE: (ver fig [33]) éste comando se utiliza para asignar a elementos tipo BARRA secciones tipo circular, rectangular, Tipo “T”, Trapezoidal y otras. Su manejo es bastante intuitivo. Al ingresar aparece un menú semejante al de la f igura [34] donde se adoptan las dimensiones a asignar y el material a utilizar. Figura [34]
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3.2. Comando SECTION DATABASE: éste comando se utiliza para asignar perfiles metálicos a
elementos tipo BARRA. El Staad Pro dispone de una base de datos con una amplia variedad de perfiles para introducir al cálculo. Una vez ejecutado el comando solo resta seleccionar el perfil deseado y hacer click en “ADD” (agregar). 3.3. Comando THICKNESS: éste comando es exclusivo para elementos tipo PLACA y sirve para
asignar un determinado espesor a dichos elementos. Puede definirse un espesor uniforme o en todo el elemento de PLACA o espesor variable en cada uno de los 4 nodos del mismo. 3.4. MODO DE ASIGNACION:
Cualquiera sea el comando utilizado, una vez agregada la sección deseada a la lista solo basta con asignar a cada barra de la estructura su sección correspondiente. Para esto se utiliza el menú de “Assignment Method” (modo de asignación) [35] que se encuentra en la parte inferior del cuadro de la figura [33] Figura [35] menú de modo de asignación
Dicho menú es común a todas las asignaciones que veremos mas adelante, ya sea asignar restricciones, articulaciones o cargas, por lo que lo explicaremos una única vez. - Assign To Selected Beams (asignar a barras seleccionadas): como su nombre lo dice, permite asignar una determinada característica (ya sea sección, material, cargas, etc) a las barras previamente seleccionadas. - Assign To Edit List (asignar a la lista de edición): asigna una determinada característica a las barras o elementos que se ingresen mediante el teclado en el recuadro blanco que se encuentra en la parte inferior. - Use Cursor To Assign (usar el cursor para asignar): se elige ésta opción se presiona Assign y se va asignando la característica deseada a cada elemento solamente marcándolo con el cursor. - Assign To View (asignar a la vista): asigna la característica deseada a todos los elementos que se encuentran visibles en la pantalla.
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4.- DEFINIR ARTICULACIONES Y OTRAS CARACTERÍSTICAS ESPECIALES Para acceder al menú de especificaciones [36] se debe ir a la pestaña “General” ubicada a la izquierda de la pantalla y luego a la pestaña “Spec” como se aprecia en la figura [35]. Mediante el cuadro de especificaciones [36] se pueden definir las siguientes características: - Articulación (total o parcial) en barras - Offset en barras - Barras que absorban solo compresión o solo tracción - Barras tipo reticulado - Articulación en placas - Nodos Master/Slave Figura [35] Figura [36]: Cuadro de Especificaciones
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4.1. ARTICULACIÓN DE BARRAS:
Figura [37]: menú Especificaciones de barras
Para definir una articulación en un elemento tipo barra se procede de la siguiente manera: - Haciendo click en el botón “Beam…” del “Cuadro de Especificaciones” [36] ingresamos al menú “Member especification” (especificaciones de barras) [37] - En la pestaña “Release” (articulaciones) en el recuadro “Location” se define que extremo de la barra se desea articular. - Por último más abajo en el recuadro “Release” se indica qué traslación (FX, Fy o Fz) o rotación (Mx, My o Mz) se desea liberar. NOTA: las articulaciones se definen con respecto a los ejes LOCALES de cada elemento. 4.2. OFFSET EN BARRAS:
El comando offset se utiliza para definir extremos rígidos en una barra. Para explicarlo mejor veamos un ejemplo: Ejemplo 3: comparación pórtico con y sin offset. Supongamos que debemos analizar un pórtico como el indicado a continuación:
En la siguiente figura se muestran dos modelos del pórtico en cuestión. Al primero se le aplicó el comando OFFSET en los extremos de la viga y el extremo superior de las columnas, de modo de simular la rigidez de los nudos de pórtico. El segundo modelo no tiene offset alguno aplicado. La carga y las dimensiones son las mismas en ambos casos.
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Modelo CON offset en nudos
Modelo SIN offset en nudos
Tras procesar ambos modelos se obtuvieron los siguientes resultados: Deformaciones: en el modelo CON offset se puede apreciar un comportamiento más fiel a la realidad, ya que los nudos de pórtico giran pero no se deforman.
0,29mm
0,38mm
Momentos Flectores: las diferencias están a simple vista. Los momentos del primer modelo son menores debido a su menor luz libre entre columnas y entre los apoyos y la viga. 0,24tm
0,17tm
0,27tm
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0,30tm
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Como utilizar el comando: Haciendo click en la pestaña “Offset" ubicada en el menú “Especificaciones de Barras” [37] se Figura [38]: menú de offset accede al menú de offset [38]. Para su utilización se procede de la siguiente manera: - Indicar en el recuadro “location” a que nodo de la barra (inicial o final) se le desea aplicar offset - Elegir en el recuadro “Direction” si se desea que dicho offset se aplique con respecto a los ejes locales o globales - Y por último definir en el recuadro inferior la magnitud del offset en una o varias direcciones. 4.3. BARRAS TENSION ONLY ó COMPRESSION ONLY:
Las barras definidas como TENSION ONLY absorberán solamente esfuerzos de tracción, y las definidas como COMPRESSION ONLY solamente compresión. Ambos comandos se pueden encontrar en las respectivas pestañas del m enú [37]. NOTA IMPORTANTE: Se deben tener ciertas precauciones con este comando, ya que al utilizarlo no se deben hacer combinaciones de carga ya que puede arrojar errores en el cálculo. Una forma de solventar ésta limitación consiste en utilizar el comando REPEAT LOAD en lugar de crear combinaciones de carga. (ver ítem 6.2.7.) 4.4. BARRAS TIPO RETICULADO (TRUSS):
Estos elementos de barra son capaces de absorber únicamente esfuerzos axiales, es decir, tienen los momentos flectores articulados en ambos extremos. Para utilizar ésta característica solo basta con ir a la pestaña “Truss” en el menú [37] y agregarla (ADD) o asignarla (Assign) a la o las barras seleccionadas. 4.5. ARTICULACIÓN DE PLACAS:
Figura [39]: articulación de placas
Haciendo click en el botón “Plate…” del “Cuadro de Especificaciones” [36] ingresamos al menú “Plate especification” (especificaciones de placas) [39] La utilización del comando es igual que en las barras, salvo que en este caso se tienen 4 nodos posibles de ser articulados.
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4.6. NODOS MASTER/SLAVE:
Este comando sirve para definir vinculaciones rígidas entre nodos. Se define un nodo maestro (master) y uno o varios nodos esclavos (slave). Como su nombre lo indica, todo desplazamiento que tenga el nodo maestro lo tendrán sus esclavos. A continuación se muestra un ejemplo de su aplicación. En la figura se aprecia la estructura de un edificio de 3 pisos, donde se ha utilizado el comando master/slave para definir la rigidez de las losas en su plano. (se indica con un cubo verde el nodo maestro y con círculos los nodos esclavos). Nodo maestro
Nodos esclavos
Se puede acceder a este comando haciendo click en el botón “Node…” del “Cuadro de Especificaciones” [36]. El menú del mismo se indica en la figura [40]. En éste menú se indica el nodo que será MASTER. Una vez definido se apreta ADD y luego desde el cuadro [36] se asigna la condición de SLAVE (esclavo) a los nodos que se desee. NOTA: el programa no permite asignar como master o slave a un nodo restringido (support node)
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Figura [40]: comando Master/Slave
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5.- DEFINIR SUPPORTS (APOYOS) Para acceder al cuadro de “Supports” [42] se debe ir a la pestaña “General” ubicada a la izquierda de la pantalla y luego a la pestaña “Support” como se aprecia en la figura [41]. Figura [41] Figura [42]: Cuadro de Supports
Haciendo click sobre el botón “Create” se accede al menú [43] donde se definen los tipos de restricciones a aplicar a la estructura. Figura [43]
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A continuación explicaremos algunos de las restricciones (supports) mas comúnmente utilizados: - FIXED (empotrado): restringe las 3 translaciones y las 3 rotaciones al nodo restringido. - PINNED (Simplemente apoyado): restringe únicamente las translaciones, permitiendo el giro del nodo restringido - FIXED BUT (Empotrado selectivo): permite seleccionar que grado de libertad se impedirá y cual se liberará. Además en este comando se puede asignar un resorte a cada grado de libertad restringido, generando así una restricción elástica. - ENFORCED/ ENFORCED BUT: funcionan exactamente como los comandos FIXED y FIXED BUT, pero a diferencia de éstos, admiten cargas del tipo desplazamiento de fundación. - FOUNDATION: nos vamos a detener un instante para explicar más en detalle éste tipo de restricción dada su practicidad y frecuente uso. El comando FOUNDATION sirve para asignar una fundación sobre medio elástico a elementos tipo barra o placa. Si bien esto mismo se puede hacer con el comando FIXED BUT la diferencia radica en que con FOUNDATION no es necesario ingresar el valor de cada resorte, sino que basta con ingresar el coeficiente de balasto a utilizar y el STAAD PRO calcula el área de influencia para cada apoyo, definiendo cada resorte a aplicar en cada nodo. Para definir una fundación con este comando se procede de la siguiente manera [44]: 1) En el recuadro “Foundation” se elige a que tipo de elementos se desea aplicar el c omando: ELASTIC MAT (para elementos tipo barra) o PLATE MAT (para elementos tipo placa) 2) del recuadro “Direction” se define la dirección de acción de los resortes a definir 3) se ingresa el coeficiente de balasto en el recuadro “Subgrade” 4) se finaliza presionando ADD Luego resta asignar la fundación definida a los nodos, placas o barras que corresponda como se indicó en el ítem 3.4. (MODO DE ASIGNACIÓN) Figura [44]: menú comando FOUNDATION
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6.- DEFINIR Y ASIGNAR CARGAS (LOAD) Para acceder al menú de cargas [46] hay que ir a la pestaña LOAD dentro de la pestaña GENERAL como se indica en la figura [45]. Dentro de dicho menú se pueden apreciar 3 opciones: - Definitions: No desarrollaremos éste comando dado que escapa al nivel del curso, pero en rangos generales sirve para definir parámetros avanzados de cargas como sismo, viento, trenes de carga, etc. - Load Cases Details (detalles de estados de cargas): ésta opción sirve para definir los estados de carga (numero, nombre, tipo y combinaciones). Para añadir un estado primero se debe hacer click con el botón derecho del mouse sobre la opción “Load Cases Details” como se aprecia en la f igura [46] y luego en el botón ADD. (continúa en el punto 6.1.) - Load Envelopes (envolventes de cargas): como su nombre lo indica, sirve para definir que estados y/o combinaciones de cargas se considerarán al momento de visualizar los resultados del análisis. NOTA: éste comando solo se encuentra disponible a partir de la versión 2006 del Staad Figura [45] Figura [46]: Cuadro de Cargas
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6.1. DEFINIENDO ESTADOS DE CARGA: al hacer click en el botón ADD del cuadro de cargas
[46] aparece un menú como el indicado en la figura [47] donde se tienen 4 opciones. (explicaremos las de mayor uso). 6.1.1. Primary: sirve para definir los estados primarios o básicos de carga. Dentro de ésta opción se definen, número y nombre de estado y tipo de cargas que el mismo tendrá. NOTA: la pestaña desplegable “tipo de cargas” posee una gran variedad de definiciones de cargas como por ejemplo: Dead (carga permanente), Live (sobrecarga), Wind (viento), etc. Dicha clasificación de los estados de carga se ut iliza para parámetros más avanzados como la creación automática de combinaciones de cargas. Dicho comando escapa del nivel del presente curso, por lo que por el momento al definir una carga dejaremos el tipo de carga en la opción NONE (ningún). Figura [47]: menú de definición de tipo de estado y combinaciones
Numero de Estado Tipo de Cargas
Nombre de Estado
6.1.2. Define Combinations: se utiliza para definir combinaciones de cargas. Una vez definidos los estado básicos (en la figura [48] hay 4 estados básicos) se definen el numero y nombre de combinación y los estados básicos que intervienen y su factor de multiplicación. Figura [48]: menú definir combinaciones Número de combinación
Nombre de Comb.
Factor de Multi licación Estados Básicos Disponibles
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Estados Básicos incluidos en la combinación y factor de multiplicación asociado a cada uno.
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6.2. DEFINIENDO CARGAS:
Los estados de carga definidos se pueden ver en el listado de estados como se muestra en la figura [49]. Si se desea agregar cargas a un estado en particular basta con seleccionar dicho estado y hacer click en ADD y aparecerá el menú de Cargas Nuevas [50] donde se pueden apreciar todos los tipos posibles de cargas a aplicar. Figura [49]: Listado de estados
Figura [50]: menú de Cargas Nuevas
A continuación desarrollaremos algunos de los más comunes tipos de carga utilizados: 6.2.1. SELFWEIGHT: (peso propio) este comando añade el peso propio de la estructura al cálculo. Se puede definir su dirección de acción y su magnitud pero no se puede elegir a que elemento aplicarlo, sino que lo asigna a toda la estructura. NOTA: Para calcular el peso propio el STAAD PRO considera la densidad del material definido. Una forma práctica para hacer que el programa no considere el peso propio de algún elemento en particular y sí el del resto de la estructura, consiste en definir un material sin densidad y asignárselo al mismo. 6.2.2. NODAL LOAD: (Carga en nodos) añade una carga puntual en un nodo. La dirección de acción de la carga se define según los ejes globales.
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6.2.3. MEMBER LOAD: (Carga en barras) sobre los elementos de barra se puede aplicar los siguientes tipos de cargas: 6.2.3.1. UNIFORM FORCE: sirve para asignar una carga uniformemente distribuida a una barra. - En el recuadro “Force” se asigna la magnitud y distribución de la misma, donde “d1” y “d2” son las distancias inicial y final de aplicación de la carga siempre midiendo a partir del nodo inicial de la barra. - En el recuadro “Direction” se define la dirección de acción de la carga, ya sea con respecto a los ejes locales, globales o en Proyección. 6.2.3.2.
UNIFORM MOMENT: similar al anterior pero asigna un momento uniforme
6.2.3.3.
CONCENTRATED FORCE: asigna una carga concentrada a una determinada distancia del nodo inicial de la barra en la dirección indicada.
6.2.3.4.
CONCENTRATED MOMENT: similar al anterior pero asigna un momento concentrado.
6.2.3.5.
LINEAR VARYING: agrega una carga que varía linealmente. Como se indica en la figura, se pueden agregar dos tipos de cargas variables.
6.2.3.6.
TRAPEZOIDAL: agrega una carga trapezoidal. Se puede definir la magnitud y distancia de inicio y fin de la misma.
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6.2.3.7.
HYDROSTATIC: este comando se utiliza para definir una carga que varía linealmente a través de varios elementos. Veremos un ejemplo de su aplicación: Ejemplo 4: Definiendo una carga hidrostática. Supongamos que debemos aplicar una carga hidrostática horizontal al siguiente modelo donde misma varía entre 1,0 t/m en su nodo superior y 3,0 t/m en su nodo inferior.
1,0 t/m
Figura [51]: menú de carga hidrostática
3,0
-
Una vez en el menú de carga hidrostática [51] apretamos “Select Memebers” y seleccionamos las barras a las que debemos aplicar dicha carga.
-
Luego en el recuadro “Force” ingresamos los valores extremos de la carga hidrostática. En el recuadro “Direction” definimos la dirección de acción de la carga (para nuestro ejemplo elegimos GX) En el recuadro inferior definimos la dirección a través de la cual variará la carga (para nuestro caso elegimos Y). Por ultimo apretamos “Add” y queda asignada la carga como se muestra en la siguiente figura:
-
En el listado de cargas se puede apreciar que éste comando genera automáticamente cargas del tipo trapezoidal para cada elemento interpolando entre los valores extremos.
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6.2.4. AREA LOAD: este comando permite asignar una carga de área sobre un marco cerrado de barras. La carga se distribuye en la menor de las direcciones del marco. Esta carga actúa siempre en la dirección del eje Y Para incluir ésta carga basta con asignar la carga a las barras perimetrales. 6.2.5. FLOOR LOAD: este comando es similar al anterior, pero tiene las siguientes ventajas: - permite distribuir la carga en ambas direcciones del marco cerrado - cambia la forma de asignar la carga, ya que en éste se asigna por rangos, es decir, se asigna a todos los marcos existentes en el rango definido - se puede definir la dirección de acción de la carga A continuación veremos un ejemplo de éstas dos cargas: Ejemplo 5: Definiendo y asignado cargas tipo AREA y FLOOR Supongamos que en el siguiente modelo deseamos aplicar una carga uniforme de 0,50t/m² al primer entrepiso y de 1,0t/m² al segundo entrepiso.
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Si asignáramos las cargas con el comando AREA, la distribución se vería como la figura mostrada a la derecha. Como se puede apreciar, la carga se distribuye en la dirección de la menor dimensión de cada marco cerrado de vigas.
Por otro lado, asignando las cargas con el comando FLOOR y no marcando el casillero “One way load” (carga en un sentido) del menú de FLOOR LOAD, las cargas se distribuirán como se indica en la figura de la derecha En este caso la carga se distribuye en ambas direcciones según las líneas de rotura de la losa.
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6.2.6. PLATE LOADS: (Cargas en placas) 6.2.6.1. PRESSURE ON FULL PLATE: este comando asigna una carga por unidad de superficie a un elemento de placa en la dirección indicada. 6.2.6.2.
CONCENTRATED LOAD: asigna una carga concentrada en un punto de un elemento de placa.
6.2.6.3.
PARTIAL PLATE PRESSURE: asigna una carga por unidad de superficie a una porción de un elemento de placa.
6.2.6.4.
TRAPEZOIDAL: asigna una carga trapezoidal en el plano del elemento de placa como se indica en la f igura
6.2.6.5.
HYDROSTATIC: similar a la omónima para cargas sobre barras, asigna una carga que varía linealmente a lo largo de un rango definido de elementos.
6.2.6.6.
ELEMENT JOINT LOAD: permite definir la magnitud de la carga por unidad de superficie para cada nodo de la placa.
6.2.7. REPEAT LOAD: sirve para introducir un estado de cargas ya definido en otro estado de cargas. Este comando es muy útil a la hora de definir combinaciones de carga cuando se tienen elementos tipo “tension/compression only” (ver ítem 4.3.) en la estructura, ya que como ya explicamos, no se pueden realizar combinaciones al estar presentes elementos de éste tipo en la estructura. La diferencia entre los comandos COMBINATION LOAD y REPEAT LOAD radica en que mientras que el comando COMBINATION LOAD combina los resultados de los diferentes estados de carga, REPEAT LOAD combina las cargas en único estado y luego lo procesa. Su utilización es muy similar a la del comando COMBINATION LOAD ya visto en el ítem 6.1.2.
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7. HERRAMIENTAS ÚTILES DE STAAD PRO: A continuación presentaremos algunas herramientas u opciones que tiene el Staad Pro que facilitan mucho las tareas. 7.1. HERRAMIENTAS DE SELECCIÓN: Todos los comandos enunciados a continuación se pueden encontrar en el menú “Select” en la parte superior de la pantalla. 7.1.1. Filtered Section Cursor:
como su nombre lo indica, este comando permite apli-
car un filtro de selección. Los parámetros del mismo se definen desde la opción en el menú “Select”. 7.1.2. Beams Parallel To: (barras paralelas a) permite seleccionar todas las barras visibles paralelas a el eje global deseado (X, Y o Z) 7.1.3. Plates Parallel To: (placas paralelas a) similar al anterior pero con elementos de placa. 7.1.4. By Range: (por rango) permite seleccionar los elementos comprendidos en un rango definido.
7.1.5. By Group Name: (por nombre de grupo) permite seleccionar un grupo previamente definido de elementos. 7.1.6. By All: Selecciona todas las entidades de un tipo visibles, ya sean nodos, barras, placas, sólidos o todos los elementos
7.1.7. By Inverse: invierte la selección según el parámetro que se elija (nodos, barras, placas, sólidos o geometría en general)
7.1.8. By List: permite ingresar con el teclado el número de elemento o rango a seleccionar. 7.1.9. By Specification: permite seleccionar entre los elementos visibles según distintas características.
7.1.10. By Missing Attributes: permite seleccionar aquellos elementos que carecen de alguna propiedad, como ser sección, módulo de elasticidad, densidad, etc.
7.1.11. Highlight Entities Sequentialy: este comando va recorriendo secuencialmente los distintos elementos de la estructura y los va mostrando seleccionados en pantalla. CURSO STAAD PRO
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7.2. OPCIONES DE VISUALIZACIÓN:
7.2.1. UNIDADES DE INGRESO Y SALIDA: Haciendo click en el icono se accede al menú de Unidades [52] donde se pueden modificar las unidades utilizadas para el ingreso de datos Figura [52]: menú de Unidades
Figura [53]: menú de Options
Haciendo click en el icono se accede al menú de Options [53] desde el cual se pueden modificar parámetros como: -
Unidades de cargas (Force Units) Unidades de la estructura (Structure Units)
-
Unidades de las secciones (Section Units) Formato de Denominación de Nodos (Node Labels) Formato de Denominación de Barras (Beam Labels)
-
Formato de Denominación de Placas (Plate Labels) Formato de Cotas (Dimension)
7.2.2. ESCALAS GRAFICAS: A la mayor parte de los gráficos en Staad Pro (sean gráficos de cargas, solicitaciones, o deformaciones) se les puede modificar la escala de visualización. Haciendo click en el icono se accede al menú Diagrams [54]. Figura [54]: Menú Diagrams - Scales
En este menú, en la pestaña “Scales” se pueden definir las escalas gráficas de cargas, solicitaciones resultantes del análisis o tamaño de los iconos de los supports. NOTA: A partir de la versión 2005 el Staad Pro incorpora una forma muy fácil y rápida de modificar las escalas, ya sea de cargas o gráficos de solicitaciones: esto se hace manteniendo apretado CTRL y moviendo la rueda central del mouse.
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7.2.3. VISTAS DE LA ESTRUCTURA: El modelo se puede rotar y ver desde cualquier ángulo mediante los cursores bien mediante el los iconos de la barra View:
Vistas: - frontal - posterior - izquierda - derecha - superior - inferior - perspectiva
Giros según diferentes ejes
Regenera Todo
Distintos tipos de zoom
Desplazar vista (PAN). También se puede hacer manteniendo presionado el botón central del mouse
←↑→↓
ó
Vista renderizada en 3D
Otra opción muy útil es la de poder ver en el modelo las secciones asignadas a las barras. Para esto hay que entrar al menú Diagrams mediante el icono y en la pestaña “Structure” [55], en el recuadro “3D Sections”, se puede elegir entre ver las secciones del modelo llenas (Full Sections) o solo sus contornos (Sections Outline). Figura [55]: Menú Diagrams
-
En éste mismo menú también se puede: Modificar los colores de los elementos de barras y placas (Colors) Elegir el color del contorno de los elementos (Section Outline) Elegir el color de selección (Selected Entities) Ver como objetos opacos a las placas (Fill Plates/Solids/Surface) Ocultar aquellos elementos que no se verían por estar detrás de otros (Hide Plates/Solids)
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8. ANÁLISIS/PRINT: Para que el Staad Pro analice la estructura previamente al análisis se debe incluir siempre el comando PERFORM ANALYSIS. Para incluir dicho comando al análisis se debe hacer click sobre la pestaña “Analysis/Print” ubicada a la izquierda de la pantalla como se indica en la figura [56]. Esto abre el menú “Analysis/Print Commands” [57] donde se puede apreciar en el recuadro “Print Options” las distintas opciones a ser incluidos en el Output Las distintas opciones en este caso son: - No Print: no incluye ningun resultado - Load Data: incluye los datos de las cargas. - Statick Check: incluye una sumatoria de las cargas aplicadas y reacciones así como también una sumatoria de momentos de las cargas y reacciones en torno al origen de coordenadas. - Static Load: incluye todo lo del Statick Check más una sumatoria de todas las fuerzas internas y externas en cada nodo - Both: es equivalente a las opciones Load Data más Statick Check. - All: es equivalente a las opciones Load Data más Statick Load. una vez elegida la opción de Output, se debe hacer click en ADD. NOTA: como se puede apreciar se tienen varias opciones, pero prácticamente, a excepción de grandes modelos, se utiliza en la mayoría de los casos el comando “ALL” Figura [56]
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Figura [57]: Perform Analysis Print All
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Los comandos recién mencionados introducen al OUTPUT del Staad Pro una serie de chequeos de sumatoria de fuerzas y momentos o de estabilidad del modelo, pero no incorporan gran información sobre el ingreso de datos del modelo o los resultados del análisis. Para incorporar dichos datos al OUTPUT se puede proceder de la siguiente forma: - Para incorporar datos del ingreso del modelo se debe ir a la pestaña “Pre-Print” y luego hacer click en “Define Commands”. En el menú de pre-print [58] se pueden seleccionar alguno de los datos de ingreso, como ser coordenadas de nodos, secciones y materiales de elementos, etc. O bien, lo que es más práctico, se puede pedir que incorpore todos los datos de ingreso haciendo click en la pestaña ALL y luego presionando Add. - Para incorporar resultados del análisis se debe ir a la pestaña “Post-Print” y luego hacer click en “Define Commands”. En el menú de post-print [59] se pueden apreciar una gran variedad de resultado que se pueden añadir al OUTPUT, solo basta con seleccionar la pestaña correspondiente y apretar “Add”. Figura [58]: menú de Pre-Print
Figura [59]: menu de Post-Print
Por último, para procesar el modelo, se puede proceder de 3 formas: 1 - ir al menú Analyze en la parte superior de la pantalla y ejecutar “Run Analysis” 2 - presionando F9 3 - presionando CTR+F5
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9.
POSTPROCESSING: Así como el modo “Modeling” es el utilizado para generar y modificar el modelo, el modo “Postprocessing” es el utilizado para visualizar los resultados del análisis. Para pasar al modo Postprocessing (el modelo debe estar ya analizado) basta con hacer click en la pestaña superior que lleva su nombre. Al pasar al modo Postprocessing lo primero que nos aparece es la ventana Results Setup [ 60] donde se seleccionan los estados o combinaciones de carga sobre los que se desea ver los resultados. Nótese que de haberse definido una Envolvente de Cargas (ver ítem 6.) ya aparecen seleccionadas las cargas de dicha envolvente. Figura [60]: Results Setup
Si bien hay muchas formas de visualizar los resultados del análisis, a continuación mostraremos algunas de las más prácticas:
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9.1. DESPLAZAMIENTO DE NODOS:
Haciendo click en la pestaña Node y luego en Displacement aparece el cuadro de Desplazamiento de Nodos [61] donde podemos ver cada nodo con sus desplazamientos y giros, o bien ver un resumen de los máximos y mínimos de todo el modelo (pestaña Summary). Figura [61]: Cuadro de Desplazamiento de Nodos
NOTA: para cambiar las unidades de éste cuadro ver 7.2.1. (opción Force Units)
Otra forma práctica de ver los desplazamientos de nodos es mediante la herramienta VIEW VALUE [62] ubicada en el menú Results en la parte superior de la pantalla. En la pestaña “node” de esta herramienta se puede elegir visualizar los deplazamientos de los nodos en cualquiera de las tres direcciones o bien su resultante. Figura [62]: View Value - Node
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9.2. REACCIONES:
Para visualizar las reacciones del modelo basta con ir a la pestaña “Reactions” ubicada en la pestaña “Node”. En la Tabla de Reacciones [63] se pueden apreciar las reacciones para cada nodo restringido, un resumen de los máximos y mínimos (Summary) y una envolvente (Enveope). Figura [63]: Tabla de Reacciones
Muchas veces la proximidad entre nodos restringidos hace que la lectura de las reacciones en la pantalla se dificulte debido a la superposición de sus valores. Una forma práctica de visualizarlo es utilizando el comando VIEW VALUE – Reactions [64]. Figura [64]: View Value – Reactios
Este comando nos permite: - Mostrar u ocultar las reacciones en las direcciones que deseemos - Mostrar una flecha a escala con la dirección y sentido de la reacción (activando la casilla Show Line)
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9.3. SOLICITACIONES EN ELEMENTOS DE BARRA:
Para visualizar las solicitaciones en los elementos de barra vamos a la pestaña “Beam” y luego a la pestaña “Graphs” ubicadas a la izquierda de la pantalla. En la pantalla se puede apreciar el modelo en una ventana central y las distintas solicitaciones (Momento, Corte y Normal) en las ventanas ubicadas a la derecha de la pantalla. Estas ventanas se actualizan automáticamente al seleccionar un elemento de barra, mostrando las solicitaciones del mismo. Presionando el botón DERECHO del mouse sobre una de éstas y eligiendo la opción “Diagrams…” se puede seleccionar el tipo y color de la solicitación a mostrar [65]. Figura [65]: tipo y color de diagrama
Otra forma práctica de visualizar solicitaciones en elementos de barra es haciendo doble click sobre el elemento en cuestión y en la ventana de propiedades del elemento [66] ir a la pestaña “Shear Bending”. Allí se pueden visualizar los gráficos de momento o corte y sus valores a distintas distancias del nodo inicial de la barra. Figura [66]: cuadro de propiedades del elemento de barra
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9.4. SOLICITACIONES EN ELEMENTOS DE PLACA
Las solicitaciones de los elementos de Placa se pueden visualizar yendo a la pestaña “Plate” y luego a “Contour”, o bien haciendo click en el icono En la figura [67] podemos apreciar el cuadro “Diagrams”. En el recuadro “Stress type” se tiene un menú desplegable en el cual se elige el tipo de solicitaciones a mostrar, como por ejemplo: - Global Moment: momento con respecto a los ejes globales - Mx , My: momento con respecto a los ejes locales - SQx , SQy: tensiones de corte - Base Pressure: tensión sobre los apoyos tipo “foundation” Figura [65]: cuadro “Diagrams”
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Otra forma de visualizar las solicitaciones en elementos de placa es mediante el comando “Results Along a Line” ubicado en la pestaña “Plate”. Este comando permite visualizar un corte de la estructura con sus solicitaciones en un gráfico bidimensional. Los cortes sobre la estructura pueden indicarse definiendo un plano o una línea de corte.
Figura [68]: Cuadro Results Along a Line
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ARMADO DEL REPORTE:
9.5.
El reporte sirve para hacer una salida formal del ingreso de datos y resultados del análisis. En el mismo se pueden incorporar entre otras cosas: -
INPUT: Coordenadas de nodos Incidencia de barras y placas Materiales Secciones Supports Estados básicos y combinaciones de carga OUTPUT: Desplazamiento de nodos Tensiones en placas Esfuerzos en barras Reacciones GRAFICOS: se puede incorporar cualquier pantalla del Staad Pro. Solo basta con apretar el icono y el Staad Pro toma como una fotografía para incorporar al reporte. o
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Para ingresar al setup del Reporte hacemos click en la pestaña “Report” y aparece el menú “Report Setup” [69] donde se definen todas las características del mismo. Figura [69]: Report Setup
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