Lineal and Nonlinear Analysis of Structures
INTRODUCTION Perform 3D V.5
First Steps to User (Not Nonlinear Analysis) By: MSc Aneuris Hernandez Velez Dealer of Puerto Rico
(Introduction Example to Linear Analysis) 1
Exportando desde el SAP2000 v14.2.4 al PERFOMR 3D v5 Para los usuarios más familiarizados con el Programa SAP2000 existe la alternativa de crear el modelo en SAP y llevarlo al programa PERFORM. Es importante tener en cuenta que solo la geometría, propiedades de materiales, secciones de los elementos y las cargas podrán ser exportadas desde el programa SAP2000. A continuación se ilustra el siguiente modelo creado en el SAP.
10 LBS/FT LIVE 25 LBS EQX
Antes de exportar el modelo es necesario correr el análisis.
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El programa muestra una serie de definiciones que son tomadas en cuenta en la transferencia al PERFORM. En este ejemplo exportaremos a la versión 5 y guardaremos el archivo a la carpeta que este por defecto.
Una vez hemos transferido el archivo presionando el botón “Transfer”, procedemos a abrir el archivo directamente desde el PERFORM.
Importando desde el PERFOMR 3D Para traer el archivo procedemos a ejecutar el PERFORM, seleccionando la opción.
En esta opción debemos seleccionar el archivo “Sap2Perf”
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El programa procede de inmediato a traer el archivo desde SAP, observe que las unidades son lb-ft, las cuales ya habían sido especificadas en SAP2000.
Esta información no se puede modificar. Las unidades mostradas son unidades bases. En la definición de propiedades es posible usar otras unidades, pero serán convertidas a las Unidades bases.
Esta información se puede cambiar. Note que es posible especificar al programa un límite mínimo en que dos nudos pueden separarse uno del otro. Lo cual también determina el tamaño mínimo que podrá tener un elemento en el modelo. Si ya hay nudos existentes como es el caso estos no son afectados, solo aplica para nuevos nudos. Otra opción disponible es la de guardar el modelo cada cierto tiempo automáticamente.
El PERFOR 3D tiene varias maneras de acceso a los comandos, la barra de menú es una manera y la barra de herramientas es la otra manera. La manera más cómoda de usar el programa es a través de la barra de herramientas.
Cuando trabajamos en el PERFORM, básicamente tenemos dos fases de trabajo, que son la “Fase de Modelo” y la “Fase de Análisis”. En este ejemplo solo vamos a trabajar con la fase de Modelo.
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Trabajando en la “Fase de Modelo” Al seleccionar la Fase de Modelo, se despliegan los iconos exclusivamente asociados a los comandos necesarios para el desarrollo del modelo analítico. Estos comandos serán descritos a continuación. 1. El símbolo “Sombrilla” Este símbolo despliega la información general del modelo. Note que es el mismo recuadro que aparece cuando iniciamos el modelo.
2. El símbolo “Cuatro Nodos” Este símbolo contiene varias pestañas: Nodos, Soportes, Masas y Restricciones (Slaving) La pestaña “Nodes” incluye la definición de líneas de referencias, Movimiento de nudos, borrar nudos, duplicar nudos, interpolar y crear nuevos nudos. La pestaña “Supports” es usada para definir las restricciones de apoyos. La pestaña “Masses” muestra las masas concentradas en los nudos. La pestaña “Slaving” es usada para colocar diafragmas e iguales desplazamientos entre nudos.
Estas son las opciones de vista del PERFORM.
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3. El símbolo “Diagrama de Fuerza vs Deformación” Este símbolo es usado para definir las propiedades “Lineales y No Lineales” de los componentes estructurales, materiales, resistencia y composición de componentes.
Note que cuando importamos un modelo desde SAP2000 debemos especificar que la sección es “No estándar”.
Al seleccionar la sección w18x50 aparecen las propiedades de la sección en el recuadro de la derecha, estas propiedades y dimensiones son importadas desde el SAP2000. A fin de asignar las propiedades no lineales a la sección seleccionamos la pestaña “inelastic”
Es posible visualizar los componentes lineales y no lineales a través de la pestaña “Compound”
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4. El Símbolo “Pórtico Plano” Este despliega opciones para agregar, agrupar, orientar los elementos. Muestra el grupo de Columnas
Si presionamos cambiar se Muestra el grupo de Vigas
Si se requiere visualizar las propiedades de los componentes, es necesario hacer un click en la pestaña “properties” Para visualizar las propiedades de un elemento primero debemos especificar el grupo y luego seleccionar el elemento con un simple click.
5. El símbolo “Dos Pórticos en 3D” Es usado para generar vistas en elevaciones y en planta. 6. El símbolo de “Cargas” Este es el último símbolo relacionado a la importación desde SAP2000, el cual muestra las cargas importadas. La carga puntual lateral se puede visualizar en la pestaña “Nodal Load” y la carga distribuida sobre la viga se puede visualizar en la pestaña “Elemento Load”. Hay cargas puntuales de aceleración que deben eliminarse ya que no son de interés.
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Iniciando el Modelo Anterior desde Cero en el Perform 3D
I.
Información y Unidades al Iniciar un Nuevo Modelo
GEOMETRIA I.
Definiendo los Nodos y su Referencia Es una estructura vertical Grados con relación al Origen Coordenadas desde el Origen Numero de Espacios entre Columnas y Número de Pisos Ancho entre Columnas y Altura del Piso
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II.
Definiendo los Soporte
Seleccionar primero la junta donde vamos a colocar el tipo de apoyo. Especificar los grados de libertad.
Presionar el Botón “Test” y “OK”.
Se puede apreciar que el nudo aparece con el símbolo empotrado. Repetir el mismo procedimiento con el apoyo derecho, dejando las rotaciones libres.
Se puede apreciar el nudo aparece con el apoyo fijo. Note que los grados de libertad en los nudos son: V Plano Pórtico H1
H2
III.
Definiendo las Masas en los Nudos
Nueva Masa
Especificar las Masas de Traslación, en unidad de Peso
Seleccionar las dos juntas superiores y Presionar el Botón “Test
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Propiedades de los Componentes Definiendo la Sección Estándar para los Elementos
I.
Asignar un Nombre a la Sección
II.
Especificar que la sección será obtenida del listado del AISC y Buscar la sección deseada
III.
Computar el Modulo de Cortante haciendo Click en “Check” y luego presione “Save”
IV.
Repetir los mismos pasos desde el V hasta el VIII para definir la sección de las Columnas
V. Ensamble de los Componentes A. Componente Viga Presione “New” Escriba el Nombre “BEAM” Presione “OK” Colocar la Siguiente Información:
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Introducir el peso del elemento por ft lineal.
Presionar “Check” y luego “Save”
B. Componente Columna Para la Columna repetir el mismo proceso anterior
Agregando los Elementos al Modelo y Creando Grupos I.
Definiendo un grupo para el Elemento Viga New
II.
Definiendo un grupo para el Elemento Columna New
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III.
Agregando los Elementos Seleccionar el Grupo “BEAM” y “Straight”. Seleccionar las dos juntas en el tope del pórtico. Seleccionar “Test” y luego “OK”.
Seleccionar el Grupo “COLUMN” y “Grid”. Seleccionar las cuatro juntas del pórtico, primero las dos inferiores y luego las superiores. Seleccionar “Test” y luego “OK”.
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IV.
Definiendo la Orientación de los Ejes locales
Primero con el grupo vigas
Seleccionar la viga con un Click Especificar la orientación Test > OK Realizar el mismo proceso para las dos columnas, seleccionando las dos columnas. La orientación debe ser
V.
Asignando el Componente Previamente definido a los Elementos, como la propiedad que deberá tener cada elemento. Presionar “Asignar Componente” Seleccionar el Tipo y el Nombre
Seleccionar las dos Columnas Para mostrar las propiedades del componente “Show Properties” Luego presione “Close” Ahora puede asignar el componente a las columnas seleccionadas Realizar el mismo proceso para el componente de la “Viga”
Trabajando con las Cargas I.
Carga Lateral Sísmica en el Nudo Con la Pestaña “Nodal Load” seleccionada, presionar “New” Colocar “Quake” para nombrar el patrón de carga y presionar “Ok” Seleccionar la Junta superior izquierda y en el recuadro “H1 Force” colocar el valor 25 lbs. Presionar “Test” y luego “Ok”.
II.
Carga Uniforme sobre la Viga Seleccionar la pestaña “Element Load” y “New” Llamar al patrón de carga con el nombre “Live” y presionar “Ok” Especificar a qué grupo de Elementos Previamente definido se deberá asignar dicha carga, en este caso será a las vigas. 14
III.
Seleccionar la viga, y presionar “Done” Luego ir a la pestaña “Add Load” y colocar la siguiente información:
Presione “Test” y luego “Ok”
Considerarando el Peso “Propio” Seleccionar la pestaña “Self Weight” y presionar “New” Escribir el Nombre del patrón “DEAD” y presionar “OK” Especificar que se trata del peso propio del grupo “Viga” y seleccione la viga. Presione “OK” Luego cambien al grupo de “Columnas”, seleccione las columnas y presione “Ok” Si presionamos “Ploats Loads” podremos visualizar las cargas del peso propio aplicado en los nudos. Estas cargas van a depender del peso de los elementos, por tanto si el peso cambia también cambiaran estas cargas.
Trabajando con la Fase de Análisis Setear los casos de Carga
I.
Caso de Gravedad Colocar en el Tipo de Carga “Gravity” Presionar “New” Colocar en el nombre “Live Load” y Presionar “Ok” Asegurarse que el tipo de análisis sea “Lineal” Agregar el patrón de carga como sigue:
Al presionar “Add” el patrón será automáticamente agregado. Presionar “Save” para guardar el caso de gravedad creado
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II.
Ejecutar el Análisis Presionar el Comando de Análisis “Run Analisys” (No quiere decir que estas ejecutando el análisis). Verificar que la corrida esté libre de errores presionando “Check Structure” Crear la seria que corresponde al caso de carga viva, en adición vamos a especificar algunos parámetros para el análisis modal y presionar “Ok”
Agregar el caso de análisis y presionar “GO”
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III.
Verificando los resultados del Análisis 1. Formas Modales de Vibración
2. Diagrama de Momento y Cortante
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About of Author The Engineer Aneuris Hernandez Velez completed his undergraduate degree from the Universidad Nacional Pedro Henriquez Ureña (UNPHU) in 2004. His thesis is entitled "Structural study based on a comparison of the static response, linear and nonlinear towers located in Santo Domingo." Later earned a Masters in Structural Engineering in 2009 with her project entitled "Seismic Assessment and Rehabilitation of Existing Structures" which was published as "journal" in the Polytechnic University of Puerto Rico, primarily focused on the analysis "Pushover" no linear. Also currently works as an engineer in the Highway and Transportation Authority of Puerto Rico in the Office of Bridge Engineering, performing analysis, design, inspection and rehabilitation of bridges. The Aneuris engineer has worked as an administrator and supervisor of projects such as bridges, roads and walks. He has also taught courses and seminars for structural engineering design software using the most powerful on the market "ETABS, SAP2000 and SAFE." Currently Authorized Dealer of CSI in Puerto Rico.
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