Curso ETABS Mineria Febrero 2014

transcript

ETABS versión 9 Extended 3D Analysis of Building Systems

Fernando Monroy Miranda*

Con dedicación a los asistentes y de manera especial

a mi maestro Julio Damy Rios (QEPD)

febrero del 2014

*Profesor de la Facultad de Ingeniería de la UNAM Departamento de Estructuras, División de las Ingenierías Civil y Geomática;

Facultad de Ingeniería, Circuito Escolar, Cd. Universitaria, México, D. F., 04510 Tel.: (55) 5622-8002, ext 1204

email: fernando-monroy@comunidad.unam.mx

Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Ingeniería

Una herramienta (programa de computadora)

para Análisis y Diseño de Estructuras

modeladas con elementos finitos

Breve reseña histórica

TABS (1970´s)

SUPER–ETABS (1980`s) Computadoras grandes y Microcomputadoras

ETABS (1980-1990) Microcomputadoras (PC´s)

Grandes ventajas en los problemas de análisis de marcos planos y tridimensionales (orientado a estructuras de

edificios).

Fortran-77

Análisis Estático y Dinámico

Desventajas

Entrada de datos por archivo (editores de texto rudimentarios)

Salida a archivos (gran cantidad de resultados numéricos)

No gráficas (no deformada, deformada, modos de vibración, diagramas de elementos mecánicos, etc.)

Errores, interpretación de resultados muy tediosa

ETABS (2000-2014, computadoras personales)

Interfaz gráfica de usuario (ventanas múltiples, menús, ayudas, utilerías, etc.)

Análisis no lineal (comportamiento y geometría), secuencias constructivas,

elementos de protección sísmica (aisladores de base, amortiguadores, etc.)

Gran rapidez en su ejecución (estructuras modeladas con EF y análisis

dinámico lineal y no lineal).

“Diseño” de elementos de concreto (vigas, columnas, diagonales, muros, etc.)

y acero.

Importación, exportación de datos y resultados a otros programas (Autocad,

Revit, SAP2000, SAFE – detallado de elementos, generación de “planos” de

detalle en formatos dxf y dwg –)

• Capacidad para resolver problemas “ilimitada”

• Gráficas de no-deformadas, deformadas y diagramas de elementos mecánicos

• Varios posibles elementos finitos

a) Elemento 3-D “Frame” (Marco)

b) Elemento 3-D “Shell” (Placa)

c) Elemento 2-D “Asolid”

• Elemento frontera con resortes (apoyos)

• No hay restricción en la combinación de diferentes tipos de elementos

• Se pueden modelar vigas, armaduras, marcos, estructuras irregulares (planta, elevación)

• Edificios (diagonales, muros, sistemas de piso, volados, rampas, escaleras, cimentación, etc.)

•Resultados en bases de datos accesibles desde el programa

•Animaciones (deformada, modos de vibración, análisis paso a paso, etc.)

Instalación, pruebas y producción

Ejecutar instalador (Setup)

Configuración automática por el programa instalador

• Pruebas al sistema

• Ejecutar los ejemplos disponibles

• Comparar los resultados obtenidos y los disponibles

• Ejecutar ejemplos en que conozcamos sus soluciones

• Producción y comprobaciones

• Estructuras cuya solución se desee conocer • Verificar datos

• Observar orden de magnitud de los resultados obtenidos

• La estática siempre se debe de verificar (Ley)

Cuidados y recomendaciones

• Conectividad, la unión o conexión entre los diversos elementos o partes de la estructura es a

nivel de nudos (externos, internos), la estructura continua se discretiza en una serie de elementos

(elementos finitos).

• Barra (frame), dos nudos.

• Planos (shell, wall), tres, cuatro o más nudos.

• Nlink

• Condiciones de borde o de frontera (restricciones o apoyos)

• Simples (empotramiento, deslizante, etc.)

• Resortes

• Posición de los elementos en la estructura • Ejes locales

• Ubicación

• Orientación (nudos extremos)

• Verificación: Dimensiones globales, unidades, forma y dimensiones de la sección transversal

de las barras (columnas, trabes, diagonales).

• Forma de trabajo de los elementos • Transmisión o liberación de algún tipo de elemento mecánico

• Parámetros de diseño (vigas, columnas)

• Tipo y magnitud de las fuerzas • Sistemas de fuerzas separadas (pp, scm, cvmax, cvinst, etc.)

• Comprobación manual (gruesa) a través de la resultante

• Combinaciones de carga

• Masas en el modelo • Masas provenientes de las condiciones de carga

• Masas adicionales

• Masas rotacionales (diafragma rígido)

• Resultados • Detectar partes de la estructura que no estén conectadas

• Revisar forma de la elástica para cada condición de carga

• Revisar formas modales (solicitarlas aunque no se requieran)

• Detectar posibles errores en unidades o dimensiones de los elementos • Analizar orden de magnitud de los desplazamientos máximos

• Detectar posibles errores en el sentido y magnitud de las fuerzas • Revisar reacciones (magnitud, dirección, resultante)

• Revisar forma y orden de magnitud de los elementos mecánicos

Ningún programa de computadora sustituye al buen juicio del ingeniero

Basura entra, basura sale

Si no se sabe como utilizar alguna opción o módulo del programa, qué o cómo lo está haciendo es conveniente

hacerle pruebas exhaustivas, sino mejor no utilizarlo

Ejemplos

Geometría y cargas de la viga del ejemplo V.1

20 20 40 252.5 4 2 2

30 3 252.5 3 (m)

2 T/m1.75

8 Ton 5 Ton2 T/m

16 Ton

4 T-m5 T-m

30 40 30 2020 40 25 25

3 4 3 2 2 4 2.5 2.5

2 28 5 16

3.2D.F.C.

D.M.F.

(Ton-m)

Fuerzas resultantes y diagramas de elementos mecánicos, ejemplo V.1

Geometría y cargas de la viga del ejemplo V.2

2050(m)

x 431 2

50 5 20 260 3

Considere: Viga 70 50 cm (figura

V.2b), concreto E = 190,000

Kg/cm2 , = 0.18, = 2.4 Ton/m3

Fuerzas de la segunda condición de carga, viga del ejemplo V.2

Viga hiperestática, ejemplo V.3

10 Ton

4 Ton/m

4 Ton 4 Ton

1 31 2 4

30 30 20 20 20 601.5 m 1.5 m 1 m 1 m 1 m 3 m

Considere: sección 50 70 cm, concreto

E = 190,000 Kg/cm2 ,

= 0.18,

= 2.4 Ton/m3 .

30 30 60 60 30 302 m 2 m 4 m4 m 2 m1 432 5

EI = cte L = cte

7.86 16.30

1 432 5

( + ) ( + ) ( + )

( ) ( ) ( )

Diagrama de momentos flexionantes de la viga del ejemplo V.4.

2 5 5 33

2.51.5

EI = constante

606.5 20 2 15 151.5 1.7 252.5 30 3252.5151.3

Marco isostático, ejemplo M.1

15 25 30

32.51.5

EI = Constante

10 Ton

0.5 Ton/m

2 Ton/m 4059

2.24 5.30

0.27 4.44

6.3415.82

19.64 18.17

EI = Constante Momentos en los extremos de las barras del marco del ejemplo M.2.

Marco hiperestático, ejemplo M.2

Marco del ejemplo M.3.

33 T 5 T/m

2550 25

1I 2I1I

5 m 2 m 4 m 808 m

( + )( + )

3.0 2.5

Diagrama de momentos, marco

del ejemplo M.3.

Marco del ejemplo M4

3 T/m10 Ton 2.25 T/m

25 353.252.5

50 70 50 5 6.5 4.5

12 Ton

15 Ton

Vigas 1er piso 30 70 cm., Vigas 2do piso 30 55 cm.

Columnas exteriores 65 65 cm. Columnas interiores 50 50 cm

, E y constantes. Cargas 1er Peso propio, 2do Vertical, 3a Lateral

1.46 T/m

3.93 T/m

2.63 T

4.03 T

EI = cte

80 806 m 6 m

80 805 m 5 mD

I = 3 I = 3 I = 3 I = 3

1.5 T/m

I = 1 I = 1 I = 1

1008 m

Algunos resultados :

MA = 1.891 T – m M4A = 2.769 T – m M76 = 6.54 T – m MB = 0.702 T – m

M5B = 0.585 T – m M3 = 1.87 T – m MC = 1.523 T – m M6C = 2.033 T – m

M1 = 1.935 T – m MD = 2.767 T – m M7D = 6.547 T – m

Marco del ejemplo M.7

65 35 50

1.5 T/m

6.5 3.5 5(m)

E = 215 000 Kg/cm2 , = 0.18, = 2.4 Ton/m3

Columnas = 60 cm, Trabes 30 60 cm

757.5 m 606 m

Columnas extremas 50 50 cm.

Columnas interiores 40 40 cm.

Trabes 30 50 cm.

Ton4.2

kg000,230E

Fuerzas laterales sobre el marco del ejemplo M.8.

1.5 T/m

5 T 5 T

Fuerzas verticales sobre el marco del ejemplo M.8.

80 807.25 m 6.18 m 8080 805.75 m 5.5 m 6.2 m

50704 m

2.5 T/m

1.5 T/m

Columnas extremas = 80 cm., Columnas interiores 40 60 cm.

Trabes 30 60 cm.

f ’c = 250 kg/cm2 , E = 14,000 f ’c

= 0.2, = 2.4 Ton/m3

Armadura del ejemplo A.2

3 T804 m

2 T80 804 m 4 m

Material: Acero

Secciones: todas 2 ángulos 3” 3” ½” separación ½”

5.00 7.07

804 m4 m

Fuerzas axiales, armadura del ejemplo A2.

452 m 2 m2 T

2 m2 T

2.001.00

2.83 1.41

6 T3 T

40404 m

30 30 30 30 30 30 303 m3 m 3 m3 m3 m3 m3 m

6 T3 T

3.18 3.18

4.11 3.91

5.36 3.57

2.38 2.98

1.79 3.58 3.585.36

30 30 30 303 m 3 m 3 m 3 m 303 m303 m 303 m

Fuerzas axiales y reacciones en la armadura del ejemplo A.4.

10 T 15 T

20 T 30 T

402520 ft

3108 @ 30 = 240 ft

10 T 15 T

20 T 30 T

35.83 2.92

113.53

20.83 81.255.

30 5.30

102.16 102.16

74.84 32.92

46.55 2.92

Fuerza axial en las barras de la armadura del ejemplo A.5.

40 40 40

a = 2.5 m

Resultados para el ejemplo A.6 (1ª. Condición de carga).

5.00 5.00

410.54

13.3313.33

Resultados para el ejemplo A.6 (2ª. Condición de carga).

50 50 50

3 m 3 m 3 m

0.142 0.423 2.54

+ 0.20

- 0.423

+ 0.21

- 2.82

- 1.56

+ 1.02+ 0.88 + 0.88 + 1.18

- 1.18

Armadura del ejemplo A.7.

Fuerza axial en las barras de la armadura del ejemplo

A.7 para la hipótesis de nudos articulados

c1 c1 c1

c3 c3 c3

v2 v2 v2

v2 v1 v2

v1 v1 v1 v1

60 6 757.5 656.25

1 2 3 4

Planta

Edificio del ejemplo E.1

60 75 65 6 7.50 6.25 (m)

Geometría y dimensiones para el edificio del ejemplo E.1.

Material: Concreto = 2.4 T/m3 E = 213,000 kg/cm2 = 0.2

Columnas Vigas Cargas pisos 1 y 2 w = 0.9 T/m2

C1 50 50 cm V1 35 70 cm

C2 40 60 cm V2 35 50 cm Azotea w = 0.8 T/m2

C3 = 50 cm

Elevación

Edificio del ejemplo E.2

50 60 60 5 6 6

Planta

35303.0

Elevación

Columnas = 70 cm. 50 80 cm. Condiciones de carga

1ª. Peso propio

Trabes en x; 30 60 cm. 2ª. C. M. adicional 400 kg/m2

Trabes en y; 30 70 cm. 3ª. C. V. 250 kg/m2

4ª. Sx (Aplique las fuerzas en el C. M. de cada piso). 5ª Sy (Aplicadas en el C. M. de cada piso,

respectivamente).

Marco del ejemplo D.1

Columnas 40 40 cm concreto

Trabes W 30 108 acero

A = 0.0205 m2

Condiciones de carga

1ª- Peso propio

2ª. = 2 T/m en trabes.

3ª Sismo en x

Peso total

Columna 10 x 3.5 x 0.4 x 0.4 x 2.4

= 13.44 Ton

Trabes 5 x 0.0205 x 6 x 7.83

= 4.82 Ton

W = 18.26 Ton

Del diagrama de fuerza axial

Axial columna Base = 9.12 x 2 = 18.24T

2ª Condición

Wz = 5 x 6 x 2 = 60 Ton

del diagrama de fuerza axial

Axial columnas pb = 2 x 30 = 60 Ton.

Condiciones de carga

1ª- Peso propio

2ª. = 2 T/m en trabes.

3ª Sismo en x

24.3624.40

306.25 Ton-m

11.78 m

42.92 42.92

Algunos resultados para la tercera condición de carga, ejemplo D.1

3a. Condición

Fx = 26 – 26 = 0

Fy = 0

Mbase = 306.25 – 24.40 – 24.36 – 42.92 (6)

= 386.25 – 306.2 = 0

80 806 m 6 m

2019 2221 2423

3837 4039 4241

2625 2827 3029

3231 3433 3635

6 m 6 m 6 m

50704 m

Dimensiones del marco del ejemplo D.2.

Columnas extremas = 80 cm.

Columnas interiores 40 60 cm.

Trabes 30 60 cm. 2.0

kg/cm250'

'000,14

wsismo = 800 kg/m2 (por nivel)

ancho tributario = 8 m

10.5 T

17.5 T

Fuerzas laterales para el marco del ejemplo D2.

Muros demampostería

Muros de concreto

45 45 45

5 5 5 (m)

Geometría del marco, ejemplo D.3.

Columnas extremas 40 40, columnas intermedias 70 70, muro de mampostería e = 15 cm, muro

de concreto e = 20 cm, concreto f ’c = 250 kg/cm2, E = 14,000 f ’c; = 2.4 Ton/m3, = 0.2,

mampostería de tabique rojo recocido mortero tipo I (usar las NTC del RCDF-04). Modele los

muros con elementos finitos planos, por ejemplo, de 1 1 m.

Curso ETABS Mineria Febrero 2014

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