E3 Tutorial SAP2000 estructuras

FACULTAD DE INGENIERIA - UNLP CTEDRA ESTRUCTURAS IV (C108)

TUTORIAL MANEJO SAP2000

AUTORES: BISSIO, Juan Francisco SCIARRETTA, Santiago

UNLP - Facultad de Ingeniera TUTORIAL MANEJO SAP2000

Ctedra de Estructuras IV Pgina 1 de 54

INDICEDECONTENIDOS 1. INICIOYAJUSTESBSICOS .................................................................................................22. DEFINICINDEMATERIALES ..............................................................................................43. DEFINICINDEESTADOSSIMPLESDECARGAS .................................................................64. COMBINACIONESDEESTADOSSIMPLES............................................................................75. DEFINICINDEUNMODELODEBARRAS...........................................................................85.1.DefinicinGeomtricadeunModelodeBarras ............................................................85.2.DefinicindeSeccionestipoFrame...........................................................................105.3.ConvencindeEjesLocalesenBarras ..........................................................................125.4.AplicarCondicionesdeBorde. ......................................................................................135.5.IngresodeCargasEstticas..........................................................................................155.5.A.CargasConcentradas ............................................................................................155.5.B.CargasDistribuidas. ..............................................................................................16

5.6.Resolverelmodeloyvisualizarresultados. ..................................................................175.7.ObtencinderesultadosmediantetablasexportablesaExcel. ..................................215.8.AplicacinaproblemasdeDinmicayAccinSsmicaAnlisisModalyEspectral...225.8.A.AnlisisModal .......................................................................................................225.8.B.AnlisisEspectral...................................................................................................29

6. DEFINICINDEUNMODELODEELASTICIDAD2D ...........................................................336.1.Definicindeunelementotipo2D ...............................................................................336.2.DefinicinGeomtricadeunModeloen2D.................................................................336.3.AplicarCondicionesdeBorde. ......................................................................................366.4.IngresodeCargasEstticas..........................................................................................376.4.A.CargasConcentradas ............................................................................................376.4.B.CargasDistribuidas ...............................................................................................38

6.5.Resolverelmodeloyvisualizarresultados. .................................................................406.5.AObtencindelaDeformada/DesplazamientosNodales........................................406.5.BConvencindeEsfuerzosInternosenelementos. ..................................................416.5.CObtencindelosEsfuerzosInternosenelementosPlanos. ...................................426.5.DObtencinderesultadosmediantetablasexportablesaExcel. ............................43

7. DEFINICINDEUNMODELOCONELEMENTOTIPOPLACA.............................................457.1.GeometrayDefinicionesdepropiedades..................................................................457.2.Aplicacindecargas. ...................................................................................................467.2.A.CargasConcentradas. ...........................................................................................467.2.B.CargasDistribuidas. ..............................................................................................467.2.C.CargasSuperficialesUniformes.............................................................................467.2.D.CargasSuperficialesVariables. ............................................................................47

7.3.Resolverelmodeloyvisualizarresultados. .................................................................517.3.AObtencindelaDeformada/DesplazamientosNodales........................................527.3.BConvencindeEsfuerzosInternosenelementos. ..................................................527.3.CObtencindelosEsfuerzosInternosenelementosPlanos. ...................................53



1. INICIOYAJUSTESBSICOSAbrirelProgramaeiraFile/NewModel.Elegirlasunidadesconlasquesevaatrabajar(ojoquepordefectoaparecenKipsinchF).PonerkNmC.

Existennumerosasmanerasdedefinir lageometradelmodelo, incluyendo varias formaspredefinidas (lasque semuestranen la ventanade la figura),hasta importarladesdeunarchivodwgodxf.Enestecasoutilizaremos laopcindegenerarunagrilladereferencia,picandoenlaopcinGridOnly.Seabreunaventanacomolaquesemuestraenlafigurasiguiente.



Enestecaso,sedesarrollarelmodeloenelplanoXZ,conladireccinverticalenZ.Esconvenientedefinirlodeestamanera, porque SAP2000 aplica por defecto el pesopropioendireccinZ(estopuedesermodificado).Enelejemplo se eligieron 5 grid lines que cortan al eje x,espaciadas1m;yen6gridlinesseparadascada1.50m.Esimportante sealar que las grid lines no limitan lageometradelmodelo,siendosolamenteunherramientaparaeldibujo.Automticamentesegenerandosventanas,conunavistaenperspectivayotraenelplanoXY

ParaverelplanoXZ,picaren laventanade la izquierday luegopicarelbotnxz(flecharoja)yapareceenesaventanalavistaenelplanoXZ.



Elnegrocomocolorde fondoesmuycmodopara trabajarenelmonitor,perono tantopara imprimir (porejemplo,estetutorial).Existenopcionesparacambiartodos loscoloresde visualizacin, pero una forma rpida y simple es acceder a la ventana de DisplayOptions con CTRL+E o bien el icono sealado en la figura siguiente. All se controlabsicamente loque sevisualizaenpantalla.Paracambiar rpidamenteaun fondoblancocon lneas en escala de grises, tildar White Background BlackObjects /OK y quedarcomoenlafigurasiguiente.Paraaplicaratodaslasventanas,tildarApplytoAllWindows2. DEFINICINDEMATERIALESEnelpresente tutorial sedefinirunmaterial tipoHormign,con resistenciaespecificadafc=25MPa(H25s/CIRSOC201).Suspropiedadesson:Pesoespecfico(WeightperUnitVolume)=24kN/m3MdulodeelasticidadE=4700[fc(MPa)]1/2=23500MPa=2.35E7kPaMdulodePoisson:=0.20Paraagregarestematerial:Define/Materials/AddNewMaterialAparecelaventanadelafigurasiguiente,dondeademsdelosdatoscalculadosarriba,hayquedefinirelnombredelmaterial (MaterialName),H25eneste caso,el tipo (MaterialType)queesConcrete(hormign).ChequearquelasunidadesseanlascorrectasenUnits.

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Es conveniente tambin introducir la resistencia especificada del hormign (SpecifiedConcreteCompressiveStrenght,fc)queenestecasoesiguala2500kPa=25MPa.

OK/OKparaterminar.Deestemodopodemos ingresar lacantidaddematerialesqueseannecesariospararepresentarelproblemaqueestamosmodelando.



3. DEFINICINDEESTADOSSIMPLESDECARGASLas cargas sobre el modelo deben separarse de acuerdo a su origen. En este caso,utilizaremossolamentedostipos:Pesopropio(DEAD)ySobrecarga(L).La carga DEAD viene predefinida en SAP2000, y dentro de la misma asignaautomticamente el peso propio de los elementos estructurales en funcin del pesoespecficodefinidoparaelmaterialylasseccionesasignadas.Los estados simples de denominan LOAD PATTERNS. Por lo que en nuestro caso setendrn2LOADPATTERNS(DEADyL)

IraDefine/LoadPatterns(verfiguraalaizquierda,flecharoja)Seabrelaventanadelafiguradeabajo.En el cuadro Load Pattern Name (Figura siguienteInferior), sobrescribir poniendo L. En Type, elegirLIVE.ElcuadroSelfWeightmultiplier (Multiplicadordel Peso Propio) debe ponerse en cero, caso contrario,poner cero.Dichomultiplicadordebe figurar iguala 1sloenelestadodecargaDEAD, (opcinquevienepordefecto),indicandoasqueelprogramaconsidereelpesopropiodelosmaterialesconel100%desuvalor).Luego de hacer todo eso, picar en Add New LoadPattern.DebajodeDEADdebeaparecerelnuevotipodecargasimple.Enestemomentonosedefineningnvalordecarganiseaplican, simplemente se declara el nombre del LoadPatternalque luegoseasignarndiferentescargasenelaplicadasmodelo.

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4. COMBINACIONESDEESTADOSSIMPLESLosestadossimplessecombinanaplicandofactoresacadaunodeellos,paraformarLOADCOMBINATIONS.IraDefine/LoadCombinations(verfigurasiguiente,flecharoja).Ya con la ventana que semuestra a continuacin, picar AddNew Combo (Flecha Rojafiguraizquierdasiguiente).

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En la nueva ventana que se abre (figura anterior derecha), poner un nombre en LoadCombinationName(1),1.2D+1.6Lenelejemplo.LaopcinpordefectoLinearAdd(2)significaquesimplementesumarcadaestadoconsufactordeescalacorrespondiente.Elegir el estado simple DEAD en elmen Load CaseName (3). Sobrescribir 1.2 enScaleFactor(4).PicarAdd(5),y loponeabajo.RepetirconLasignndolefactor1.6.Encasodetenerquecorregir,poner lasopcionesdeseadasen loscuadrosdearriba ((3)y(4)),ypicarModify(5*).Unavezquesefinalizadeagregar/modificarunacombinacindecarga,picarOK(6).5. DEFINICINDEUNMODELODEBARRAS

5.1.DefinicinGeomtricadeunModelodeBarras

Separtirdeunagrilla cuadradade5 x5 Grid linesen xyen z, separadas1menamboscasos.ParadibujarelementostipoFrame(Viga)existendosopciones:

a) IrenlabarrademenaDraw/DrawFrame/Cable/Tendon(verfigurasiguiente).

b) Iraliconoquesemuestraacontinuacin,enlabarraverticaldeherramientasqueseencuentraalaizquierdadelaventanaprincipal(verfigurasiguiente).Picarendichocono



Por cualquiera de las dos opciones, se despliega una pequea ventana con las distintasopcionesquepermiteelegirelprogramapararepresentarelelementoquequeremos.Algunasopcionesinteresantessonlassiguientes: Define/Section Properties (Punto 3 del presente tutorial). Se utiliza par asignar lasseccionesacadabarraqueseestdibujando.Sibienesprcticodefinirlaseccinamedidaquevamosdibujando,esposibleasignarocambiarlasseccionesluegodelcomando.Enestecasohaydos(COLUMNAVIGA).MomentReleases:Dos son lasopciones en este submen.Continuous ypinned. En elprimer caso los extremos del elemento que generemos sern capaces de transmitirmomento.Estaopcinseutilizarparadefinirlascolumnasydinteldeunprtico,demodoque launindeestosdoselementosgenereunnudorgidoquetransmitamomento.SiseeligelaopcinPinned,labarranosercapazdetrasmitirmomentosensusextremos.Estaltimaopcinesutilizadageneralmentecuandosemodelanarriostramientosdeunprtico,olasdiagonalesymontantesdeunavigareticulada.DrawingControlType:esunaayudaparadibujarbarrashorizontales,verticales,conundeterminadongulo,etc.LaopcinpordefectoesNone,lacualnospermitedibujarenelespacioyen cualquierdireccin labarradelmodelo.Estaopcinpermitegenerarbarrascuandonosetienenapriorilosnodosextremosenelmodelo.Ahoraempezaremosagenerar laestructura,correspondienteaunprticodedosniveles,paralocualseguimoslossiguientespasos:Seleccionar Section COLUMNA y dibujar las columnas siguiendo la grilla, separadas 2espaciosenhorizontal (2m)yenaltura2espacios (2m),doscolumnasdedos tramosa laizquierdayunaterceraconeltramosuperiordemediaaltura.Paracortarunacolumnaycomenzarotra,presionarEnterLuegoseleccionarSectionVIGAydibujartramoshorizontalesdevigasyunoinclinadoaladerecha.Elmodeloquedacomomuestralafigurasiguiente.



Una opcin interesante para estructuras regulares, es la opcin replicate, que permitecopiarcuantasvecesserequieraelementosyagenerados.Tenerpresentequevaareplicartodo, es decir no slo la geometra generada previamente, sino tambin las cargas,secciones y otras definiciones que se haya realizado previamente sobre los elementos areplicar.Para activareste comando seleccionarprimero loselementos aduplicar,paraelpresentecasodoscolumnasyunaviga,luegoiralcomandoEDIT/REPLICATE(Ctrl+R)

5.2.DefinicindeSeccionestipoFrame

EnelmendecomandosprincipaliraDefine/FrameSections,enlaventanaqueseabre(ver figura siguiente izquierda)picar en AddNewProperty. Se abreotra ventana (verfigurasiguientedeladerecha),enFrameSectionpropertyTypeelegirConcrete,yelegiruntipodeseccin,porejemploRectangular(tipodeseccinmsutilizada).

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Al picar en Rectangular, se abre la ventana de la figura siguiente. Elegir un nombreSectionName (VIGAennuestroejemplo),Material (H25)yentrar lasdimensiones:AlturaDepth(0.60m)yAnchoWidth(0.25m)Unavez ingresadosestosdatos,sisepicaenSectionPropertiesseaccedeaunaventanacon laspropiedadesde la seccin (rea,Momentosde Inercia,MdulosResistentes,etc).Picando en Set Modifiers, se puede modificar cualquier propiedad de la seccin porseparado,porejemplo,reducirelJporfisuracin.Esunaopcinrelativamenteavanzada.A continuacin se muestra como ejemplo una segunda Frame Section llamadaCOLUMNA,cuadradayde0.40mdelado.



5.3.ConvencindeEjesLocalesenBarras

Rojo=Eje1:Ladireccinessiemprecoincidenteconelejelongitudinaldelabarra.

Blanco (hasta versin v14)/Verde (desde versin v15) = Eje 2: Es el eje en la seccintransversaldemenorinercia(Verfigurasiguiente).

Cyan=Eje3:Eselejeenlaseccintransversaldemayorinercia.(Verfigurasiguiente)

Hayqueprestarespecialatencinaestosdosltimosejes,yaquedeellosdependedesilaseccinestorientadacorrectamenteencuantoasumayoromenorinercia.Paraverificarlaorientacindelassecciones,sepuedeactivarunavistarenderizada.Seabrela ventana de Display Options con CTRL+E y en General se tilda Extrude View.Tambin es conveniente setear la vista en 3D. Aparece una vista como la de la figurasiguiente,confirmandoquelasseccionesestnbienorientadas.Enelejemplosemuestraalaizquierdaelprticoconlaorientacindeseada,mientraqueenlafiguradeladerechasemuestra elmismo prtico con una barramal orientada (presenta sumenor inercia en elplanodelprtico)

Ejes hastaversinv14 Ejesdesdeversinv15

Rojo:1

Blanco:2

Cyan:3

Rojo:1

Verde:2

Cyan:3

OrientacinCorrecta

Barramalorientada

OrientacinIncorrecta



Encasodesernecesariorotarlaseccindealgunabarra,comoseraelcasodelejemplodela figura anterior de la derecha, solamente es necesario seleccionar las barras malorientadasy luego iralcomandode labarrademenAssign/Frame/LocalAxes.En laventana que se abre, cambiar el Angle inDegrees de 0 a 90 y dar OK (Ver figurasiguiente).

5.4.AplicarCondicionesdeBorde.

Seleccionar losnodosen losquesevayaaaplicarunamismacondicindeborde.Paraelpresentecasoseconsideraalostresapoyosempotrados,porloqueseseleccionarlostresnodosinferiores.Para asignar la condicin de empotramiento a los nodos seleccionados, ir aAssign/Joint/Restraints, aparece la ventana de la figura que sigue, tildar los grados delibertadarestringir.Considerarquetantolastranslacionescomolasrotacionessiguen,pordefecto,lasiguienteconvencin:Direccin1=DireccinxDireccin2=DireccinyDireccin3=DireccinzDeloanteriorsedesprendequesiquiererestringirlatranslacinenxsedeberatildarelcasillerodeTranslation1.PararestringirelgiroalrededordelejeysedeberatildarelcasillerocorrespondienteaRotationabout2.Paraelpresenteejemplodeunempotramientoperfecto,sedebetildartodoslosgradosdelibertadposibleyluegopicaenOK:



Unaopcin interesanteautilizarson lasFastRestraints, lascualesaparecenen laparteinferiordelcuadroanterior,dondeseencuentranpredefinidaslascondicionesdebordemscomunes(EmpotramientoperfectoApoyoArticuladoSloApoyoverticalSincondicinde Borde). Apretando en el cono que representa nuestra condicin de borde (para elpresente ejemplo sera laprimerade izquierda aderecha) automticamente elprogramafijar los grados de libertad correspondiente a la condicin de borde elegida. Por ltimopicarOK.Acontinuacinsemuestracomoelprogramarepresenta lacondicindebordeaplicada. Para que nos muestre dicha condicin asegurarse que en el men DisplayOptionsconCTRL+EyenJointsesttildadalaopcinRestraints.|

Iconoapoyoempotrado



5.5.IngresodeCargasEstticas.

5.5.A.CargasConcentradasSe aplicar en el estado simple L, una carga horizontal de 200 kN en el nudo superiorizquierdoyunacargaverticalde250kNenelnudosuperiorderecho.Seleccionar el/los nodos a los que se va aplicar un determinado valor de carga. En elpresenteejemploseleccionarunodelosnudossuperioresenelcualseingresarlacarga,seelegir el izquierdo. Ir a Assign/Joint Loads/Forces, aparece la ventana de la figura.Seleccioneselestadode cargaalque vaapertenecer la carga concentrada (L).Ponerunvalorde200kNendireccinx.AldarOKsevisualizalacargacomoenlafigura.

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Sieltextodelafuerzasevemuychico(ocualquierotrotexto,comoporejemplonmerodenodos,elementos,etc), iren labarradeherramientas superior Options /Preferences /DimensionsTolerancesysetearelMinimumGraphicFontSizeenuntamao6o7.

5.5.B.CargasDistribuidas.Ensegundotrmino,seaplicarunacargauniformementedistribuidade20kN/mentodaslasvigashorizontalesyen la inclinada.Estacargatienedireccinvertical,ycorrespondealestadosimpleL.Seleccionarlas4barras,yluegoiraAssign/FrameLoads/Distributed.Seabrelaventanasiguiente,enlaqueseespecifica:Estadodecargasimple:LDirection:ZLoad:20Finalmente, la estructura queda comomuestra la figura siguiente. Para que semuestrensimultneamente lascargasrepartidasyconcentradasdeundeterminadoestadodecarga,hayqueiraDisplay/ShowLoadsAssigns/Frames/Cable/Tendon,elegirelestadoL,yasegurarsedequeesttildadalaopcinShowJointLoadswithSpanLoads.

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5.6.Resolverelmodeloyvisualizarresultados.

PulsandoF5seabrelaventanadeanlisisquemuestralafigura.PintarMODALypicarRun/DonotRundemodeloparaqueresuelvasolamentelaparteestticadelproblema(elanlisisdinmicosevermsadelante).ParaqueestosucedaenlaColumnaActiondebefigurarDoNotRun.LuegoPicarRunNowenlaparteinferiorizquierdadelasolapayseejecutaelanlisis.

Al terminar, en la ventana que estaba seleccionada aparece por defecto el estadodeformadoparaDEAD.Paraseleccionarlosresultadosavisualizar,seelige:Display/Show Deformed Shape, se abre la ventana siguiente, donde se elige lacombinacinoestado simplede cargaparaelque se visualizar ladeformada.HaciendoOKsegraficalamismacomosemuestraenlafigura.



Al colocar el puntero sobre los nodos, muestra los valores de desplazamientos y giroscorrespondientes.

Para graficar los diagramas de esfuerzos, ir a Display/ Show Forces/Stresses /Frames/Cables/Tendons..(F8desdeelteclado),yseabrelaventanasiguiente.

MomentosFlectorenelplanodelprtico:Moment33.(*)VeraclaracinEsfuerzodeCorte:Shear22.(*)VeraclaracinEsfuerzoAxil:AxialForce.Tildandocadaunodeellos,seobtienenlosdiagramascorrespondientes a cada esfuerzo, los que semuestran en las tres figuras siguientes. TildandoShow Values on Diagram, se plotean los valoresmximosenelgrfico.



(*)Aclaracin:Losesfuerzosrepresentativosdelproblema, indicadosanteriormente,estnsujetosaquelaorientacinsealaindicadaenelpunto5.2delpresentetutorial,esdecirquedondeeleje local3de labarra(eldemayor inercia)esnormalalplanodelprtico,por loque lascargas ingresadasendichoplanoproducenflexinsobredichoeje.Sielcasofueraque el eje demenor inercia se encuentra normal al plano del prtico, los esfuerzos queinteresaran sera el Moment 22 y el Shear 22. El esfuerzo axil no depende de laorientacinelegidaparalosejes2y3.



Si se selecciona una barra y se pulsa botn derecho, aparece un cuadro detalles de lassolicitacionesdeesabarraenparticular.Enlaventanasepuedecambiarelestadodecarga,losesfuerzosavisualizar,yarrastrandoconelpuntero la lneaverdevertical,semuestranlosvalorescorrespondientesaesaseccinenparticular,comomuestralafigura:



5.7.ObtencinderesultadosmediantetablasexportablesaExcel.

Si bien los grficos permiten una rpida comprensin de los esfuerzos internos o dedesplazamientos, en general es necesario obtener valores numricos para elementosdeterminados.Con esa finalidad, es posible seleccionar uno o varios elementos (o nudos), y obtenerresultadosenformadetablasmediante:Display/ShowTablesoSHIFT+F12Comoresultadosetienelasiguienteventana:ParaunelementotipoFrameseleccionadopreviamente,seeligeenelcuadroquelatabladeresultadosmuestrelosvaloresdeElementForcesFrames,loscualesrepresentanlosesfuerzos internos a lo largo del elemento. Se podra adems obtener los valores detensionesalolargodelelementotildandoElementStressessFrames,olosvaloresdelasfuerzasnodalestildandoElement JointForces.Luegodeelegida lastablasquesequierevisualizar,haciendo clicken Selectanalysis cases, se abre la subventanaque incluye lafigura,enlaquesepintanlosestadosdecarga(simplesy/ocombinaciones)paralosquesedeseaqueselistenlosresultados.MedianteOKseobtienelasiguientetabla:

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