3Modelaciu00F3n y Anu00E1lisis Estructural-CSIBridge
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Modelacin y anlisis
estructural
CAGR/
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Referencia: CALTRANS BDM 2
Introduccin
El analisis estructural es el proceso de anlisis de un sistema estructural para predecir su
respuesta y comportamiento usando las leyes de la fsica y las ecuaciones matematicas.El
principal objetivo del anlisis estructural es determinar las fuerzas internas,esfuerzos y las
condiciones de borde bajo varios fectos de las cargas.
El modelamiento estructural es una herramienta para establecer tres modelos
matematicos incluyendo (1) un modelo estructural que consiste de tres componentes
bsicos: los elementos estructurales o componentes,juntas (nudos,bordes de conexion o
superficies) y las condiciones de borde (apoyos,y cimentaciones)
(2) Un modelo del material y (3) un modelo de cargas.
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Modelamiento estructural
Para el diseo de una estructura nueva los detalles de sus conexiones y las condiciones
de apoyo deberan hacerse tan cercanas al modelo computacional como sea posible.
En la evaluacin de una estructura existente esta se debera modelar tambin tan cercanaa la estructura actual como fue construida.El seleccionamiento correcto de la modelacin
y mtodo de anlisis depender de:
a).- La importancia de la estructura
b).- El proposito del anlisis estructural
c).- El nivel requerido de aproximacin de la respuesta.
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Tipos de elementos
En el modelamiento de un puente se pueden usar diferentes tipos de elementos para
obtener las caracteristicas de la respuesta del sistema estructural. Los elementos se
pueden categorizar segn su accin estructural principal.
a).- Elementos de armaduras
Un elemento de armaduras esta sujeto a fuerzas axiales de compresin o traccin. El
unico grado de libertad de un elemento de armaduras es el desplazamiento de sus
nudos.La seccin transversal y las propiedades del material de cada elemento usualmente
se asumen constantes a lo largo de su longitud . El elemento se puede interconectar en
configuraciones 2-D o en 3-D. Los elementos de las armaduras se usan como es lgico enel anlisis de armaduras de diversos materiales (acero ,madera,.).
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b).- Elemento viga
Un elemento viga es un miembro esbelto sujeto a cargas transversales y momentos.En
general tienen 6 grados de libertad en cada nudo incluyendo traslaciones y
rotaciones.Un elemento viga sometido a flexin pura tiene 4 grados de libertad.
c).- Elemento de portico
Es un miembro esbelto sujeto a cargas transversales,axiales y momentos ,por lo que
posee las proiedades de los elementos de armaduras y de los elementos viga, tambien
se les denomina viga-columna. La formulacin tridimensional incluye los efectos deflexin bi-axial ,torsion ,deformacin axial , y cortante bi-axial, se modelan con una
linea recta que conecta dos nudos ,cada elemento tiene su propio sistema de
coordenadas para definir las propiedades de su seccin y las cargas.
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d).- Elementos placa
Un elemento placa es un elemento slido de 2 dimensiones que actua como una placa
plana. Tienen 2 rotaciones fuera de su plano y el desplazamiento normal como grados de
libertad.Estos elementos modelan el comportamiento en flexin de placas en 2dimensiones. El elemento puede modelar los 2 momentos normales y el momento en el
plano del elemento.Este elemento es un caso especialo del elemento cascara sin cargas
membranales.
e).- Elemento cscara
Es un elemento slido tridimensional (con una dimensin muy pequea comparada con
las otras dos) que soporta flexin, cortante y cargas membranales,pueden tener forma
de cuadrilatero o triangulo.Las fuerzas internas en el elemento se consideran en el plano
medio de la superficie en fuerzas/longitud y se representan arriba y abajo del elemento
en fuerzas/area. Su uso principal es para determinar esfuerzos en superestructuras
celulares o en pilares celulares y caissones. Se recomiendan usarlos para elcomportamiento total a menos que la estructura entera sea plana y adecuadamente
restringida.
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f).- Elemento plano
Es un slido bi-dimensional con grados de libertad de traslacin capaz de soportar
fuerzas pero no momentos,se pueden usar para esfuerzos planos o deformaciones en el
plano.Los elementos de esfuerzo planos se usan para modelar placas delgadas que sonlibres de moverse en la direccion normal al plano de la placas delgada. Los elementos
planos de esfuerzos se usan para modelar cortes delgados de secciones de estructuras
slidas muy largas como muros.Los elementos de deformacin planos no tienen
permitido el movimiento en la direccion normal al elemento.
g).- Elemento slido
Es un elemento de 8 nudos sirve para modelar estructuras tridimensionales y slidos.Se
basan en formulaciones isoparamtricas que incluyen 9 modos de flexin inconpatibles
opcionales.Se usan en la evaluacin de los estados de esfuerzos principales en
regionesw de juntas o geometrias complejan.
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h).- El elemento NlLink
Es un elemento estructural no-lineal,puede ser un apoyo de un resorte o de dos y se
asumen que esta compuesto de 6 resortes separados uno por cada grado de libertad dedeformaciones incluyendo : axial, corte, torsion y flexin pura.El comportamiento no-
lineal se presenta durante el analisis tiempo-historia no-lineal o el an;alisis esttico no-
lineal.
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