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Análisis de espectro de respuesta y cargas sísmicas

Una guía sobre cómo aplicar cargas sísmicas y realizar un análisis de espectro de respuesta en S3D

¿Qué es el análisis del espectro de respuesta??

El análisis del espectro de respuesta brinda a los usuarios la capacidad de realizar análisis sísmicos en función de las propiedades del edificio: períodos naturales, modos propios, sistema de masas, y entradas de usuario: función de carga y dirección de carga.

El método de análisis del espectro de respuesta del análisis de terremotos se utiliza principalmente en la práctica del diseño estructural y se ha establecido en diferentes códigos de diseño como el Eurocódigo, AASHTO, y ASCE. El concepto básico del método se deriva de la fórmula, en el que las fuerzas de inercia se determinan como la suma de la multiplicación de masa sobre el valor de aceleración y los factores de ajuste.

La metodología general del análisis del espectro de respuesta incluye los pasos comunes (se muestra en la figura 1):

  1. Creación de un elemento finito (CINCO) modelo de la estructura con propiedades del elemento (materiales y secciones asignadas) y condiciones de contorno
  2. Agregar masas en los nodos de elementos (Peso (gramos)
  3. Definición de la configuración de la carga del espectro y la dirección de la acción sísmica
  4. Realizar análisis de frecuencia; realizado mediante la aplicación de cargas sísmicas de acuerdo con los modos propios y la determinación de los estados deformados por tensión de la estructura en cada dirección donde se aplicó la carga.

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Figura 1: La secuencia general del análisis del espectro de respuesta

Después de realizar el análisis del espectro de respuesta, se generarán cargas sísmicas. A continuación se muestra la descripción de la fórmula para el cálculo de la carga sísmica en el nodo del elemento \({S}_ _{yo}\)

\({S}_ _{yo}= m multiplicado por g multiplicado por factores multiplicado por beta multiplicado por eta )

Dónde:

\(m=\) peso del miembro relacionado con el nodo miembro,

\(g=\) aceleración debida a la gravedad (9.806 m / seg ^ 2)

\(factors=\) conjunto de coeficientes que ajustan la aceleración del terremoto, condiciones circundantes donde se dispone la estructura, condiciones del suelo, etc..

\(\beta = ) factor dinámico que depende del período de una estructura de frecuencia,

\(\eta=\) factor que depende del modo propio relevante de la estructura.

Aplicación de cargas sísmicas (Cargas Dinámicas)

Para realizar el análisis del espectro de respuesta, los usuarios deben estar operando en SkyCiv Structural 3D (S3D). Empezar, los usuarios necesitan aplicar cargas dinámicas a su estructura. Esto se puede hacer yendo al menú del lado izquierdo y localizando los dos botones, Masas nodales y Cargas espectrales:

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Masas nodales

Al aplicar masas nodales, hay dos métodos que se pueden utilizar. Para el primer método, Los valores de traslación y masa rotacional pueden ser aplicados directamente por el usuario para cualquier nodo.. Para hacer esto, haga clic en Masas nodales como se muestra arriba. Aquí hay un vistazo a la ventana de entrada que los usuarios pueden esperar ver:

Captura de pantalla 2019-08-22 a 9.36.51 a.m

Similar a otras entradas en Structural 3D, Todos estos valores se pueden agregar o ajustar en el Ficha técnica de masas nodales, que se puede abrir haciendo clic en el icono de la hoja de datos que se muestra en la figura anterior, o yendo a Editar > Entrada de hoja de datos > Masas nodales. Los usuarios pueden esperar una ventana similar a esta:

entrada-cargas-espectrales

El segundo método de aplicar masas nodales a una estructura en Structural 3D es convertir las cargas estáticas existentes en masas nodales. Para hacer esto, haga clic en Masas nodales como se muestra anteriormente, y luego en el Convertir cargas en masas botón en la parte superior. Este método brinda a los usuarios el poder de seleccionar un grupo de carga ya aplicado a su modelo, ingrese un factor de conversión (la carga convertida se multiplica por este factor) y seleccione la dirección de acción de las masas nodales resultantes. Consulte a continuación la ventana de entrada como se describe:

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Nota, las masas solo se pueden aplicar para los dos nodos finales de cada miembro o elemento. Nodos intermedios a lo largo del elemento (puntos de evaluación por miembro) son libres de masa. Como se muestra en la figura siguiente, con cuatro puntos de evaluación por cada miembro, los dos puntos de evaluación intermedios no verán ninguna masa nodal.

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En la etapa de su lanzamiento, Las masas nodales solo se pueden aplicar a miembros (ej. vigas o columnas).

 

Cargas espectrales

Para aplicar cargas espectrales, la función Response Spectrum, Se deben definir los parámetros de fuerza sísmica y la dirección de la acción.. La función Response Spectrum se puede definir utilizando uno de los dos métodos de entrada: Entrada de usuario o código de diseño.

Con entrada de usuario, los usuarios deberán definir el Spectrum Data v. Curva de período manualmente e ingrese los valores correspondientes "X" e "Y" en consecuencia. Los datos del espectro son la aceleración normalizada que se obtiene al dividir el espectro de aceleración por la aceleración de la gravedad.. Similar a otras hojas de cálculo de datos en SkyCiv Structural 3D, los datos se pueden copiar / pegar desde MS Excel en la tabla correspondiente (Ctrl + V ). A continuación se muestra un ejemplo de la versión de entrada del usuario de la función Response Spectrum:

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El método del Código de diseño es más común y se inicia cambiando la opción a Código de diseño. Esto es mucho más simple ya que los usuarios pueden seleccionar fácilmente su código de diseño relevante y las propiedades y parámetros sísmicos posteriores.. Después de ingresar los valores correctos en sus respectivos campos, La función de espectro de respuesta se puede generar automáticamente haciendo clic en el Función de gráfico ,. Consulte a continuación las entradas relevantes para el eurocódigo 8:

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El Configuración de carga RS pestaña es donde el usuario seleccionará la dirección de carga, factor de carga, método de combinación de carga, relación de amortiguación (en forma decimal), y asigne un nombre de grupo de carga. La carga sísmica definida se multiplica por el factor de carga. Durante el análisis, SkyCiv combinará formas de modo del análisis de frecuencia dinámica en función del método de combinación de carga seleccionado. Los métodos de combinación de carga que están disponibles incluyen:

  • SRSS – Raíz cuadrada de la suma de los cuadrados
  • CQC – Combinación cuadrática completa
  • abdominales – Suma absoluta
  • Lineal – Suma lineal

Nota, La relación de amortiguación se utiliza en el método combinado CQC.. Aquí hay un vistazo al Configuración de carga RS pestaña y sus entradas; estas entradas son las mismas para todos los códigos de diseño:

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Nota, la dirección de la carga sísmica resultante puede ser no ortogonal a las direcciones cardinales en el modelo. Para hacer esto, los usuarios pueden seleccionar la dirección de carga de XZ. El Ángulo El campo se habilitará y los usuarios pueden ingresar el ángulo que deseen. El ángulo se define como el ángulo desde el eje X positivo global, como se muestra:10

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Ejecución del análisis de respuesta del espectro y visualización de los resultados

Es una buena práctica definir los ajustes de frecuencia (Menu principal > Configuraciones > Solucionador) antes de lanzar el análisis de espectro de respuesta. La sección titulada Configuración del solucionador de valores propios es donde los usuarios pueden cambiar esta configuración, notablemente el número de Modos dinámicos, como se muestra:12

Una vez que el análisis se realiza con éxito, los usuarios pueden ver los resultados analíticos similares a cualquier otro grupo de carga seleccionando el grupo de carga del menú desplegable. El nombre del grupo de carga corresponderá al nombre dado en Cargas espectrales > Configuración de carga RS. Los usuarios pueden comprobar el estado deformado por tensión máxima de la estructura debido a la acción sísmica (desplazamientos, reacciones, fuerzas / tensiones del elemento).

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Adicionalmente, El grupo de carga de espectro de respuesta se puede utilizar en combinaciones de carga similares a cualquier otro caso de carga y posteriormente se puede analizar. Los usuarios pueden asignar el grupo de carga de espectro de respuesta a combinaciones de carga personalizadas, o las combinaciones de carga generadas automáticamente basadas en códigos relevantes ofrecidos a través de SkyCiv. Nota, antes de agregar o generar combinaciones de carga, los usuarios deberán asignar el grupo de carga de espectro de respuesta a un caso de carga específico (sísmico), como se muestra:

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