UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA
CENTRO DE CMPUTO FIM SAP2000
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SESIN 1
ENTORNOS DE TRABAJO
A: INTERFASE GRFICA DEL USUARIO
La interfase grfica del usuario (GUI) se usa para disear,
analizar, y desplegar su estructura. Esta sesin presenta
algunos de los conceptos bsicos de la intertase grfica del
usuario
Temas:
El Modelo Estructural Sistemas de Coordenadas La Pantalla de SAP2000 Opciones de Vistas Lnea de Grillado (Gridlines) Operaciones Bsicas
Modelo Estructural
SAP2000 analiza y disea su estructura usando un modelo
que usted define mediante la interfase grfica del usuario. El
modelo puede incluir las siguientes caractersticas que
representan su estructura:
Las propiedades de los Materiales.
Elementos de estructura que representan vigas, columnas,
y/o miembros de cercha.
Elementos Shell que representan paredes, losas, y otros
miembros de paredes delgadas.
Nudos que representan conexiones de elementos
Los Vnculo y resortes que apoyan a los nudos
Cargas que incluso incluyen el peso-propio: cargas trmicas,
ssmicas, y otros
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Despus de que SAP20O0 analiza su estructura, el modelo
tambin incluye desplazamientos, tensiones, y reacciones
debido a las cargas.
La interfase grfica del usuario le proporciona muchas
caractersticas para crear su modelo. Usted incluso puede
empezar con un modelo preliminar, luego con un pequeo
esfuerzo puede ajustar a su modelo original.
En lo siguiente se referir el termino "objetos" para referirse a
los componentes geomtricos del modelo: los elementos del
Prtico, elementos de cascara "shell", y nudos.
Sistemas de Coordenadas
Se definen todas las localizaciones en el modelo con respecto
a un solo sistema de coordenadas globales. Esto es un
sistema de coordenadas tridimensional rectangular
(Cartesiano).
Los tres ejes son denotados por X, Y, y Z que son
mutuamente perpendiculares, y satisface la regla de la mano
derecha. Cada componente del modelo (nudo, elemento de
Prtico, elemento de cascara "shell", etc.) tiene su propio
sistema coordenada local usada para definir propiedades,
cargas, y respuestas a esas solicitaciones. Se denotan los ejes
de cada sistema de coordenada local en 1. 2. y 3.
Usted puede definir sistemas de coordenadas adicionales para
ayudar a desarrollar su modelo.
La Pantalla de SAP2000
Una vez iniciado el programa SAP2000 nos muestra la
siguiente ventana donde podemos encontrar:
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Lista de Men en Pantalla
Descripcin de Iconos En Pantalla
BARRA DE
TITULO BARRA DE
MENU
ICONOS EN PANTALLA
SISTEMA DE COORDENADAS
UNIDADES
VENTANA ACTIVA VENTANA INACTIVA
ARCHIVO VER DIBUJAR ASIGNAR MOSTRA OPCIONES AYUDA
EDITAR DEFINIR SELECCIONAR ANALIZAR DISEAR HERRAMIENTAS
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NUEVO
MODELO
ABRIR
MODELO
GUARDAR EL
MODELO
IMPRIMIR
HACER Y
DESHACER
ACTUALIZAR
DESBLOQUEAR
EL ANLISIS
ANALIZAR
ANALIZAR EN
VIVO
OPCIONES DE ZOOM
MOVERSE EN
PANTALLA
OPCIONES DE VISTAS
MOVERSE EN LAS
LNEAS DE GRID
VISTA RECORTADA
TABLA GENERAL DE
OPCIONES ACTIVAS
EN PANTALLA
DEFORMADAS, REACCIONES
Y DIAGRAMAS
DISEO
HERRAMIENTAS
DE DIBUJO DE
NODOS, LNEAS,
REAS Y SLIDO
HERRAMIENTAS
DE SELECCIN
HERRAMIENTAS
DE PRECISIN
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B: FUNCIONES BSICAS DEL PROGRAMA
1.- SELECCIN DE UNIDADES
1.1 Antes de iniciar un nuevo modelo debemos escoger las
unidades en que vamos a trabajar la cual se encuentra en la
parte inferior derecha.
Aunque tambin se puede elegir en la ventana de New Model, en la parte de:
1.2 En la lista desplegable podemos elegir unidades de fuerza,
de longitud y de temperatura.
2.- ELEGIMOS UN NUEVO MODELO
Para acceder a un nuevo modelo podemos hacerlo a travs
del Men File (Archivo):
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Presionando Control + N del Icono de la Barra de Herramientas:
Seguidamente tendremos en la ventana emergente, una serie
de opciones en base a los cuales podemos empezar nuestro
trabajo. Los nuevos modelos son empezados con la pantalla,
donde se puede elegir un archivo en blanco o una plantilla
predefinida.
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Iniciar un Modelo con las unidades
Seleccionadas.
Iniciar un Modelo a partir de uno
existente con sus unidades, definiciones
y preferencias.
Permite ingresar los Datos del Proyecto segn se
muestra en la siguiente ventana:
INFORMACIN DEL MODELO
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Select template: Seleccionar Modelos Predeterminados:
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Estos son modelos bsicos que posteriormente podemos
modificar o sobre ellos completar el dibujo.
3.- CREANDO UNA ESTRUCTURA
3.1 Blanqueo de pantalla para un nuevo modelo (Blank)
Se nos presenta la pantalla divida verticalmente sin ningn
tipo de definiciones.
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Esta opcin es muy til y recomendable si se quiere importar
un modelo donde se tienen todas las definiciones
preestablecidas incluyendo las lneas de Grid que funcionan
como ejes referenciales en 3D.
3.2 Estructura a partir de rejilla (Grid Only)
Con esta opcin podemos crear nosotros mismos una
estructura. Al entrar se nos presenta una ventana donde se
pueden definir las lneas de Grid para un Sistema de
Coordenada Cartesiano o Cilndrico.
COORDENADAS CARTESIANAS
NUMERO DE LNEAS DE
GRID EN X, Y, Z
ESPACIAMIENTO DE LNEAS
DE GRID EN X, Y, Z
UBICACIN DE LA PRIMERA
LNEA DE GRID EN X, Y, Z
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4. Anlisis
Para configurar las opciones de anlisis seleccionamos:
En la siguiente ventana:
COORDENADAS CILNDRICAS
Nmero de Lneas de Grid:
Along Radius: Nmero de Lneas transversales
Nota: El origen se cuenta como una Lnea Transversal
Along Theta: Nmero de Lneas Radiales
Along Z: Nmero de Lneas en Z
Espaciamiento de Lneas de Grid:
Along Radius: Distancia entre Lneas Transversales
Along Theta (Deg): Angulo entre Lneas Radiales
Along Z: Distancia entre lneas en Z
Ubicacin de la Primera Lnea de Grid:
Along Radius: Ubicacin de la Primera Lnea Transversal
Along Theta (Deg): Ubicacin de la Primera Lnea Radial en
grados.
Along Z: Ubicacin de la Primera Lnea en Z
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Dependiendo de la Estructura se define en el caso que sea
solo el plano XZ, los grados de libertad en cada nudo son UX.
UZ, RY correspondientes a las traslaciones en X y Z, y las
rotaciones de los nudos alrededor de Y
Despus del anlisis podemos Observamos en cada nodo al
acercar el puntero del mouse que aparece la siguiente
informacin:
Bueno a continuacin se explica alguno de ellos:
Ejemplo e Interpretaciones: U1 Restriccin en el movimiento Eje X
U2 Restriccin en el movimiento Eje Y
U3 Restriccin en el movimiento Eje Z
R1 Restriccin en el giro momento- Eje X.
No gira en el plano YZ
R2 Restriccin en el giro momento- Eje Y.
No gira en el plano XZ
R3 Restriccin en el giro momento- Eje Z.
No gira en el plano YX
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EJERCICIOS RESUELTOS
EJEMPLO 1:
Se presenta un prtico de un vano que tiene un techo a dos
aguas, el techo a dos aguas tiene una altura de 1.5m y
soporta una carga uniformemente distribuida de 24 KN/m
lineal. Las columnas tienen una seccin transversal de
0.3x0.6m y estn espaciadas 10 m, cada columna tiene una
altura de 4m. La seccin transversal de las vigas es de
0.3x0.8m. Realizar su Anlisis.
Solucin:
Primero configuramos nuestras unidades y de acurdo a las
unidades del problema elegimos KN/m.
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A continuacin crearemos un nuevo modelo presionamos
Ctrl + n y elegimos el que ms se parece:
En la siguiente ventana elegimos el tipo portal:
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Y configuramos los siguientes valores en Portal Frame
Dimensions para el problema mencionado:
Los dems lo dejamos por defecto, y presionamos OK.
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Seguidamente pasaremos a modificar nuestros nudos de
apoyo y con un click en cada uno de ello los seleccionamos:
Ahora nos dirigimos al
comando Assign luego a
Join y a la opcin
Restraints:
En la ventana emergente
le damos empotramiento
perfecto.
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y presionamos Ok
Seleccionamos el elemento viga y con la opcin
dividiremos el elemento en partes iguales. Con el comando de
en Joints deseleccionamos
Invisible y presionamos ok.
En el Men View damos click en Show Grid.
Hasta ahora la vista en el plano x-z debe quedar as:
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Para darle la inclinacin del techo a dos aguas
seleccionaremos el nudo del punto medio de la viga y ahora
presionaremos Ctrl + M, en la direccin Z colocaremos la
altura de 1.5m en la direccin positiva y damos OK.
Pasaremos a definir nuestra seccin transversal,
primeramente chequeamos nuestro material en Define
Materials en la lista por defecto para el material concreto con
la opcin observamos las propiedades del
concreto y colocamos la etiqueta CONC y aceptamos todos
los cambios (presionamos dos veces OK).
Ahora definiremos la seccin transversal en el Men Define
Frame Sections
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Damos click en la opcin Add New Property elegimos la
opcin Concrete y seleccionamos la opcin Rectangular:
Pondremos de etiqueta COL, si el material no esta en
concreto, con la lista desplegable elegimos CONC colocamos
los valores del problema.
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Aceptamos los cambios OK, repetimos el mismo
procedimiento para las vigas en este Caso usamos la etiqueta
VIGA terminado todo presionamos OK para conservar los
cambios.
Ahora pasaremos asignar las secciones transversales a
nuestro modelo, para ello seleccionamos los elementos y en el
Men Assign - Frame Sections elegimos las respectivas
secciones segn el problema. Una vez realizado este
procedimiento el modelo debe quedar as:
Ahora pasaremos a definir nuestros patrones de cargas en el
Men Define Load Patterns Vamos a agregar una carga
nueva de etiqueta Carga Uniforme con un factor de multiplicidad de peso propio igual a cero Agregamos y
Aceptamos.
Colocaremos la carga distribuida de 24 KN/m para lo cual
seleccionamos nuestros elementos tipo viga y le asignamos la
carga correspondiente.
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Assign >> Frame Loads >> Distributed, seleccionamos el
nombre del Patrn de Carga, debe estar indicado en carga de tipo Fuerza y Gravedad Proyectada en el valor de la Carga Uniforme colocamos 24 y Aceptamos.
Explicacin Esta carga que sigue la direccin de la graverdad proyectada viene a ser la carga que esta actuando
sobre la longitud proyectada de los elementos tipo viga.
Resultando de lo anterior:
El valor de 22.99=24*cos(16.7) el ngulo que se toma es el
que forma la carga con el elemento tipo viga.
Guardamos el Modelo con el Nombre Problema 1.
Posteriormente pasaremos a definir nuestros casos de cargas
en esta ventana emergente eliminamos el caso
Modal y aceptamos.
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A continuacin ejecutamos el Anlisis.
En la vista 3D para direccionarnos en el plano XZ nos
dirigimos al Men View, seleccionamos Set 3D View
seleccionamos XZ y Aceptamos:
Y podramos ver las deformaciones por su peso propio por
ejemplo en el siguiente nudo.
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Tambin podramos ver la deformada debido a nuestra carga
proyectada en la opcin:
Indicamos que nos muestre la deformada de nuestro caso de
Carga Uniforme y damos OK seleccionamos el mismo punto anterior.
Los valores de fuerzas y Momentos Los veremos en la vista
del lado derecho las reacciones en primer lugar con la opcin:
En la ventana emergente veremos
primero las reacciones debido al peso
propio de la estructura.
Y Aceptamos.
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Similar podemos ver para la Carga Uniforme.
Pasaremos a ver las fuerzas y Momentos en los elementos
con la opcin:
En la ventana emergente podemos ver los efectos para los
casos de carga. Por ejemplo elegimos al de peso propio y que
nos muestre los momentos flectores y aceptamos Ok.
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Se puede ver los valores de Momentos de los elementos que
queramos
Para ver los valores de la Grfica de Momentos en la ventana
emergente mostrada anteriormente elegimos la opcin Show
Values on Diagram y Aceptamos.
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Para ver todos los Diagramas de todas las cargas definidas
simplemente lo podemos ver con los iconos de flechas de la
parte inferior derecha:
Para ver los Cortantes Para ver las fuerzas
Podemos seleccionar Axiales
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Podemos ver la Deformada en la opcin:
En la ventana emergente podemos elegir la opcin Wire
Shadow con lo cual nos mostrara con lneas diferentes la
estructura sin deformar y la deformada y Aceptamos.
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EJEMPLO 2:
En el primer modelo se muestra un Prtico de dos vanos con
apoyos empotrados y en el segundo modelo se muestra con
apoyos articulados, las medidas se muestran a continuacin.
Realizar la comparacin.
Solucin:
Elegimos las Unidades segn los datos:
Seleccionamos el Modelo y completamos de acuerdo
al problema:
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Modificamos el nuevo modelo: Seleccionamos y
presionamos Suprimir
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Posteriormente modificaremos la longitud
Una forma de modificar la longitud de los nodos es
presionando click derecho y seleccionando la edicin de los
datos de la grilla:
En el Men emergente: seleccionamos la
opcin de Sistema de coordenada Global
y presionamos:
En la ventana emergente para el eje X
modificamos el valor de 5 por 3 para C y
activamos la opcin Glue to grid lines para mover la grilla y los nodos
presionamos Ok dos veces.
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Eliminamos la viga y modificamos la altura de:
Para modificar la altura, seleccionamos el nodo adecuado,
presionamos Ctrl + M y en la direccin Z escribimos las distancias adecuadas para formar la figura pedida.
Hacemos lo mismo para los nodos restantes. Quedando la
figura como se muestra a continuacin:
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A continuacin modificaremos nuestros apoyos para ello
seleccionaremos los nodos de base y para el primer modelo
elegimos todas empotradas.
Ocultamos la lnea gua. Ahora definiremos el tipo de material
de Concreto similar al problema 1 colocamos la etiqueta
CONC y Aceptamos.
En Frame Sections definiremos la seccin, similar al
problema 1 elegimos el tipo de seccin rectangular para el
concreto.
Definiremos los siguientes:
Etiqueta C1: de dimensiones 0.3x0.5 m Etiqueta C2: de dimensiones 0.3x0.4 m Etiqueta V1: de dimensiones 0.3x0.45 m Etiqueta V2: de dimensiones 0.3x0.3 m
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Presionamos Ok y asignamos a nuestros elementos de acuerdo a la figura del problema.
Debe quedar de la siguiente forma:
En la ventana del lado izquierdo haremos una extruccin: en
Extrude View
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En este caso no haremos el anlisis por peso propio
solamente por las cargas que aparecen en el problema, una
carga puntual tipo fuerza de 4 toneladas normal a la viga V1 y
tambin un momento puntual en medio de la viga V2 que
sigue la direccin de +Y de acuerdo a la regla de la mano derecha.
Ahora definiremos nuestros patrones de cargas:
Como para el anlisis no se est considerando el peso muerto
entonces en el factor de multiplicidad de peso propio se toma
como cero. Y damos Ok.
A continuacin colocamos las cargas en el modelo,
seleccionamos V1 y con el comando Assign >>>>Point.
Elegimos sistema de coordenadas locales y en direccin: 2 que es perpendicular al eje local 1, configuramos las distancias quedando:
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Damos Ok. Para la viga V2 hacemos definimos:
Damos OK. OJO: Para poder ver las fuerzas o Momentos asignados a los elementos que no se ven en algunos plano de trabajo
podemos girar nuestro modelo.
Otro punto de podemos notar es que cada ves que asignamos
fuerzas o momentos desaparecen las anteriores que hemos
colocados en los elementos tipo Frame o en los nodos pues
Sap2000 trabaja de esa forma y almacena en memoria todo
lo que le asignamos. Hasta ahora debe quedarnos as:
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Para poder ver los ejes locales de los elementos, los podemos
ver de la siguiente forma.
Seleccionamos Local Axes y damos Ok.
Nomenclatura:
Estos ejes siguen la regla de la mano
derecha.
La flecha de color Rojo indica el eje local 1
La flecha de color Verde indica el eje local 2
La flecha de color Celeste indica el eje local 3
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Regresamos al modelo y quitamos extruccin para la vista
izquierda. Guardamos el modelo.
Y Corremos el modelo, le decimos que no realice el anlisis
Modal y que sea ejecutado; para ello seleccionamos Modal y
damos click en la opcin:
Y en Run Now. Los resultados lo podemos ver:
Ahora desbloqueamos el anlisis.
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Y haremos una replica del modelo 1, seleccionaremos todos
los elementos. Y presionaremos Ctrl + R en la ventana emergente colocamos los siguientes valores y Damos OK.
Quitamos la rejilla y nos debe quedar as:
Ojo ambos modelos se encuentran en una misma ventana. En
el segundo modelo modificaremos los nudos de base
seleccionamos todos los puntos y le damos un apoyo libre de
giro y Aceptamos. Lo cual nos queda:
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Podemos verificar las cargas que se estn aplicando a estos
sistemas. De la manera siguiente:
Y ver las cargas tipo fuerzas y cargas tipo momentos
aplicados a la estructura:
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Guardamos y Ejecutamos (No te olvides de configurar en
Analysis Options>>>XZ Plane >>>OK ) no consideramos
el anlisis Modal.
Para comparara los Momentos Flectores:
Y as podemos comparar ms Diagramas.
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EJEMPLO 3:
En el grfico se tiene un reticulado de dos vanos, con una
inclinacin de 10 grados respecto a la horizontal, en la mitad
de su luz tiene una carga vertical de 1 tonelada. Realizar el
anlisis
Solucin:
Definimos las unidades:
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Elegimos el Modelo:
y configuramos segn datos del problema :
Y presionamos OK. Ahora para darle inclinacin al modelo lo
que tenemos que hacer primero seleccionamos el modelo y
con la ayuda del comando replicar lo haremos girar un ngulo
de 10.
Seleccionamos la parte Radial >>> Parallel to Y.
A continuacin escribiremos las coordenadas del punto por
donde haremos la rotacin y le indicaremos el ngulo de
rotacin (para SAP2000 el sentido Horario es el positivo) y
seleccionaremos la opcin que borre los objetos originales y
damos OK. Debe quedar as:
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Seleccionaremos el nudo intermedio y le agregaremos una
fuerza de una tonelada y Aceptamos:
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Quedando de la forma:
Si en este momento ejecutramos el anlisis el programa
calcular los efectos debido a peso propio y le aadir los
efectos debido a esa carga unitaria en el centro del reticulado,
como en este momento no consideraremos los efectos debido
al peso propio, el factor de multiplicidad lo ponemos a cero.
Guardamos el Modelo y Ejecutamos no consideraremos el
anlisis Modal.
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Desbloqueamos el anlisis y seleccionamos los elementos
Ahora asignamos al elemento Frame unas relajaciones:
Tanto al inicio como al final.
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Aceptamos y Ejecutamos
Por ejemplo se muestra las fuerzas Axiales:
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Si queremos que muestre los momentos flectores nos damos
cuenta que no tiene, pues en la real no tenemos que los
nudos son completamente rgidos ni son completamente
articulados por ello modificamos nuevamente para ello.
Desbloqueamos anlisis nuevamente. Repetimos el paso
anterior y le damos una rigidez parcial por ejemplo de (50%):
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Aceptamos y Ejecutamos: y como podemos ver ahora sino
nos muestra los momentos flectores.
EJEMPLO 4:
Se presenta un reticulado plano de cuatro vanos las unidades
estn en Kilo libras (Klb) de fuerza y Pies () para longitudes. Para el primer estado de carga tenemos cargas
puntuales cada una de 50 Klb en las direcciones que se estn
indicando. En el segundo estado de carga no tendremos
cargas sino un desplazamiento del apoyo intermedio.
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Solucin:
Seleccionamos las unidades:
Elegimos Nuevo Modelo
En la ventana emergente elegimos Vertical Truss y
configuramos
Y Aceptamos, seleccionamos el nudo inferior central para asignarle el apoyo elstico en:
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En translation 3 colocamos 100 y Aceptamos.
A continuacin liberamos de momentos flectores a las
diagonales para lo cual los seleccionamos y en:
Assign >>>> Releases/, lo liberamos de momentos tanto en el extremo izquierdo como el derecho, Aceptamos:
Posteriormente pasaremos a la definicin de los patrones de
carga.
Y Aceptamos. En load cases borramos el tipo Modal y Aceptamos, Coloremos ahora nuestras cargas puntuales para los nodos mostrados en la figura. Quedando de la
siguiente manera:
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Mostraremos nuestro modelo sin deformar:
En el segundo estado de carga seleccionaremos el nudo al
cual se le aplicara la deformacin.
Le asignamos el desplazamiento predefinido, configuramos los
valores de acuerdo al problema por ejemplo le damos un
valor de -1.
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Y Aceptamos, Guardamos y lo Ejecutamos, para el caso de anlisis por peso propio no lo corra para ello elegimos la
opcin y luego Run Now.
Y observamos:
Podemos Comparar los resultados con los de nuestro
compaero.
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