evaluación de métodos de análisis inelástico en sap para estructuras de hormigón armado

151 Pages·2010·3.98 MB·Spanish

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILE
ESCUELA DE INGENIERIA

EVALUACIÓN DE MÉTODOS DE
ANÁLISIS INELÁSTICO EN SAP PARA

ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN
ARMADO
EDUARDO JOSÉ MEDINA MONCAYO
Tesis para optar al grado de
Magíster en Ciencias de la Ingeniería
Profesor Supervisor:
RAFAEL RIDDELL C.
Santiago de Chile, (Agosto, 2010)
© 2010, Eduardo José Medina Moncayo
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILE
ESCUELA DE INGENIERIA
EVALUACIÓN DE MÉTODOS DE
ANÁLISIS INELÁSTICO EN SAP PARA
ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN

ARMADO
EDUARDO JOSÉ MEDINA MONCAYO
Tesis presentada a la Comisión integrada por los profesores:

RAFAEL RIDDELL C.
JORGE VÁSQUEZ P.
RODRIGO MUJICA V.
MARIO DURAN T.

Para completar las exigencias del grado de
Magíster en Ciencias de la Ingeniería
Santiago de Chile, (Agosto, 2010)
A mi Madre, hermana, mi novia linda y
amigos, que me apoyaron mucho.

ii
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a todos aquellos que de una forma u otra ayudaron y apoyaron la realización
de esta investigación.
Al profesor Rafael Riddell que con su continuo apoyo y consejos oportunos lograron el
fin término de este trabajo.

iii
ÍNDICE GENERAL
Pág
DEDICATORIA ......................................................................................................ii
AGRADECIMIENTOS ...........................................................................................iii
ÍNDICE DE TABLAS .............................................................................................vi
ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................................vii
RESUMEN ...............................................................................................................viii
ABSTRACT .............................................................................................................ix
1. INTRODUCCIÓN ……………………………………………………… 1
1.1 General……………………………………………………………… 1
1.2 Investigación Bibliográfica ………………………………………… 5
1.2.1 Curvas esfuerzo deformación materiales usados en SAP2000 … 5
1.2.2 Parámetros no lineales usados en SAP2000 …………………… 21
1.2.3 Observaciones del modelamiento del hormigón armado ……… 32
1.3 Contenido del estudio ………………………………………………. 57
2. IMPLEMENTACIÓN MATEMÁTICA DEL MARCO DE CONCRETO
REFORZADO EXPERIMENTALMENTE ANALIZADO BAJO
DESPLAZAMIENTOS CONTROLADOS
POR SOZEN Y GULKAN 1971 ………………………………………. 59
2.1 Evaluación del modelo matemático usando metodologías
tradicionales en SAP2000 V.11. ………………………………………. 61
2.1.1 Evaluación del modelo matemático usando “Hinges” como
elementos inelásticos ………………………………………………. 61
2.1.2 Evaluación del modelo matemático usando “Links como
elementos inelásticos ………………………………………………. 84
2.1.3 Evaluación del modelo matemático usando el método del
iv
Puntal-Tensor (Modelo S3) ………………………………………….. 88
2.1.4 Propuesta modelo híbrido Puntal-Tensor ……………………. 95
2.2 Análisis de los problemas encontrados en la implementación del
modelo del marco Sozen y Gulkan. ………………………………….. 98

3. VIGA EN VOLADIZO DE BERTERO, POPOV Y WANG (1974) …. 100
3.1 Evaluación del modelo matemático usando metodologías
tradicionales en SAP2000 V.11 ………………………………………. 100
3.2 Evaluación del modelo matemático usando el método del Puntal-
Tensor (Modelo S3) …………………………………………………… 104
3.3 Propuesta modelo híbrido Puntal-Tensor …………………………. 107
3.4 Análisis de los problemas encontrados en la implementación de la
Viga de Popov …………………………………………………………. 109

4. ESTUDIO EN SIMULADOR SÍSMICO DE UN MARCO DE HORMIGÓN
ARMADO, P. HIDALGO Y R. W. CLOUGH 1974
…………………………………………………………………………. 110
4.1 Evaluación del modelo matemático usando metodologías
tradicionales en SAP2000 V.11 ………………………………………. 114
4.2 Evaluación del modelo matemático usando el método del Puntal-
Tensor ………………………………………………………………… 116
4.3 Propuesta modelo Híbrido Puntal-Tensor ………………………. 120
4.4 Análisis de los problemas encontrados en la implementación del
Pórtico de Hidalgo-Clough …………………………………………… 123

CONCLUSIONES ………………………………………………………………… 124

BIBLIOGRAFIA ……………………………………………………………… 127

v
A N E X O S …………………………………………………………………... 132
Anexo A : Procedimiento matemático de SAP ante input de desplazamiento…... 132
Anexo B: (Marco Sozen-Gulkan) respuesta cíclica; Modelo matemático usando
“Hinges” como elemento inelástico ……………………………………………. 133
vi
ÍNDICE DE TABLAS
Pág.
Tabla 1-1 Resultados comparativos del comportamiento inelástico de Links en
SAP2000…………………………………………………………………………… 31
Tabla 1-2 Resistencia efectiva de elementos “Strut” de hormigones aplicadas en regiones
D de sistemas de nudos. ……………………….………………………… 57

vii
ÍNDICE DE FIGURAS
Pág.
Fig. 1-1 Curvas de esfuerzo deformación para el acero de refuerzo …………… 6
Fig. 1-2 Regiones en la curva de esfuerzo deform acero de refuerzo ………….. 7
Fig. 1-3 Curva esfuerzo deform modelo simple hormigón armado ….…….. 10
Fig. 1-4 Curva del modelo no confiando de Mander ……………………………. 14
Fig. 1-5 Curva esfuerzo deform para el modelo confinado de Mander………… 15
Fig. 1-6 Curva de esfuerzo deform para el modelo confinado y no confinado de mander
…………………………………………………………………………………. 20
Fig. 1-7 Curva A-B-C-D-E-F de fuerza desplazamiento la misma curva es usada para el
caso de momento rotación ……………………………………………………… 24
Fig. 1-8 Representación de la definición de los links en SAP2000 ……………. 26
Fig. 1-9 Características del Link no lineal ……………………………………… 28
Fig. 1-10 Ejemplo y características del modelo inelástico …………………….. 29
Fig. 1-11 Comportamiento histerético de los links plásticos …………………… 29
Fig. 1-12 Comportamiento histerético Links (2) ……………………………….. 30
Fig. 1-13 Comportamiento histerético Links (3) ……………………………….. 31
Fig. 1-14 Respuesta del modelo inelástico implementado ……………………… 32
Fig. 1-15 Tipos de Degradación definidas por el FEMA 440 ………………….. 36
Fig. 1-16 Modelo elastoplástico de no degradación …………………………… 38
Fig. 1-17 Modelo de endurecimiento de resistencia sin degradación …………. 40
Fig. 1-18 Modelos de histéresis ……………………………………………….. 42
Fig. 1-19 Modelo de Pinching …………………………………………………. 43
viii
Fig. 1-20 Modelos combinados de degradación de rigidez y degradación cíclica de
resistencia (a) degradación moderada de rigidez y degradación cíclica de resistencia y (b)
degradación severa de rigidez y degradación de resistencia cíclica. (Ruiz-Garcia and
Miranda, 2005) ………………………………………………......................... 45
Fig. 1-21 Comportamiento histerético para modelos sujetos al protocolo de carga 1 con
(a) degradación de resistencia cíclica, (b) degradación en cada ciclo ……… 47
Fig. 1-22 Protocolo de carga 1 usado para ilustrar los efectos de degradación de
resistencia cíclica y en cada ciclo ……………………………………………. 47
Fig. 1-23 Protocolo de carga para ilustración de diferencias en degradación de resistencia
y degradación de resistencia en cada ciclo ……………………………………. 48
Fig. 1-24 Resultados historia de carga, ejemplo ……………………………… 48
Fig. 1-25 Descripción del modelo puntal-tensor ……………………………… 49
Fig. 1-26 Propiedades de esfuerzo deformación puntal-tensor. ……………… 51
Fig. 1-27 Propiedades del modelo puntal-tensor de esfuerzo deformación ….. 52
Fig. 1-28 Modelos STM de viga en voladizo (Modelo de N.H.T. To J. M. Ingham y B.J.
Davidson ……………………………………………………………………… 55
Fig 2.1 Esquema representativo del marco …………………………………… 59
Fig 2.2 Historia de desplazamientos controlados …………………………….. 60
Fig. 2.3 Elección de rotulas plásticas en SAP2000 …………………………… 63
Fig. 2.4 Figura No. 2.4 Definición rotulas pláticas de columnas …………….. 64
Fig. 2.5 Definición rotulas pláticas vigas SAP2000 ………………………….. 66
Fig. 2.6 Definición secciones transversales SAP2000 ……………………….. 68
Fig. 2.7 Definición sección de la Vigas SAP2000 …………………………… 69
Fig. 2.8 Definición de historia de Carga en SAP2000 ……………………….. 70
ix