Anexo 07 Model en Sap 2000

ANEXO 07

ANEXO Nº 07

MODELAMIENTO Y ANALISIS ESTRUCTURAL DE UN PUENTE DE SECCIÓN COMPUESTA DE TRAMO SIMPLE MEDIANTE EL

PROGRAMA SAP 2000 Este es un ejemplo de modelamiento y análisis estructural de un puente carretero de superestructura compuesta (viga principal metalicas y tablero de concreto reforzada). Para lo cual previamente se calculará los factores de distribución de carga viva vehicular, éste será idealizado como un pórtico de apoyos articulados con el tablero como una viga de ancho unitario y las vigas metálicas principales como columnas. Luego se aplica una carga vehicular unitaria sobre el tablero (viga) y los factores de distribución serán las reacciones máximas en los apoyos debido a la aplicación de una carga unitaria móvil. A7.1) CÁLCULO DE FACTORES DE DISTRIBUCIÓN PARA MOMENTOS FLECTORES Para calcular los factores de distribución de momentos para un puente de vigas de sección compuesta, se idealizará como un pórtico plano de un solo nivel; en donde las columnas del modelo son las vigas metálicas principales y las vigas del modelo es la losa de concreto armado (tablero del puente) Se empieza por una plantilla tipo pórtico plano “plane” File/New Model de un solo nivel de h=1.80 (peralte de la viga metálica) y 05 tramos de 2.02m (separación de vigas principales); luego se edita la longitudes de los tramos en voladizo. (Figura A1.)

Figura A1: Modelo para calcular factores de distribución para un puente con vigas de sección

compuesta. Se elimina las columnas extremas, con lo cual el modelo queda como un pórtico de 03 tramos y voladizos a cada lado. Se definen los materiales de la viga (losa), que es una losa de concreto armado de peralte 18.5cm y ancho unitario; la columna (viga metálica del puente), que es una placa metálica de espesor 1.20cm y ancho unitario (alma de la viga metálica principal). Figura A2.

______________________________________________________________________________________ANÁLISIS ESTRUCTURAL EN SAP2000 1

ANEXO 07

Figura A2: Sección de losa de concreto idealizada como una viga.

Se define las cargas a aplicar al modelo, una carga muerta propia del peso propio, una carga peatonal que se aplicará en las veredas (tramo en voladizo)

Figura A3: Cargas a aplicar al modelo.

Se asigna una carga peatonal unitaria en el ancho correspondiente a la vereda (ancho 0.80m y carga 0.5 tn/m en cada vereda). Se define la vía sobre la cual se aplicará la carga móvil en el modelo, que será una parte del ancho de la calzada (a 0.60m de la vereda a ambos lados)


ANEXO 07

Figura A4: Definición de la vía de tránsito.

Se define el vehiculo que se aplicara a la vía definida, este será un tren de 02 cargas separadas a 1.80m, cada una con un valor de 0.5 (vista transversal de un camión de diseño).

Figura A5: Vehiculo para determinar los factores de distribución.


ANEXO 07

Se define la clase de vehículos que circulará sobre el tablero para producir los efectos máximos. En este caso se ha definido un solo tipo de vehiculo (VEHICULO1)

Figura A6: Definición de la clase de vehiculo.

Se defines las clases de análisis a realizar por el programa; que será un análisis por carga móvil (No es necesario realizar el análisis por carga muerta y carga peatonal)

Figura A7: Definición de análisis por carga móvil.

Una vez realizada el análisis estructural se pueden mostrar los resultados. Los factores de distribución para cada viga serán las reacciones máximas producidas en cada uno de los apoyos.


ANEXO 07

Figura A8: Reacciones máximas (Factores de distribución).

A7.2) ANÁLISIS DE PUENTE DE SECCIÓN COMPUESTA. Se realiza el análisis estructural de la superestructura del “Proyecto Reconstrucción del Puente Franco”. Las dimensiones de los diferentes elementos estructurales serán las obtenidas mediante la hoja de cálculo DOSPUSCOM-LRFD, que corresponden a las dimensiones de diseño óptimo. El objetivo de este análisis será verificar el análisis estructural de la superestructura.

1) Cambiar a unidades Tn,m C 2) Empezar nuevo modelo en blanco (File, New Model, Initialize Model from Defaults with

Units). Por ser las vigas principales de diferentes secciones (05 secciones) se definirá un modelo de vigas continuas de 09 tramos (cada tramo corresponde a una sección distinta de la viga principal).

Figura A9: Edición de coordenadas de la viga principal del puente.

3) Se edita los apoyos del modelo (quedando solo los apoyos entremos, los apoyos

intermedios se elimina), luego el modelo se replica en otros 02: La primera será para


ANEXO 07

soportan las cargas permanentes, solamente por la sección metálica (soportará el peso propio y de la losa de concreto fresco). La segunda será la sección compuesta que soporta las cargas de larga duración (peso del pavimento y barandas); el tercer modelo será la sección compuesta que soportará las cargas de corta duración (carga peatonal y carga viva vehicular)

4) Se define un nuevo tipo de material que tendrá las mismas características que el concreto pero con el módulo de elasticidad a la tercera parte, este material se utilizará en la sección compuesta para cargas de larga duración.

Figura A10: Definición de un nuevo tipo de material CONC3

5) Se define la sección de la viga metálica para las diferentes secciones del puente. También

se debe ingresar los modificadores de sección, como se muestra en la Figura A12 a fin que el modelo pueda representar las cuatro vigas principales que tiene el puente.

Figura A11: Definición de una sección de la viga metálica principal


ANEXO 07

Se tendrá un total de 05 secciones diferentes que tiene las siguientes dimensiones.

SECCION Peralte

(t3)

Ancho patín superior

(t2)

Espesor patín superior

(tf)

Espesor del alma (tw)

Ancho patín inferior

(t2b)

Espesor patín inferior

(tfb) VIGAM1 1.857 0.40 0.016 0.012 0.45 0.020 VIGAM2 1.857 0.40 0.020 0.012 0.45 0.020 VIGAM3 1.857 0.40 0.020 0.012 0.45 0.025 VIGAM4 1.857 0.40 0.025 0.012 0.45 0.025 VIGAM5 1.857 0.40 0.025 0.012 0.45 0.032

Figura 12: Modificadores de sección para la viga metálica

6) Se definen igualmente 05 secciones compuestas tipo COM(3N) (Defines/Frame

Sections..) y se escoge el tipo de Sección SD (sección compuesta y se editan los valores de la sección metálica, que son las mismas que se definió en el paso anterior; para esta sección compuesta se utiliza el nuevo tipo de material definido (CONC3): También se define 05 secciones compuestas tipo COM(N), que tiene las misma características que las secciones COM(3N), pero esta sección utiliza el material CONC (concreto) y no CONC3.

Figura A12: Definición de la sección compuesta.


ANEXO 07

Figura A13: Sección compuesta para cargas de larga curación (se utiliza el material

CONC3 7) Se asigna cada una de las secciones definidas a los modelos creados: Las secciones

VIGAM se asigna la primer modelo, las secciones COM(3N) se asigna al segundo modelo y las secciones COM(N) se asigna al tercer modelo.

8) Se define las cargas a aplicar al modelo, estas serán una carga DC1 a ser aplicada a la sección sola de acero, para esto se considera el peso de la losa, peso de vigas diafragmas, atiesadores y conectores. No se considera el peso del encofrado de la losa ni del personal y equipo durante la colocación del concreto (se asume que el concreto será colocado de un lado a otro, entonces no se producirá la superposición de la cargas del concreto fresco y el equipo). Las cargas que soportara la viga metálica sola serán: Losa de concreto 0.185m(8.90m)(2.40) =3.952 tn/m Vigas diafragma, atiesadores y conectores (0.100 tn/m por viga) =0.400 tn/m Carga total (DC1) =4.352 tn/m El peso propio de las vigas metálicas será calculado por el programa. Las cargas de larga duración que se aplicará a la sección compuesta serán las correspondientes al peso del pavimento y barandas. Pavimento de asfalto 0.05(7.20)(2.20) =0.792 tn/m Barandas (0.10tn/m cada baranda) =0.200 tn/m Carga Total DC2 =0..992 tn/m La carga peatonal a considerar será de 0.360 tn/m2 en un ancho de 0.80m a ambos lados que hace un total de 2(0.36)(0.8)= 0.576 tn/m

9) Se asigna cada una de las cargas definida a los modelos: Las cargas DC1 se aplican al primer modelo, las cargas DC2 se aplican al segundo modelo y la carga peatonal se aplica al tercer modelo.

10) Se define las vías de transito que son 02 vías


ANEXO 07

Figura A14: Definición de la primera vía de transito

11) Luego se define los tipo de vehículos a aplicar a las vías de tráfico definida que será los

camiones estándar que tiene incorporado en el programa HL-93M (Tandem de diseño más sobrecarga distribuida con 33% de efecto dinámico) y HL-93K (camión de diseño más sobrecarga distribuida, también con el 33% de efecto dinámico).

Figura A15: Definición de tipos de vehiculo

12) Se define las clases de vehiculo que serán conformada por el vehiculo HL-93M-1 y HL-

93-K-1. Se define los tipos de vehiculo para que el programa pueda establecer el tipo de carga móvil que produce los efectos máximos.


ANEXO 07

Figura A16: Definición de las clases de vehículo.

13) Se define el tipo de análisis a realizar se definirá 03 tipo de análisis: Uno ESTATICO para

cargas DC1, DC2 y peatonal con un coeficiente de 0.25 (significa que las cargas DC1, DC2 y peatonal, se distribuyen en partes iguales sobre las 04 vigas principales). Un análisis por carga móvil para vigas interiores MOVIL(VINTERIOR) y un análisis por carga móvil para vías exteriores MOVIL(EXTERIOR), cada unos con los factores de distribución calculado anteriormente.

14) Se realiza el análisis estructural, de donde de obtiene los momentos debido a cada caso de carga y análisis.

Figura A17: Definición del tipo de análisis estático


ANEXO 07

Figura A18: Definición del tipo de análisis por carga móvil para vigas interiores

15) Se extrae las propiedades de los diferentes tipos de sección y estado con lo cuales se

calcula los esfuerzos en el extremo interior de la sección. Cabe destacar que para la viga metálica sola el programa nos da como resultado el modulo de sección correspondiente a la fibra superior (compresión), por ser donde se produce el esfuerzo crítico; para calcular los esfuerzos producidos en la viga metálica se utiliza el esfuerzo en tensión, para lo cual el módulo de sección es 0.0339m3 y no 0.0255 (este se utiliza para calcular el esfuerzo de compresión) como muestra el programa. Con estos valores se obtiene los siguientes resultados.

Figura A19: Propiedades de la viga metálica en la sección central.


ANEXO 07

Figura A20: Propiedades de la viga compuesta para cargas de corta duración en la sección

central.

Figura A21: Propiedades de la viga compuesta para cargas de larga duración en la sección

central. Según la combinación de cargas SERVICIO II del AASHTO-LRFD el esfuerzo de servicio debería ser menor a 0.95Fy.(Fy=2530.0Kg/cm2, 0.95Fy=2,403.0Kg/cm2). La combinación de cargas de SERVICIO II se define como. SERVICIO II= DC+DW+1.30(LL+IM+PL)

ESTADO S1 S2 S3

Sección VIGAM COM(3N) COM(N) Elemento Momentos DC1 (tn.m) 289.81 0.00 0.00 Viga metálica y losa Momentos DC2 (tn.m) 0.00 49.60 0.00 Baranda y pavimento Momentos PL (tn.m) 0.00 0.00 28.80 Peatones Momento LL (tn.m) 0.00 0.00 335.53 Carga Móvil Momento Total (tn.m) 289.81 49.60 364.33 Modulo de Sección (m3) 0.03068 0.03632 0.03968 Esfuerzo (Kg/cm2) 944.62 136.58 918.08 Esfuerzo de SERVICIO II (Kg/cm2) 2,274.70

Se concluye que el esfuerzo en la sección central, se encuentran por debajo del esfuerzo de fluencia del acero estructural.


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