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Entrenamiento de midas Civil

Análisis Sísmico de Puentes

Edgar De Los SantosMIDAS IT

8 de Marzo de 2017

1. Análisis Sísmico

2. Análisis Estático

3. Análisis de Espectro de Respuesta

4. Análisis Tiempo Historia

5. Análisis Pushover

Contenido

Análisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales

Análisis Sísmico

Análisis Sísmico

El análisis Sísmico es un subconjunto de análisis estructural y es el cálculo de la respuesta de un edificio/puente o estructura a los terremotos. Es parte del proceso de diseño estructural, ingeniería sísmica o la evaluación estructural y retrofit en las regiones donde los terremotos son frecuentes.

¿Por qué es importante el análisis sísmico?

Análisis sísmico nos permite visualizar el la respuesta del puente en el terremoto, lo que nos permite obtener las fuerzas adicionales o deformaciones que se generarían como resultado de un terremoto.

Así, la estimación adecuada de fuerzas se realiza y podemos diseñar la estructura para soportar un nivel particular.

Consecuencias de los terremotos

Consecuencias de los terremotos

• Cargas laterales aplicadas por el terremoto• Cargas repentinas aplicadas: Vibración• Fuerzas adicionaeles debido a efectos P-Delta• Comportamiento Non-lineal de Acero y Concreto


Tipos de Análisis Sísmicos

Estructura/AcciónEstático Dinámico

Elástico Método de Fuerza Equivalente Espectro de Respuesta

Non-lineal Pushover Tiempo Historia No-lineal


Análisis Estático


Análsis Sísmico Estático

Análisis Sísmico Estático Equivalente

La carga sísmica es representada por cargas estáticas aplicadas endirección lateral de la estructura.

Pros

• Relativamente sencillo de entender y aplicar• No necesita de cálculos rigurosos y es relativamente rápido

Cons

• No toma en consideración la respuesta dinámica de la estructura• La no linealidad del material es ignorada• No lleva a una respuesta detallada en terremotos

Análisis de Espectro de

Respuesta


Análisis de Espectro de Respuesta


El Espectro de Respuesta es una gráfica de la respuesta máxima o estado estacionario (desplazamiento, velocidad o aceleración) de una serie de osciladores de frecuencia natural variable, que se ven obligados a moverse por la misma vibración base o shock

Propósito de Análisis de Espectro de Respuesta

Análisis Dinámico de una estructura sujeta a una excitación de terremoto usando el espectro de respuesta .




Pros

• Aplica la ecuación dinámica de movimiento para la determinación de la fuerza del terremoto

• Se consideran diferentes modos de excitación para obtener el efecto del terremoto• Se considera el amortiguamiento para la obtención de los resultados

Cons

• La no linealidad del material es ignorada• No lleva a una respuesta detallada en terremotos• Varios métodos de combinación y los resultados dependen

de estos


Análisis de Espectro de RespuestaAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales

Análisis Eigenvalue

Masa Modal Efectiva

Factor Direccional Modal

Periodo

Frecuencia

Análisis Espectro de Respuesta

Modos de Vibración

**Se debe realizer el análisis Eigenvalue.


Funciones de Espectro de Respuesta

Casos de Carga de Espectro de Respuesta

Resultados de Espectro de Respuesta

Procedimiento para el Análisis de Espectro de Respuesta:


Paso 1: Response Spectrum Functions

Load -> Response Spectrum Analysis -> Response Spectrum Analysis Functions

Se puede utilizar un espectrode diseño desde la base de

datos de midas Civil

Normalized Acceleration : El espectro se obtiene dividiendo la aceleración espectral entre la aceleración de la gravedad

Acceleration : Espectro de aceleración

Velocity : Espectro de Velocidad

Displacement : Espectro de desplazamiento


Paso 2: Casos de Carga del Espectro

Load -> Response Spectrum Analysis -> Response Spectrum Load Cases

Excitation Angle

Cuando la dirección de la excitación sísmica es paralela al plano X-Y, el signo del ángulo de la carga sísmica (en grados) se refiere al eje Z utilizando la regla de la mano derecho.El ángulo es cero en el eje X del GCS (Global Coordinate System).


Método Complete Quadratic Combination (CQC): Esta combina los resultados espectrales utilizando el amortiguamiento estructural y la proporción de las frecuencias relativas. El acto de combinación quita el signo del resultado, resultando en solo una magnitud como respuesta final.


Select Mode Shapes

Seleccione los modos para combinación modal. Utilizando la opción de Select Mode Shapes,combine los modos linealmente mientras inserta los factores de modos de vibración directamente

Add Signs (+,-) to the results:

Especifica si se restablecen los signos eliminados durante la combinación modal y especifica el método de restauración

Along the Major Mode Direction:Restablece los signos de acuerdo a los signos (+, -) del modo principal para cada dirección de carga.

Along the Absolute Maximum Value: Restablece los signos de acuerdo a los signos de los valores absolutos máximos de todos los resultados modales.


1. Corrección por Relación de Amortiguamiento : Cuando un solo espectro es seleccionado, se utiliza una ecuación de modificación para ajustar el espectro para aplicar cada modo teniendo la relación de amortiguamiento correspondiente.

Interpolation of Spectral Data

Seleccione el método de interpolar los datos de carga del espectro.Linear : Método de interpolación LinealLogarithm : Método de interpolación en escala logarítmica.

Para buscar la curva espectral para diferentes proporciones de amortiguamiento se utilizan los siguientes métodos:


Modal El usuario define la relación de amortiguamiento paracada modo, y la respuesta modal será calculadabasada en las relaciones de amortiguamientodefinidas por el usuario.

Mass & Stiff Prop.Los coeficientes de amortiguamiento son computadospara el amortiguamiento proporcional de masa y elamortiguamiento proporcional de rigidez.

Strain Energy Prop. Las relaciones de amortiguamiento para cada modoson calculadas automáticamente utilizando lasrelaciones de amortiguamiento especificadas porgropos de elementos y grupos de elementos de bordeen Group Damping, los cuales son utilizados paraformular la matriz de amortiguamiento.

Análisis Tiempo Historia




• Analiza la estructura aplicando una historia de aceleración a la base de la estructura• Toma tiempo y los resultados pueden cambiar Time substancialmente entre los records

Tipos de Análisis Tiempo Historia:

Análisis Tiempo Historia con Condiciones de borde no lineales.

Es utilizado para analizar estructuras con condiciones de apoyo no lineales como aisladores en la base, amortiguadores viscosos en un evento sísmico.

Análisis Tiempo Historia Inelástico.

Es un análisis dinámico que considera la no-linealidad del material de la estructuctura




Pros:

• Consideración de Ecuación Dinámica de Movimiento• Comportamiento Nolineal del Concreto y Acero es considerado• Da el desplazamiento, velocidad o aceleración de estructura con tiempo en

un terremoto• Considera el amortiguamiento

Cons:

• Muy difícil de entender y aplicar• Requiere de software• Requiere varios parámetros adicionales para realizarse


Análisis Tiempo HistoriaAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales


Linear Case

Non Linear Case

R(x,xa) : Viscous DampingFs(x): Variable Stiffness


Inserción de los links no lineales

Definición de los casos de carga de tiempo historia

Ejecución del análisis tiempo historia no lineal

Verificación de los resultados

Defina las propiedades para los links no lineales

Procedimiento para Análisis Tiempo Historia:

Función de Tiempo Historia

Aceleración del suelo


Paso 1: Definición de las propiedades no lineales de los links

Model -> Boundaries -> General Link Properties


Aisladores en la base:

Aisladores de núcleo de plomo

Aislador de péndulo de fricción

Base Isolators Provided in midas Civil

Amortiguador ViscoelásticoGapHookSistema HisteréticoAislador de núcleo de plomoAislador de péndulo de fricción


Paso 2: Asignación de los Links generales

Model -> Boundaries -> General Link


Paso 2: Definición de los casos de carga de Tiempo Historia

Load -> Time History Analysis Data -> Time History Load Case

Transient: Análisis tiempo historia se lleva a cabo cargandouna función en el tiempo solamente una vez. Este es un tipo de análisis tiempo historia común para cargas de sismos.

Periodic: El análisis tiempo historia se lleva a cabo a través de cargas repetitivas usando una función de carga en el tiempo, la cual tiene un periodo idéntico al del final del tiempo en la función. Este tipo se aplica en vibración de máquinas.


Order in Sequential Loading:

Seleccione una condición de análisis tiempo historia definido previamente, el cual precede la condición de análisis definida actualmente. El tipo de análisis y el método de análisis de la condición actual del análisis tiempo historia debe ser consistente con esos que preceden la condición de carga.

Paso 2: Definición de los casos de carga de Tiempo Historia

Load -> Time History Analysis Data -> Time History Load Case


Damping Method:

El método de amortiguamiento puede ser uno de los siguientes: 1. Modal 2. Element Mass & Stiffness Proportional3. Strain Energy Proportional

Para el Element Mass & Stiffness Proportional la relevancia debe ser proporcionada en : Model -> Properties -> Group Damping: Element Mass and Stiffness Proportional


El usuario puede seleccionar la funciónn de análisis tiempo historia de la lista de varias bases de datos de terremotos o se puede generar su propio terremoto:

Load -> Time History Analysis Data -> Time Forcing Function


El ángulo rotacional con relación al eje Z del GCS que significa la Dirección de la componente horizontal de la aceleración del suelo. La convenciónde los signos es (+) en dirección contra las Manecillas Del reloj y (-) en dirección de las manecillas del reloj, con referencia al eje X.

Seleccione la dirección del sismo para X,Y y Z.

Load -> Time History Analysis Data -> Ground Acceleration


El usuario puede realizar el análisis tiempo historia con carga móvil utilizando esta función.

El usuario necesita definir las cargas móviles como cargas nodales dinámicas.

Load -> Time History Analysis Data -> Dynamic Nodal Loads


Load -> Time History Analysis Data -> Multiple Support Excitation

En una estructura con varios apoyos, se pueden aplicar distintas funciones en términos de aceleración del suelo con tiempos diferentes.

Análisis Pushover


Análisis Pushover

Qué es el Análisis Pushover?

Análisis Estático Inelástico de una estructura utilizando un patrón de carga especificado (constante o variable) desde cero carga hasta un desplazamiento último prescrito.

Análisis Pushover:

Pros

-Fácil de entender y aplicar-El comportamiento no lineal del concreto y acero son considerados-Consideración de los efectos de segundo orden (P delta)-Se consideran modos de excitación diferentes en la obtención el efecto del terremoto-El amortiguamiento es considerado en la obtención de resultados

Cons

-No se considera la ecuación dinámica de movimiento-La estructura está supuesta a excitar sólo en una dirección o modo-Varios métodos de distribución de fuerzas, por lo tanto ningún esquema especificado


Performance Based Seismic DesignAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales

Comportamiento no lineal del material

El material estructural tiene comportamiento no lineal, por tanto luego de la carga, loselementos responden en forma no lineal


Análisis Pushover

Análisis Pushover

1

1

1

1

2

2

2

2

Análisis Pushover

Combina los incrementos de carga con comportamiento no lineal


Análisis Pushover

Factores que afectan el análisis Pushover

1. Comportamiento no lineal del material

2. Tipo de aplicación de carga

3. Comportamiento no lineal de la fundación


Análisis Pushover

Análisis Pushover

Al incrementar la cortante en la base, la estructura va de lineal a nolineal y se obtiene el espectro de capacidad de la estructura.


Análisis Pushover

Punto de desempeño


Determinación de la Capacidad


1. Comportamiento no lineal del material

Para miembros en flexión: Momento Curvatura es definidoPara miembros en compresión: Interacción PM es considerada


Determinación de la Capacidad


2. Tipo de aplicación de carga

Las cargas aplicadas en incremento son generalmente:

1. Aceleración Uniforme2. Basada en formas de modos

Model

1 2 4 8

1 2 3 6

1 2 2 4

1 2 1 2


Determinación de la CapacidadAnálisis Sísmico & Diseño de Puentes Convencionales

Definición de los casos de carga

Definición de las propiedades de las rótulas

Asignación de las propiedades de las rótulas

Resultados

Definición del Pushover Global Control

Procedimiento para el Análisis Pushover:


Design -> Pushover Analysis -> Pushover Global Control

Seleccione el caso de carga como carga inicial para el análisis pushover

Relación de Reducciónde Rigidez para la curva


Design -> Pushover Analysis -> Pushover Load Cases

Use Initial Load : Acumula la reacción/desplazamiento debido a la carga inicial enlos resultados de análisis de pushover.

Reaction by Initial Load : Acumula la reacción debido a la carga inicial

Displacement by Initial Load : Acumula el desplazamiento debido a la carga inicial


Design -> Pushover Analysis -> Pushover Load Cases

Load Pattern

Load Pattern: Seleccione el patrón de carga de el modo de vibración aceleración modal o uniforme

Mode: Seleccione el modo


Design -> Pushover Analysis -> Pushover Hinge Properties

Interaction Type:

Seleccione el nodo para los elementos BeamSeleccione P-M-M en estado de deformación para elementos de columnas

Components:

Siempre seleccione Fx para columnas (Interacción PMM)

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Gracias

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