Los ingenieros usan el análisis estructural como una herramienta fundamental para formular decisiones de diseño. Es importante que los ingenieros tengan acceso a varias y diferentes herramientas de análisis y entender el desarrollo asumido y sus limitaciones. Tal entendimiento es esencial para seleccionar la herramienta apropiada para alcanzar los objetivos del diseño.
La Figura muestra las cargas – desplazamiento lateral con curvas de un pórtico usando varios métodos de análisis estructural.
Curvas de cargas–desplazamiento lateral de un pórtico.
En la siguiente tabla reúne las asunciones básicas de estos métodos.
Método | Método de Análisis Estructural | Relaciones Constitutivas | Formulación de Equilibrio | Compatibilidad Geométrica |
1º Orden | Elástico Plástico – rígido Rotula elasto-plástico Plasticidad distribuida | Elástico Plástico – rígido Elástico perfec plástico Inelástico | Geometría Original No deformada | Pequeñas deformaciones Pequeños desplazamientos |
2º Orden | Elástico Plástico – rígido Rotula elasto-plástico Plasticidad distribuida | Elástico Plástico – rígido Elástico perfec plástico Inelástico | Geometría Estructura Deformada (P-Δ y P-δ) | Pequeñas deformaciones y Rotaciones moderadas |
Verdadero (Grandes Deformaciones) | Elástico Inelástico | Elástico Inelástico | Geometría de Estructura Deformada | Grandes deformaciones |
Clasificación.
Los métodos estructurales pueden ser clasificados básicamente en formulaciones de compatibilidad, equilibrio y formulación constitutiva.
Efecto de segundo orden
a. Clasificación basado en la formulación de compatibilidad y equilibrio.
a.1. Análisis de primer orden.- Es un análisis en el cual el equilibrio es formulado con respecto a la geometría no deformada (original) de la estructura. Esta basado en la teoría de las pequeñas deformaciones.
a.2. Análisis de segundo orden.- Es un análisis en el cual el equilibrio es formulado con respecto a la geometría deformada de la estructura. Un análisis de segundo orden usualmente toma en cuenta el efecto P − Δ (influencia de la carga axial actuando a través del desplazamiento asociado con miembro desplazado) y el efecto P −δ (influencia de la fuerza axial actuando a través del desplazamiento asociado, de curvatura de flexión), esta basado en pequeñas deformaciones y pequeños desplazamientos de miembros, pero rotaciones moderadas y teoría de grandes desplazamientos.
a.3. Análisis verdadero de grandes deformaciones.- Es un análisis para el cual son tomados en cuenta grandes deformaciones.
b. Clasificación basada en la formulación constitutiva
b.1. Análisis elástico.- Es un análisis en el cual son formulados las ecuaciones constitutivas elásticas.
b.2. Análisis inelástico.- Es un análisis en el cual son formulados las ecuaciones constitutivas inelásticas.
b.3. Análisis rígido-plástico.- En un análisis en el cual son formulados las ecuaciones constitutivas rígido-plásticas.
b.4. Análisis de rotula elasto-plástico.- Un análisis en el cual es tomado en cuenta el material inelástico usando unas rotulas plásticas concentrado de "longitud-cero".
b.5. Análisis de plasticidad distribuida.- Un análisis en el cual la superficie de plasticidad a través de la sección transversal y a lo largo de la longitud del miembro son modelados explícitamente.
c. Clasificación basada en la formulación matemática.
c.1. Análisis lineal.- Un análisis en el cual las ecuaciones de equilibrio, compatibilidad y constitutivas son lineales.
c.2. Análisis no lineal.- Un análisis en el cual las ecuaciones de equilibrio, compatibilidad y constitutivas son no lineales.
Lineamiento General.
Los siguientes lineamientos pueden ser usados para seleccionar el tipo de análisis.
- Análisis de primer orden pueden ser adecuados para puentes curvos y de vanos medianos. Un análisis de segundo orden es necesario para puentes de vanos grandes, altos y esbeltos. El análisis de segundo orden verdadero es generalmente innecesario para estructuras de puentes.
- Un análisis elástico es suficiente para el diseño basado en la resistencia del material. El análisis inelástico puede ser usado en el diseño basado en el desplazamiento.
- El efecto de arqueo (efecto de flexión sobre miembros de deformación axial) el efecto de Wagner (efecto de los momentos de flexión y fuerzas axiales a través de desplazamientos asociados con los miembros torsionandose)y el efecto de corte sobre miembros sólidos anchos pueden ser ignorados para muchas estructuras de puentes.
- Para no linealidad del acero, debe tomarse en cuenta la fluencia, deformación de endurecimiento y rotura. Para la no linealidad del concreto, debe usarse una relación completa tensión-deformación (en compresión sobre la última deformación). Debe despreciarse la resistencia a la tracción del concreto.
- Otras no linealidades más importantes son la interacción suelo-fundaciónestructura, medios o recursos de modificación de respuesta sísmica (amortiguadores y aisladores sísmicos), conexión flexible, las aberturas por ejemplo de las juntas de dilatación cuando están cerradas y abiertas deben considerarse cuidadosamente.
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