Análise de estruturas 3D com o programa SAP2000 – V11.0.4

Transcripción

Análise de estruturas 3D com o
programa SAP2000 – V11.0.4
Hugo Rodrigues
2008
Análise de estruturas 3D com o programa SAP2000
1. Introdução
Este documento tem por finalidade auxiliar a modelação tridimensional de estruturas de betão
armado utilizando o SAP2000 (V11.04). Será apresentado um exemplo de um edifício de betão
armado, com 3 pisos, composto por lajes, vigas e pilares.
O SAP2000 é um programa de análise tridimensional de estruturas, que permite a utilização de
análises lineares e não-lineares estáticas e dinâmicas.
2
2. Caso de Estudo
Pretende-se analisar um edifício com 3 pisos, composto por 2 pórticos principais espaçados de
4.8m, sendo o piso com lajes maciças de 18cm de espessura. Como restantes cargas
permanentes será considerado 1.5kN/m2, correspondente às paredes divisórias e 1.0kN/m2,
correspondente aos revestimentos. A figura seguinte ilustra as plantas esquemáticas do edifício.
Materiais: C20/25; A400.
3
3. Iniciar um Novo Modelo
A análise do edifício tipo definido na figura anterior será efectuada com base num modelo de
cálculo 3D constituído por elementos de barra a simular as vigas e pilares e elementos de casca
para simular lajes. Teremos portanto uma análise 3D com 6 graus de liberdade por nó.
Existem diferentes formas de criar o modelo geométrico da estrutura em estudo. Esta pode ser
criada directamente no SAP ou no AUTOCAD.
Definição de um novo modelo no SAP
1 – Iniciar a definição de um novo modelo.
2 - No menu “File” seleccionar “New Model”
3 - Seleccionar o botão assinalado “Initialize
Model from Defaults with Units” e seleccionar
as unidades de trabalho pretendidas
4- Iniciar o modelo com a definição de uma
grelha de referência. Seleccionar o botão “Grid
Only”.”
A opção “grid only” permite a definição de uma
grelha de referência para desenho posterior da
estrutura.
4
5 – A Janela de opção “Quick Grid Lines”
permite definir a grelha geral, número de
alinhamento necessários para desenhar o
modelo em X, Y e Z, assim como o
espaçamento entre alinhamentos que é muito
útil para estruturas regulares. Assim, para o
caso em estudo, é necessário algumas
adaptações à grelha no que se refere às cotas
em Z dos alinhamentos.
6 – No menu “Define” seleccionar “Coordinate
Systems/Grids”, para se proceder ao acerto da
grelha
7 – Seleccionar “Modify/Show System”, para
se proceder ao acerto da grelha
5
8 – Alterar as coordenadas das linhas de
referência
editando
directamente
os
respectivos valores nas janelas assinaladas
9 – Criar novas linhas de grelha editando
directamente.
10 – Alterar o tamanho da identificação da
grelha que aparecerá no modelo
11 – No final clicar em “OK”
Adicionar barras
1 – Na barra de tarefas à
esquerda seleccionar o botão
assinalado
2 – Seleccionar na caixa activa
a secção da barra a introduzir
3 – Definir a barra clicando em
dois nós da grelha definida
4 – Repetir as operações
anteriores para as restantes
barras
6
Definição de um novo modelo no SAP com recurso ao AutoCAD
A estrutura pode ser criada directamente no SAP2000, mas é mais fácil desenhá-la no Autocad e
depois exportá-la para o SAP.
No AutoCAD:
Criar um layer para cada elemento da estrutura: Layer → New
Desenho tridimensional de todos os elementos estruturais. A estrutura deve ser colocada com
um ponto na origem (0,0,0), para facilitar a verificação das coordenadas dos nós no SAP200.
Vigas e pilares são desenhados com linhas e as lajes são definidas com 3D faces.
7
No SAP2000
1 – Iniciar a definição de um novo modelo.
2 - No menu “File” seleccionar “New Model”
3 - Seleccionar o botão assinalado
“Initialize Model from Defaults with Units”
e seleccionar as unidades de trabalho
pretendidas
4- Iniciar o modelo em branco “blank”
8
5 - Seleccionar o menu “File”.“Import” – “AutoCAD –dxf file”
6 - Seleccionar o ficheiro dxf com
o modelo definido.
7 - Abrir
8 - Seleccionar o eixo vertical e as
unidades
9 – Seleccionar “OK”
9
9 - Seleccionar a layer a importar
10 – seleccionar “OK”
De forma a facilitar a futura manipulação da
estrutura podem ser criardos grupos
associando elementos estruturais. Por
exemplo:
1 – Seleccionar todos os pilares
2- Menu- “assign” – “Assign to Group”
3- Adicionar um novo grupo – Seleccionar
“add New Group”
10
4 – Identificar o Grupo
5 - OK
Refazer a mesma acção para as vigas.
Para ver apenas um dos grupos: o procedimento é:
Com os grupos definidos pode ser visualizado
apenas os elementos de um determinado
grupo.
Selecionar o grupo que se pretende visualizar:
1 - Menu “select” – “Select”- “Groups”
2-
Visualizar
apenas
o
grupo
seleccionado:
menu: “View”- “Show Selection only”
11
Importar lajes
De forma idêntica à importação das barras,
procede-se agora à importação dos painéis de
laje. Ao importar as lajes estas ficam
seleccionadas e assim pode ser criado de
imediato um grupo para as lajes.
Refinamento da malha das lajes
Os painéis de lajes importados representam
apenas 1 elemento finito, assim este deve ser
refinado num maior número de elementos,
afim de representar melhor o comportamento
desenhado.
1 - Seleccionar as lajes: Menu “select” –
“Select”- “Groups” – seleccionar o grupo das
lajes
2 - Refinar os painéis de laje: menu “edit – edit
Areas – Divide Areas”
Existem duas opções de refinamento.
3 - Numero divisões em cada direcção ou
tamanho máximo de cada dimensão do
elemento.
12
13
4. Definição de Materiais Lineares
1- Menu: “define” – “materials”
2 - Adicionar um novo material Seleccionar
“add New Material”
Neste menu podem ser geridos os materiais,
nomeadamente apagar, adicionar ou modificar
um material.
3 - Para a análise em causa deve identificar-se
o material, e alterar o módulo de elasticidade e
o peso volúmico.
14
5. Definição das secções de barras
1 - Menu “define” – “Frame Sections”
Janela de gestão das secções tipo das barras,
onde podem ser adicionadas novas secções,
modificadas ou apagadas.
1 - Adicionar uma nova secção “add New
property”
2 – selecionar o tipo de secção betão, aço …
esta opção condiciona o tipo de secções que
se podem adicionar.
3 - Seleccionar – “concrete”
4 - Seleccionar – “Rectangular”
15
5 – Identificar a secção
6 – Identificar o material tipo associado a esta
secção
7 – Indicar dimensões da secção
Todas as secções tipo definidas.
16
6. Associar secções às respectivas barras
Seleccionar todas as vigas
1 - Menu “Select” – “Select” – “Groups” –
“Vigas”
2 – “Assign” – “Frame Sections”
3 - Seleccionar a secção tipo a associar aos
elementos seleccionados.
4 - OK
Fazer os passos anteriores para os pilares de canto e centrais.
17
Verificar as secções:
É
importante
verificar
as
secções
introduzidas, principalmente se a direcção
considerada pelo programa corresponde à
direcção pretendida.
1 - Seleccionar o quadro de opção de
visualização: “set Display Options”
2 - Selecionar “extrude View”
3 - Verificar no programa as
dimensões das secções.
18
7. Definição das secções das lajes
Permite gerir as secções tipo de lajes
1 - Menu: “Define” – “Area Sections”
2 - “add New Section”
3 - Identificar a laje
4 – Escolher o material tipo
5 – Identificar a espessura equivalente de
membrana e de flexão
19
Para associar a secção tipo às lajes
existentes no modelo:
6 – Seleccionar as lajes: “Select” –
“Select” – “Groups” – “Lajes”
7 – Menu: “Assign” – “Area” – “Sections”
8 - Escolher a laje tipo previamente definida.
20
8. Apoios
1 - Seleccionar os nós que se pretende
restringir algum dos graus de liberdade
2 - Menu: Assign – Joint - Restraints
Existe um menu com os apoios típicos.
3 – Seleccionar as restrições nodais
pretendidas ou seleccionar o apoio nos
atalhos.
21
Podem ainda ser impostas outras condições
fronteira em nós:
1 – Seleccionar os nós
2 – “Assign” – “Joint” – “Springs”
3 - Pode impor-se molas num ou em vários
graus de liberdade dos nós seleccionados.
22
9. Definições de Casos de Carga
1. Deve definir-se para cada acção um caso de
carga. Desta forma, será associado a cada caso de
carga
o
conjunto
de
cargas
(distribuídas,
concentradas) da respectiva acção.
2. No menú “Define” seleccionar “Load Cases…”
3. Na caixa activa “Define Loads” adicionar os casos de carga alterando os parâmetros
assinalados e clicando no botão “Add New Load” - Se na acção DEAD (peso próprio) for
definido o coeficiente 1 no parâmetro “Self Weight Multiplier”, o programa inclui
automaticamente o peso próprio da estrutura definida (vigas, pilares e lajes).
4. Neste exemplo foram definidos 3
casos de carga correspondentes a:
- DEAD = peso próprio
- RCP = restantes cargas permanentes
- Sobrecarga1 = sobrecarga
5. Inseridas todas as acções clicar em “OK”
23
10.Casos de Análise
1. Um caso de análise corresponde a um cálculo que se pretende
efectuar. Podemos definir um único caso de análise (cálculo estático
linear) incluindo nesta análise todos os casos de carga, ou definir um
caso de análise para cada caso de carga.
2. O programa estabelece por defeito um caso de análise associado a
cada caso de carga definido anteriormente. Esta modalidade é prática
facilitando a definição das combinações a efectuar.
3. Para verificarmos os casos de análise estabelecidos seleccionar no
menu “Define” - “Analysis Cases…”
Aparecem definidos os casos de análise
na caixa activa “Analysis Cases”
4. Seleccionando o botão “Modify/Show
Case…” podemos verificar na caixa
activa “Analysis Case Data” o tipo de
análise a efectuar (estática linear) e o/os
caso/s de carga associado/s ao caso de
análise.
5. No final clicar em “OK”
24
11.Definição de combinações:
1 - No menu “Define” seleccionar
“Combinations…”
2 - Para definir uma nova combinação
clicar no botão “Add New Combo…”
3.
Na
caixa
activa
“Response
Combination Data” definir: - nome da
combinação (COMB1)
- Adicionar as acções e respectivos
coeficientes de combinação
4. No final clicar em “OK”
5. Repetir os pontos 2 a 4 para as
restantes combinações.
25
12.Aplicação de cargas
Cargas em lajes
Seleccionar as lajes
1
-
Aplicação
de
cargas
distribuídas nas lajes
2 - Seleccionar as lajes através
do ponteiro ou através da
selecção de grupos
3
-
No
menu
“Assign”
seleccionar “Area Loads”
4 - Editar na caixa activa “Area Uniform
Loads” :
- o caso de carga
- o valor da carga
(no exemplo foi introduzido, no caso de
carga
Sobrecarga,
uma
carga
distribuída de 2kN/m2 em todas as
lajes)
5 - No final clicar em “OK”
Nota: a direcção da gravidade está
associada à direcção do eixo Z no
sentido negativo
26
13.Correr a análise
1. No menu “Analyze” seleccionar “Run
Analysis”
2. Verificar se na caixa activa
estão seleccionadas todas as
acções a calcular.
3. Seleccionar na caixa activa
o botão “Run Now”
27
14.Visualização de resultados:
1 - Seleccionar no menu “Display” – “Show
Deformed Shape …”
2 - Seleccionar o caso de carga na caixa
activa “Deformed Shape”
28
3 - Seleccionar com o rato um nó
e clicar no botão direito para
visualizar informação detalhada
dos deslocamentos do nó
Esforços nas barras
1 - Seleccionar no menu “Display” – “Show
Forces/Stresses” – “Frame/Cables”
29
2 - Seleccionar o caso de carga e o esforço
pretendido na caixa activa “Member Force
Diagrams for Frames”
3 - Para visualizar informação
detalhada de uma barra, seleccionar
a barra com o rato e clicar no botão
direito. Aparece a caixa activa
“Diagrams for Frame …”
30
15.Consideração do faseamento construtivo
Para proceder à consideração do faseamento construtivo é necessário ter o modelo global da
estrutura definido. Admitindo o exemplo construído neste documento, será demonstrada a
consideração do faseamento construtivo considerando 3 níveis de construção relativos aos 3
pisos do edifício.
Assim para proceder à definição das diferentes fases do processo construtivo a primeira acção é
definir grupos que agrupam os elementos relativos a cada fase.
1 - Selecção dos elementos relativos ao piso 1
2 – Menu “Assign” – “Assign to Groups”
31
3 – Na janela de gestão de grupos, adicionar
um novo grupo “add New Group”
4 – Identificar o piso
5 – Verificar que a opção “StaticNL Structure
Stage” está seleccionada.”
6 – Repetir o passo 1 a 5 para os outros 2
pisos.
Estrutura com os 3 grupos definidos.
32
Definição de um novo caso de análise
7 – Menu “Define” – “analysis cases”
8 – “Add New Case”
9 – Identificação do caso de Carga
10 – Seleccionar no tipo de analise
“Nonlinear Staged Construction”
11 – Na definição das fases construtivas,
definir 3 fases.
33
12 – Selecção de uma fase construtiva
Na janela Data For Stage …(Fase escolhida no passo
anterior)
13 – Adicionar a estrutura relativa a essa fase
14 – Adicionar os casos de carga que devem estar
associados a essa fase construtiva.
15 – Repetir o passo 12 a 14 para as restantes fases
definidas.
Deve ainda ser tido em conta os resultados
que se pretendem da análise.
16
-
Na
opção
“Results
Saved”
–
“Modify/Show”
17 – Seleccionar “end of Each Stage” para
visualizar os resultados de cada fase
construtiva definida.
A visualização dos resultados desta análise é semelhante ao explicado no ponto de visualização
de resultados, apenas é necessário identificar em que fase se pretendem ver os resultados.
34
16.Validação dos Resultados
É fundamental proceder-se a verificações, durante e no fim da introdução dos dados, para
reduzir a possibilidade de erros.
Os resultados obtidos com este programa ou com qualquer outra ferramenta de cálculo só
devem ser considerados aceites depois de validados. Entenda-se por validação a verificação
com recurso a meios simplificados dos resultados.
35

Análise de estruturas 3D com o programa SAP2000 – V11.0.4

Transcripción

Documentos relacionados

Curso: Excel Avançado

a maneira mais fácil e eficaz de aprender a desenhar e pintar

Introdução aos Sistemas de Gestão de Bases de Dados usando o

Voxtel M410 - AEG Telephones

DVD Player DV556 DV586 MANUAL DE

sistema multimídia outlander

目錄 - Claro