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Análisis no lineal y evaluación del desempeño estructural
Características y Funcionalidades
Componentes Estructurales
Elementos
PERFORM-3D incluye los siguientes tipos de elementos:
- Elementos de barra para vigas, pilares y arriostramientos
- Elementos de muro para muros resistentes
- Elementos de losa para pisos
- Elementos de barra (solo con rigidez axial) de varios tipos
- Restricciones de pandeo en arriostramientos
- Elementos de contacto tipo ("Gap")
- Aisladores de base (“Friction”, “Rubber”, y “Triple Pendulum”)
- Amortiguadores con relación no lineal de tensión/deformación
- Opción "panel zone" para modelar la deformación por corte en las conexiones viga-pilar
- Opción "Infill panel" para tener en cuenta solo la rigidez y resistencia al corte en las conexiones viga-pilar
- Opción “Gages” para el cálculo de deformaciones, donde se considera la ausencia de rigidez para la determinación de la ratio de deformación “demand/capacity”
Componentes
En PERFORM-3D la mayoría de los elementos están compuestos por un determinado número de componentes. Por ejemplo, un elemento de viga podrá estar constituido por diversos componentes.
Propiedades de los componentes
Todos los componentes inelásticos tienen esencialmente la misma relación tensión-deformación. PERFORM-3D tiene en consideración la relación trilineal de cada componente y la respectiva pérdida de rigidez.
Histéresis
La histéresis para un determinado componente, puede contabilizar la degradación de la rigidez. Cada ciclo está debidamente representado para que el usuario pueda comprobar si tiene la forma esperada.
Deformación
La capacidad de deformación se puede especificar para cada componente inelástico, pudiendo evaluar las ratios de “demand/capacity”. Esta se puede especificar mediante 5 niveles de rendimiento.
Comprobación de seguridad de la sección
PERFORM-3D incluye un amplio número de componentes, elásticos e inelásticos. La comprobación de la seguridad de la sección (D/C ratios) se determina respetando los siguientes puntos:
- Se calculan las ratios D/C de deformación para los componentes inelásticos
- Comprobación de la ductilidad para los componentes que puedan exhibir un comportamiento inelástico
- Se calculan las ratios D/C de resistencia para los componentes elásticos
- Comprobación de la rigidez para los componentes elásticos que exhiben un comportamiento esencialmente elástico
Estados límite
El número de componentes con ratios D/C puede ser ilimitado. Para simplificar la toma de decisión, podrán agruparse los componentes cuyos valores de ratio D/C sean semejantes. Un ejemplo de un valor D/C es la evaluación de la tensión-extensión en el hormigón para un muro. Cada estado límite tiene una “ratio de uso” que equivale a la máxima ratio D/C para cualquier componente. Para que una estructura satisfaga los requisitos de rendimiento, las ratios de uso no pueden superar 1,0 para cualquier estado límite.
Estructuras porticadas
Las estructuras porticadas consisten en elementos de vigas y muros. Estas pueden estar constituidas por varios componentes y pueden ser elásticos o inelásticos. Los efectos P-delta pueden considerarse o ignorarse.
Muros
Los muros resistentes se modelan a través de elementos planos. Los muros pueden tener comportamiento inelástico a la flexión y al corte. Las vigas que unen varios muros resistentes (“coupling beams”) se modelan generalmente a través de elementos de viga, con comportamiento inelástico ya sea a la flexión ya sea al corte.
Análisis
Tipos
PERFORM-3D realiza los siguientes tipos de análisis:
- Modos de vibración, periodos y masa
- Cargas gravitacionales
- Pushover estático
- Time-History
- Espectro de respuesta (con limitaciones)
Realiza análisis no lineales incluso para componentes inelásticos con rigidez negativa y en situaciones donde los efectos P-delta causan inestabilidad estructural.
Sequencias
El análisis secuencial más común es:
- Aplicación de las acciones gravitacionales
- Cálculo de uno o más análisis pushover, con acciones gravitacionales constantes
- Cálculo de uno o más análisis de espectros de respuesta, con acciones gravitacionales constantes
Una secuencia genérica puede aplicarse también, como por ejemplo un análisis pushover cíclico:
- Aplicación de las acciones gravitacionales
- Suma de cargas de pushover para especificar un determinado desplazamiento relativo ("drift")
- Etc., incrementación progresiva del desplazamiento relativo ("drift") especificado en cada dirección
Sequencia de análisis
Para cada secuencia de análisis, las siguientes propiedades de la estructura se pueden alterar:
- Distribución y magnitud de masa – estas propiedades podrán alterar los resultados de análisis de pushover estático y time-history
- La cantidad y tipo del amortiguamiento en análisis time-history
- La rigidez de los componentes estructurales
Las opciones arriba mencionadas permiten al usuario la alteración de las propiedades estructurales sin ser necesaria la alteración del modelo.
Comprobación Estructural
Herramientas
PERFORM-3D incluye varias herramientas de posprocesamiento de los resultados para análisis. Estas permiten al usuario hacer el estudio del comportamiento de la estructura y comprobar la adecuación del análisis. Las herramientas mencionadas consisten:
- Deformadas. Estas puede animarse para resultados de análisis pushover estático y time-history
- Análisis time-history para varios tipos de respuesta, incluyendo desplazamientos de nudos, velocidades y aceleraciones, esfuerzos y deformaciones de los elementos y componentes
- Ciclos histeréticos en componentes inelásticos
- Diagramas de momentos y esfuerzo transversal para vigas, pilares y muros. Estos pueden ser animados también
- Balance energético, con visualización de la disipación de la tensión, energía cinética, trabajo inelástico y energía de amortiguamiento. Incluye también la comparación entre el trabajo externo e interno, que consiste en un buen indicador de la precisión numérica del análisis en cuestión.
Evaluación del Rendimiento
Herramientas
PERFORM-3D incluye varias herramientas que evalúan el rendimiento de la estructura, principalmente:
- Determinación del desplazamiento–objetivo en análisis pushover. Podrán utilizarse diversos métodos, incluidos en las normativas ASCE 41 y FEMA 440
- Ratios de uso para diferentes casos de carga. Los gráficos con las "ratios de uso" muestran la variación de los desplazamientos en cada grupo de estados límites, seleccionados por el usuario
- Envolventes de "ratios de uso" para combinaciones de cargas. Es práctica común el cálculo del análisis time-history para varios sismos (generalmente 7 ó más) para evaluar el rendimiento en base a los valores medios de las ratios de uso.
- Deformadas representadas con código de colores basadas en la ratio D/C. Estas pueden utilizarse para identificación de los “hot spots” donde los componentes son más frágiles
Procesamiento de los resultados
- Los resultados de análisis se guardan en varios ficheros, y cada cual contiene los resultados específicos, por ejemplo el valor de los desplazamientos de los nudos
- Si las herramientas de evaluación de rendimiento en PERFORM-3D no cumplen con las expectativas del usuario, es posible acceder a los ficheros y procesar los resultados con otras herramientas
- Podrá utilizar cualquiera de programación para procesar los resultados mencionados
Importación y Exportación
Formatos soportados
Es posible importar modelos de SAP2000 y de ETABS a PERFORM-3D. Estos son modelos parciales, que consisten básicamente en nudos, elementos y cargas. Las propiedades de los componentes no están incluidas en la importación ya que estas se definen de forma diferente en PERFORM-3D y en SAP2000/ ETABS.