utilizarea programelor de calcul - etabs

MODULUL SECTION DESIGNER -ANALIZA SECŢIONALĂ

ENCIPEDIA > EDUCATIONAL > UTILIZAREA PROGRAMELOR DE CALCUL > ETABSPUBLICAT LA 20.02.2013SCRIS DE

MIHAI PAVEL

Modulul Section Designer, înglobat în programul de calcul ETABS oferă o serie de informaţii

folositoare legate de calculul structural secţional. Printre aceastea se evidenţiază determinarea

suprafeţelor de interacţiune pentru orice tip de secţiune introdusă în acest modul, precum şi

trasarea diagramelor moment-curbură aferente.

Prin acest modul, se poate defini orice tip de secţiune, din orice tip de material. Definirea

secţiunilor în acest modul presupune parcurgerea unui set de operaţii de editare specifice. Aceste

operaţiii nu fac obiectul acestui articol. Prezentul material detaliază doar modul de analiză

secţională a unei secţiuni deja definite.

Astfel, modulul Section Designer se accesează din Define/ Frame Sections/ Add SD Section şi

apoi la Define/Edit/Show Section se dă click pe Section Designer urmând a se deschide acest

modul.

Accesarea modulului Section Designer

Odată accesat modulul Section Designer se defineşte, prin operaţiile de editare specifice,

secţiunea care urmează a fi analizată. În acest caz, se va analiza o secţiune pătrată de stâlp

(500x500 mm) armată cu 4 bare de diametrul 20 mm pe fiecare latură. Betonul are clasa C16/20,

iar oţelul este PC52.

Definirea secţiunii de analizat în Section Designer

După definirea secţiunii prin intermediul meniului Display din modulul Section Designer se pot

accesa informaţii referitoare la proprietăţile secţionale (Display-Show Properties), la suprafaţa de

interacţiune aferentă secţiunii (Display-Show Interaction Surface) sau la diagrama moment-

curbură (Display-Show Moment-Curvature).

Trasarea unei curbe de interacţiune

Cu ajutorul acestei funcţionalităti a modulului Section Designer se poate trasa suprafaţa de

interacţiune a secţiunii (forţa axială şi momente încovoietoare pe două direcţii) şi respectiv

obţine secţiuni prin această suprafaţă (curbe de interacţiune) pentru orice unghi definit de

utilizator. Deasemenea acest instrument poate fi folosit pentru determinarea momentelor capabile

ale secţiunii, în felul următor :

- pentru un unghi dat programul furnizează punctele de pe curba de capacitate a secţiunii (forţa

axială şi moment încovoietor). Se alege din aceste puncte o valoare a forţei axiale cât mai

apropiată de valoarea forţei axiale efective (cunoscute din evaluarea încărcărilor şi analiza

structurală) şi se citeşte valoarea momentului capabil corespunzător de pe suprafaţa de

interacţiune. În cazul în care intervalele de forţă axială nu sunt generate la un pas satisfăcător se

poate rafina pasul de generare prin sporirea numărului de curbe de interacţiune generate.

Deasemenea modulul Section Designer poate genera diagramele moment-curbură pentru o

secţiune dată precum şi diagramele efort-deformaţie specifică (Specify Stress- Strain Curves),

conform figurii de mai jos.

Diagrama moment-curbură

PRECIZĂRI :

1. Caracteristicile de material, precum şi parametrii de analiză trebuie aleşi înainte de accesarea

modulului Section Designer. Caracteristicile de material se aleg din Define/Material Properties,

iar parametrii de analiză se aleg din Options/Preferences/Concrete Frame Design. Aceşti

parametri conţin codul după care se face analiza (în acest exemplu Eurocode 2), precum şi

numărul de suprafeţe de interacţiune generate.

Definirea parametrilor de analiză pentru modulul Section Designer

2. Acest articol a fost scris utilizănd versiunea majoră 9 a programului de calcul Etabs.

MODELAREA UNEI GRINZI CU SECŢIUNE VARIABILĂ


MIHAI PAVEL

Deseori, în alcătuirea structurilor apare necesitatea folosirii grinzilor cu înălţime variabilă.

Aceste grinzi pot rezulta atât din considerente arhitecturale cât şi din considerente structurale sau

tehnlogice.

În programul de calcul ETABS se pot modela cu uşurinţă astfel de elemente.

În continuare se prezintă modelarea unei grinzi cu secţiune variabilă folosite la sprijinul unor

balcoane, la o clădire rezidenţială.

În figura de mai jos, elementele de tip grindă B186, B187, B188, B189, B190 se vor modela cu

secţiune variabilă liniar de la dimensiunea de 30x80 cm la 30x50 cm.

În acest scop din meniul Define - Frame Sections se selectează opţiunea Add

Nonprismatic.

Din meniul de definire a proprietaţilor pentru grinda variabilă se selectează secţiunea iniţială şi

finală a grinzii ( secţiunile iniţială şi finală ale grinzii vor coincide cu ordinea în care a fost

amplasate capetele (nodurile) elementului de tip grindă). Se poate specifica si lungimea pe care

să fie definită variaţia secţiunii (relativă sau absolută în raport cu lungimea barei), precum

deasemenea şi variaţia rigidităţii elementului de tip bară. Se fac modificările dorite şi se confirmă

cu Ok.

În final, din vederea 3D cu posibilitatea vizualizării grosimilor elementelor (3D - Set Building

View Options - Extrude) se confirmă definirea corectă.

ESTIMAREA CONSUMULUI DE MATERIALE


MIHAI PAVEL

Programul de calcul ETABS pune la dispoziţia utilizatorului un instrument de estimare al

cantităţii de materiale structurale folosite în modelul de calcul. Acest instrument are un caracter

orientativ şi chiar acoperitor, programul de calcul netinând cont de elemente reale de geometrie

(cum ar fi intersecţiile de elemente în care cantităţile sunt socotite multiplu) dar poate fi folosit

cu succes de către inginerul proiectant pentru o imagine de ansamblu folositoare la optimizarea

tehnico-economică a modelului de calcul structural.

În continuare se exemplifică folosirea acestui instrument pe un model de calcul alcătuit din cadre

de beton armat, cu următoarele caracteristici :

- Regim de înălţime P+4 etaje, cu înălţimea de nivel de 3,2 m;

- 4 deschideri şi 5 travei, cu o suprafaţă în plan de 530 m2 ;

- Stâlpii au secţiunea de 80 x 80 cm, grinzile longitudinale de 30 x 60 cm, iar cele transversale de

30 x70 cm ;

- Planşeul are 15 cm, iar structura are o greutate unitară în gruparea specială de încărcări

(seismică) de 14,7 kN/m2;

Configuraţia modelului de calcul

După rularea analizelor (nu este nevoie de rularea analizelor seismice) din meniul Display -

Show Tables se expandează tabelul Building Data şi apoi se selectează subtabelul Material List

cu toate cele trei componente ( Material List by Element Type, Material List by Section, Material

List by Story) bifate după caz. Se confirma selecţia cu OK.

Selectarea tabelelor referitoare la consumul de materiale

Rezultatele puse la dispoziţie sunt următoarele :

Tabelul centralizator al consumului de materiale pe tip de element

In acest tabel se prezintă rezultatele centralizate ale consumului de materiale pe tip de element.

Exemplul curent arată că s-au folosit 150 de elemente de tip stâlp cu o greutate totală de 7680 kN

şi 245 elemente de tip grindă cu o greutate totală de 5382 kN.

Tabelul centralizator al consumului de materiale pe tip de secţiune

Tabelul centralizator al consumului de materiale pe fiecare etaj.

PRECIZĂRI :

1. Greutatea furnizată de către programul de calcul este exprimată în unităţile de măsură alese la

începutul creării modelului. Exemplul curent foloseşte kN şi m ca unităţi de măsură dar pot

exista si alte variante.

2. Programul de calcul foloseşte greutatea unitară a materialului (beton) furnizată la definirea

acestuia . În prezentul exemplu s-a folosit 25 kN/m2.

3. Programul nu ia în calcul elementele de intersecţie (noduri, zonă comună grindă-placă) etc. În

acest sens, valorile obţinute pot fi mai mari decât cele calculate manual.

Se recomandă atenţie deosebită la verificarea precizărilor 1-3 pentru evitarea erorilor nedorite !

4. Pentru structurile metalice sau mixte metal-beton valabilitatea celor de mai sus ramâne

aceeaşi.

5. Articolul a fost scris utilizând versiunea majoră 9 a programului ETABS.

ANALIZA ELASTIC NELINIARĂ A ELEMENTELOR METALICE DE TIP BARĂ SOLICITATE AXIAL


MIHAI PAVEL

Programul de calcul automat ETABS permite considerarea proprietăților elastic neliniare a

elementelor metalice de tip bară. Acest tip de analiză este util în modelarea structurilor metalice

conținând elemente solicitate axial care pot flamba în domeniul elastic. Un caz semnificativ

pentru acest tip de analiză, exemplificat mai jos, este cel al unui acoperiș metalic al unei structuri

industriale, contravântuit în plan orizontal.

Considerarea proprietăților diferite ale contravântuirilor orizontale se poate evidenția numai

printr-o analiză neliniară și presupune parcurgerea următorilor pași :

- După crearea modelului pentru analiza static liniară se selectează barele pentru care se dorește

considerarea proprietaților elastic neliniare ;

- Din meniul Assign/Frame Line se selectează Tension/Compression Limits;

- Se poate considera limitarea forțelor în elementele selectate atât pentru solicitarea de întindere,

cât și pentru cea de compresiune. Limitele se introduc în forțe, în unitățile de măsure alese pentru

forțe la definirea modelului(cazul cel mai întâlnit - kN). După depășirea acestor limite bara

selectată nu se va mai încărca sporul de încărcare distribuindu-se altor elemente care nu și-au

atins limitele definite. O limită de 0 înseamnă că bara respectivă nu poate prelua deloc

solicitarea. În cazul de față s-a considerat că barele nu lucrează la compresiune.

- Acest tip de proprietăți pot fi evidențiate numai printr-o analiză neliniară, statică sau dinamică.

În acest exemplu s-a considerat un tipar(pattern) provenit din analiza liniară cu forțe static

echivalente. Se face observația că metoda de calcul cu spectre de răspuns nu poate fi folosită

decât în cazul unei analize liniare.

- Se rulează analiza liniară (din meniul Analyze/Run Analysis) și apoi cea neliniară (din meniul

Analyze/Run Static Nonlinear Analysis).

- Diagramele de forțe axiale la nivelul contravântuirilor rezultată din analiza neliniară (CVX) va

pune în evidență doar starea de eforturi de întindere nicio bară nelucrând la compresiune.

Precizări :

- Pentru rularea analizelor neliniare este necesară o versiune de program care să conțină acest tip

de modul;

- Acest articol a fost scris utilizând versiunea majoră 9 a programului de calcul Etabs

ANALIZA MODALĂ CU SPECTRE DE RĂSPUNS CONFORM P100-1/2012


MIHAI PAVEL

1. Generalități 2. Spectrul de răspuns inelastic pentru acțiuni orizontale 3. Definirea în Etabs a spectrului de răspuns inelastic ß(T),T 4. Definirea ipotezei de încărcare

Generalități Metoda de calcul cu spectre de răspuns este asociată deobicei un calcul spațial al structurilor care

nu îndeplinesc criteriile de regularitate pe orizontală și verticală impuse de către normativul

P100, dar este aplicabil oricărui tip de clădire analizată. Metodologia și fundamentele dinamice

care stau la baza selectării și utilizării spectrelor de răspuns sunt descrise pe larg atât în

normativul P100, dar și în literatura de specialitate. Prezentul articol tratează doar modul de

considerare în programul de calcul Etabs al acestei metode de calcul, adaptată la cerințele

capitolului 4 din P100.

Spectrul de răspuns inelastic pentru acțiuni orizontale Spectrul de răspuns pentru acțiuni orizontale conform P100-1/2012 are trei configurații posibile,

diferențiate de tipul de amplasament (Tc=0,7 sec, Tc

=1,0 sec sau Tc= 1,6 sec). Pentru fiecare din

aceste configurații există în normativul P100 o reprezentare grafică a parametrilor ß(T) și T

definite ca o funcție continuă, dar de diferite grade. Deasemnea pentru definirea spectrului

inelastic este necesară cunoașterea parametrilor ag și q. În prezentul articol se consideră,

exemplicativ, o valoare a accelerației ag= 0,24 g și q = 5. Cu parametrii astfel definiți se

construiește spectrul inelastic ale cărui perechi de valori sunt prezentate mai jos (arhivă .zip,

necesită dezarhivare)

Spectrul de răspuns inelastic ß(T) și T pentru Tc=1,6 sec

Definirea în Etabs a spectrului de răspuns inelastic ß(T),T Se extrage din arhiva de mai sus fișierul text corespunzător amplasamentului (ex : P100-2012 Tc

1,6 sec.txt). În programul Etabs, după definirea geometriei structurii se selectează

Define/Response Spectrum Functions iar în meniul drop-down din dreapta se selectează

Spectrum from File și se încarcă fișierul descărcat mai devreme. Opțiunile în această etapă sunt :

Values are Period vs Value și Headers Lines to Skip 0. Numele funcției de răspuns va fi

P100TC16

Observații : Se poate încărca în configurația modelului fișierul text (opțiunea Convert to User

Defined) astfel încât programul să nu mai solicite existența unui fișier extern. Cu toate acestea,

spectrul va fi valabil doar pentru modelul în curs (pentru alt model va trebui repetată

operațiunea).

Deasemnea se solicită atenție la separatorul decimal al calculatorului. Exemplul este realizat

utilizând separator decimal virgula(standard românesc). Dacă calculatorul Dvs. folosește

separator decimal punctul(standard american) este necesară fie schimbarea acestuia în virgulă fie

editarea fișierului și schimbarea virgulelor în puncte.

Se confirmă selecția;

Definirea ipotezei de încărcare Din meniul Define se selectează opțiunea Response Spectrum Case și apoi Add New Spectrum

iar în căsuța de dialog deschisă se selectează numele funcției și direcția pe care se dorește analiza

spectrală. În exemplul de mai jos s-a considerat o analiză pe direcția U1( longitudinală). Se

consideră pentru combinația răspunsurilor modale opțiunea CQC. Factorul de scară al încărcării

pe U1 reprezintă în modul de definire al parametrilor forței seismice de mai sus, coeficientul de

importanță al clădirii γI,e (în cazul de față s-a considerat γI,e= 1,0).

Se confirmă selecția;

Din acest moment ipoteza de încărcare SPECX este activă și poate fi folosită pentru analiza

seismică cu spectre de răspuns a structurii pe direcție longitudinală

Precizări:

-Pentru valori diferite ale parametrilor analizei seismice fișierul text definit mai sus nu mai este

valabil el trebuind regenerat cu valorile specifice.

- Articolul a fost scris utilizând versiunea majoră 9 a programului de calcul ETABS

CONSIDERAREA OPȚIUNII DE DIAFRAGMĂ SEMI-RIGIDĂ


MIHAI PAVEL

În cazul modelării structurilor cu diferențe însemnate de rigiditate între elementele verticale,

impunerea opțiunii de diafragmă rigidă la nivelul planșeelor are un caracter descoperitor datorită

artificialității lui. Prin considerarea acestui efect se ignoră starea reală de eforturi și deformații la

nivelul planșeelor, orice punct al planșeului de la fiecare nivel fiind constrâns să aibă aceeași

deplasare sub acțiunea forțelor laterale.

Pe de altă parte, în cazul calculului cu forțe laterale echivalente, este necesară considerarea

efectelor de torsiune accidentală a acțiunii seismice și deci definirea unei diafragme la nivelul

planșeelor. Opțiunea viabilă în acest caz este considerarea unei diafragme semi-rigide.

Considerarea diafragmei semi-rigide permite introducerea unui efect de torsiune accidentală la

nivelul fiecărui planșeu, efect care va fi aplicat la nivelul fiecărui nod și nu la nivelul centrului de

masă ca în cazul utilizării diafragmei rigide. Deasemenea, spre deosebire de ipoteza diafragmei

rigide se păstrează starea reală de eforturi și deformații în planșeu, iar aceste rezultate sunt

disponibile prin opțiunea Section Cut a programului.

Concret această opțiune se consideră în modelare în felul următor :

- Dintr-o vedere în plan a planșeului la care urmează a se introduce această opțiune se selectează

toate nodurile de la același nivel

- Din meniul Assign - Joint/Point - Diaphragms se selectează un identificator de diafragmă (în

cazul de față D1). Pentru fiecare planșeu diferit trebuie definit un identificator diferit (D2, D3,

etc)

- Se selectează opțiunea Modify/Show Diaphragm și se bifează opțiunea Semi- Rigid

Diaphragm;

- Se confirmă selecția

- Din acest moment diafragma semi-rigidă este activă și poate fi folosită la definirea efectelor de

torsiune accidentală, precum și obținerea eforturilor și deformațiilor în planșeu prin Section Cut

(după rularea analizelor)

utilizarea programelor de calcul - etabs

Documents