Programa didáctico a código abierto de análisis dinámico de estructuras UNDIN 1.0

Abstract

La evaluación de la respuesta de una estructura sometida a un movimiento sismico es un problema de gran importancia para los profesionales que se desempeñan en el campo de las estructuras. En la mayoria de regiones del pais, el dimensionamiento de una estructura para que resista el efecto del sismo máximo esperado es uno de los principales problemas de diseño desde el punto de vista estructural. La dinámica estructural permite describir este fenómeno, así como evaluar de forma aproximada el efecto del sismo sobre una estructura. En la presente tesis se desarrolla y documenta una primera versión del Programa Didác-tico a Código Abierto de Análisis Dinámico de Estructuras UNDIN, cuyo fin es apoyar desde el punto de vista práctico el aprendizaje, la profundización y la investigación de los profesionales relacionados con la ingeniería estructural, haciendo visible, modificable y ampliable el proceso que implica el cálculo de la respuesta de una estructura sometida a un movimiento sísmico. Para su desarrollo se tomó como base el Programa de Elementos Fi-nitos a Código Abierto PEFiCA desarrollado en la Universidad Nacional de Colombia. Esta versión de UNDIN permite realizar el análisis dinámico elástico e inelástico de pórticos planos y espaciales conformados por barras, con ciertas características respecto a la idealización de la masa, la rigidez, el amortiguamiento natural y la no linealidad material debida a la formación de rótulas plásticas a flexión en los extremos de los elementos, y so-metidos a una o varias componentes horizontales de aceleración en la base. En el documento se presenta una descripción del fenómeno, las ecuaciones que lo des-criben y algunos de los métodos usados para la solución de las ecuaciones y para el cálculo de la respuesta estructural e implementados en el programa. Se describe la estructura del programa, sus posibilidades y limitaciones. Se realizan ejemplos completos de cálculo y se comparan los resultados obtenidos utilizando otros programas comerciales. Finalmente se presentan las conclusiones y las posibilidades de crecimiento de la herramienta.

Abstract. The evaluation of the response of a structure submitted to a seismic motion is an important problem for professionals working in the structures field. In most regions of the country the sizing of a structure to withstand the effect of the maximun expected earthquake is one of the main desing problems from the structural viewpoint. Structural dynamics allows to describe this phenomenon and approximate the efect of the earthquake on a structure. In the present thesis is developed and documented a first version of the Open Code Di-dactic Sofware UNDIN with the objective to support, from the practical viewpoint, the learning, deppening and research of the professionals related with structural engineering, doing visible, modifiable and expandable the process to implies to calculate the response of a structure submitted to a seismic motion. For this development has been taken as a basis the Open Code Finite Element software PEFiCA developed in the National University of Colombia. With this UNDIN version is possible to perform the elastic and inelastic dynamic analy-sis of plane and space bar formed frames, with some chareacteristics about the idealization of the mass, stiffness, natural damping and material nonlinearity due to formation of flexure plastic hinges at the element ends, and submitted to one or varies base acceleration compo-nents. This document presents a phenomenon description, the equations that describe it and some methods used for the solution of the equations and the calculation of the structural response implemented in UNDIN. It describes the software structure, posibilites and limi-tations. It is performed calculation complete examples and the results are compared with others obtained from commercial software. Finally is is presented the conclusions and growth posibilities of the tool.