Programa didáctico de análisis no lineal de secciones transversales en elementos estructurales a flexión y fuerza axial

Abstract

Mediante la presente tesis de maestría se desarrolla y documenta un programa didáctico a código abierto que analiza la sección transversal de un elemento estructural bajo la acción de la fuerza axial y la flexión biaxial, considerando el comportamiento no lineal del concreto y del acero. El programa desarrollado MKAPPA fue escrito de forma estructurada en el lenguaje de programación de alto nivel interpretado por MATLAB y GNU Octave, conservando visibles y modificables cada una de sus rutinas. Así mismo, el programa incluye rutinas que permiten integrar el pre y postproceso grafico realizado en Gmsh. La formulación implementada en el programa incluye el método de las fibras aplicado a secciones transversales de elementos estructurales (Kaba & Mahin, 1984) y los modelos constitutivos uniaxiales del acero y del concreto propuestos por King et al. (1986), Liang (2009), Mander et al. (1988) y Susantha et al. (2001). En los ejemplos de aplicaci´on se analizaron siete secciones transversales para diferentes condiciones de carga. Los tipos de secciones fueron: dos secciones de concreto reforzado, una rectangular y otra circular, tres perfiles W de acero estructural, un ángulo de lados desiguales de acero estructural y una tubería de acero rellena de concreto. Para cada sección se obtuvo la relación entre el momento y la curvatura, y la distribución del esfuerzo normal y del estado del material. Estos resultados se compararon con el programa XTRACT, obteniendo resultados similares y verificando el correcto funcionamiento del programa desarrollado. (Texto tomado de la fuente)

Through this master’s thesis, an open source didactic program is developed and documented that analyzes the cross section of a structural element under the action of axial force and biaxial bending, considering the nonlinear behavior of concrete and steel. The developed program MKAPPA was written in a structured way in the highlevel programming language interpreted by MATLAB and GNU Octave, keeping each of its routines visible and modifiable. Likewise, the program includes routines that allow integrating the graphical pre- and post-processing carried out in Gmsh. The formulation implemented in the program includes the fiber method applied to structural elements cross sections (Kaba & Mahin, 1984) and the uniaxial constitutive models of steel and concrete proposed by King et al. (1986), Liang (2009), Mander et al. (1988) y Susantha et al. (2001). In the application examples, seven cross sections were analyzed for different loading conditions. The types of sections were: two reinforced concrete sections, one rectangular and one circular, three W profiles of structural steel, an unequal sided angle of structural steel and a concrete-filled steel tube. For each section, the relationship between the moment and the curvature, and the distribution of the normal stress and the state of the material were obtained. These results were compared with the XTRACT program, obtaining similar results and verifying the correct operation of the developed program.