Programa didáctico de análisis dinámico de estructuras con diafragmas rígidos y flexibles

Abstract

Para estudiar el comportamiento de una estructura reticular bajo acciones variables en el tiempo, se requieren programas de computador basados en el análisis matricial y dinámico de estructuras, que simulen apropiadamente diafragmas rígidos, semi rígidos y flexibles. Con este propósito, la Universidad Nacional de Colombia inició desde 2014 el proyecto UNDIN, en el cual se han desarrollado programas a código abierto con fines académicos y de investigación.

En este trabajo final de maestría se construyó un programa de computador a código abierto capaz de hacer análisis dinámico modal cronológico y análisis dinámico modal espectral en estructuras reticulares con diafragmas rígidos, semi rígidos y flexibles. Este programa, denominado UNDIN2.0, fue escrito en los lenguajes MATLAB y OCTAVE.

En la simulación de una estructura con este programa, primero se construye su modelo de forma gráfica, utilizando el entorno de preproceso de la herramienta GMSH. Posteriormente, UNDIN2.0 lee estos datos de entrada, analiza la estructura y escribe los resultados. Estos últimos son representados gráficamente por el entorno de postproceso de esta misma herramienta.

UNDIN2.0 fue sometido a un proceso de validación de dos fases. Primero, se verificó la precisión de sus resultados con base en los conceptos del análisis dinámico y el análisis matricial de estructuras. En este proceso se simuló una estructura de tres niveles considerando dos enfoques de idealización de diafragmas. Estos resultados se contrastaron con los obtenidos mediante un análisis manual (paso a paso), y con las simulaciones realizadas en un programa comercial. Segundo, se realizó el análisis modal cronológico de tres estructuras reticulares diferentes, considerando los enfoques de idealización de diafragmas. Estas mismas estructuras fueron simuladas en un programa comercial, para posteriormente comparar sus resultados. De acuerdo con estos análisis de validación, el programa UNDIN2.0 demostró un alto nivel de precisión y capacidad en sus simulaciones. (Texto tomado de la fuente)

For studying the framed structure behavior under actions that depend on time, software based on matrix and dynamic analysis of structures are required, to simulate adequately rigid, semi-rigid and flexible diaphragms. For this purpose, Universidad Nacional de Colombia began since 2014 the UNDIN project, to develop open-source programs with academic and research aims.

In this work, an open-source program was written, able to make modal response history analysis and modal response spectrum analysis in framed structures with rigid, semi-rigid and flexible diaphragms. This program, named UNDIN2.0, was written in MATLAB and OCTAVE languages.

In the simulation of a structure with this program, first the graphic model is built using the preprocess module from the GMSH tool. Then, UNDIN2.0 reads these input data, analyzes the structure and writes the results. Finally, these results are graphically represented by the postprocess module of the same tool.

UNDIN2.0 underwent a testing process with two phases. First, based on matrix and dynamic analyses of structures theory, the results precision was verified. In this process, a three-levels structure was simulated considering two diaphragm idealizations approaches. These results were contrasted with those obtained by an analytical process (step-by-step), and with those from a structural simulation in a commercial software. Second, modal response history analyses were made for three different framed structures, considering the diaphragm idealization approaches. These same structures were simulated in a commercial software, and then the results were compared. According to these validation processes, UNDIN2.0 program showed high precision and capacity levels in its simulations.