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98 ANÁLISIS MATRICIAL DE ESTRUCTURAS RETICULARES T { F} [ A] { P} = Equilibrio. (II.2.4.29.c) {F} = [A] T [k] [A] {d} { F} = [ K]{ d} Ecuación Fundamental de Rigideces. (II.2.4.29.d) Tal como se realizó en el planteamiento del método de ensamble de submatrices de rigideces en el subcapítulo anterior, por el método de continuidad, la matriz de rigideces esta dada por: T [ K ] [ A] [ k] [ A] = (II.2.4.30) ⎡k AA k AB ⎤ Se puede demostrar que la matriz [K] obtenida es la misma matriz ⎢ ⎥ del ⎢⎣ k ⎥ BA k BB ⎦ elemento. Para ilustrar el procedimiento descrito anteriormente, se presenta el siguiente ejemplo. Problema 6. En la figura (II.2.4.8) se muestra un marco plano compuesto de cuatro barras, una de las cuales esta inclinada 60 ° con respecto a la horizontal. Cuenta además con dos nudos libres y con tres apoyos. En el nudo 1 se aplica la fuerza indicada. Los datos se indican en la misma figura. Solución. Figura II.2.4.8 Ejemplo de marco plano. EI = cte EA= 10EI L=4 unidades de longitud en todas las barras coeficiente de cortante=0 Todos los elementos son de sección constante, por lo que la matriz de rigidez diagonal de cada uno se calcula de la siguiente forma mediante la ecuación (II.2.4.17). ESARROLLO DE HERRAMIENTAS DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL PARA SU USO DESDE LA INTERNET
ANÁLISIS MATRICIAL DE ESTRUCTURAS RETICULARES 99 ⎡ 2EI ⎤ ⎢ L ⎥ ⎡0. 5⎤ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ 2EI ( 1− 2c) ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢0. 5⎥ L c ⎢ ⎥ [] k ⎢ ( 1+ 4 ) = ⎥ = ⎢ ⎥EI ⎢ 2EI ⎥ ⎢ ⎥ ⎢0. 5⎥ ⎢ L ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎢ ⎥ EA ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎣5. 0⎦ ⎣ L ⎦ Como se tienen dos nudos libres en la estructura, existen seis grados de libertad asociados a seis desplazamientos a los que llamaremos: N° de Grado ⎧d X 1 ⎫→ ⎪d ⎪ Y1 → ⎪ϕ ⎪ Z1 → ⎨ d ⎬→ X 2 ⎪ ⎪ ⎪d → Y 2 ⎪ ⎪⎩ ϕ ⎪→ Z 2 ⎭ de libertad Para la barra 1 con una inclinación de 60 °, cos β = 0.5, sen β = 0.8666 y usando la ecuación (II.2.4.28), se tiene que su matriz de continuidad es: [ A] 1 ⎡0. 217 ⎢0. 434 = ⎢0. 217 ⎢ ⎣0. 5 − 0. 125 − 0. 250 − 0. 125 0. 866 1 2 3 4 5 6 64447B4448 1 2 3 Los números indicados en la parte superior del arreglo matricial asocian las columnas a los desplazamientos y son en el extremo B de la barra 1. Nótese que el extremo A de la barra 1 es el apoyo, por lo cual, su contribución a la matriz de continuidad es nula. Para la barra 2, con β = 0 °, cos β = 1 y sen β = 0. Así, tenemos: [ A] 2 ⎡ 0. 250 ⎢ 0 = ⎢ 0 ⎢ ⎣−1 0 0. 5 0. 250 0 1 1 0 0 0⎤ 1⎥ 1⎥ 0⎥ ⎦ 64447B4448 6447A448 1 2 3 4 5 6 0 0 0 1 − 0. 250 − 0. 5 − 0. 250 0 Para la barra 3, con β = 90 °, cos β = 0 y sen β = 1, por lo tanto: 0 ⎤ 1 ⎥ 1 ⎥ 0 ⎥ ⎦ DESARROLLO DE HERRAMIENTAS DE AÁLISIS ESTRUCTURAL PARA SU USO DESDE LA INTERNET
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ANÁLISIS MATRICIAL <strong>DE</strong> ESTRUCTURAS RETICULARES 99<br />
⎡ 2EI<br />
⎤<br />
⎢ L ⎥ ⎡0.<br />
5⎤<br />
⎢ ⎥ ⎢ ⎥<br />
⎢ 2EI<br />
( 1−<br />
2c)<br />
⎥ ⎢ ⎥<br />
⎢ ⎥ ⎢0.<br />
5⎥<br />
L c ⎢ ⎥<br />
[] k ⎢<br />
( 1+<br />
4 )<br />
=<br />
⎥ = ⎢ ⎥EI<br />
⎢ 2EI<br />
⎥<br />
⎢ ⎥ ⎢0.<br />
5⎥<br />
⎢ L ⎥ ⎢ ⎥<br />
⎢<br />
⎢ ⎥<br />
EA ⎥<br />
⎢ ⎥ ⎢ ⎥<br />
⎣5.<br />
0⎦<br />
⎣ L ⎦<br />
Como se tienen dos nudos libres en la estructura, existen seis grados de libertad asociados a<br />
seis desplazamientos a los que llamaremos:<br />
N°<br />
de Grado<br />
⎧d<br />
X 1 ⎫→<br />
⎪d<br />
⎪<br />
Y1<br />
→<br />
⎪ϕ<br />
⎪<br />
Z1<br />
→<br />
⎨<br />
d<br />
⎬→<br />
X 2 ⎪ ⎪<br />
⎪d<br />
→ Y 2 ⎪<br />
⎪⎩<br />
ϕ ⎪→<br />
Z 2 ⎭<br />
de libertad<br />
Para la barra 1 con una inclinación de 60 °, cos β = 0.5, sen β = 0.8666 y usando la<br />
ecuación (II.2.4.28), se tiene que su matriz de continuidad es:<br />
[ A]<br />
1<br />
⎡0.<br />
217<br />
⎢0.<br />
434<br />
= ⎢0.<br />
217<br />
⎢<br />
⎣0.<br />
5<br />
− 0.<br />
125<br />
− 0.<br />
250<br />
− 0.<br />
125<br />
0.<br />
866<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
6<br />
64447B4448<br />
1 2 3<br />
Los números indicados en la parte superior del arreglo matricial asocian las columnas a los<br />
desplazamientos y son en el extremo B de la barra 1. Nótese que el extremo A de la barra 1<br />
es el apoyo, por lo cual, su contribución a la matriz de continuidad es nula.<br />
Para la barra 2, con β = 0 °, cos β = 1 y sen β = 0. Así, tenemos:<br />
[ A]<br />
2<br />
⎡ 0.<br />
250<br />
⎢ 0<br />
= ⎢ 0<br />
⎢<br />
⎣−1<br />
0<br />
0.<br />
5<br />
0.<br />
250<br />
0<br />
1<br />
1<br />
0<br />
0<br />
0⎤<br />
1⎥<br />
1⎥<br />
0⎥<br />
⎦<br />
64447B4448<br />
6447A448<br />
1 2 3 4 5 6<br />
0<br />
0<br />
0<br />
1<br />
− 0.<br />
250<br />
− 0.<br />
5<br />
− 0.<br />
250<br />
0<br />
Para la barra 3, con β = 90 °, cos β = 0 y sen β = 1, por lo tanto:<br />
0 ⎤<br />
1 ⎥<br />
1 ⎥<br />
0 ⎥<br />
⎦<br />
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