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72 ANÁLISIS MATRICIAL DE ESTRUCTURAS RETICULARES Figura II.2.2.2 Convención de signos positivos de marcos planos. (a) Fuerza axial, (b) Fuerza cortante, (c) Momento flexionante. II.2.3. Obtención de la matriz de rigideces para un elemento cualquiera del marco plano. Recordando el planteamiento estudiado para el caso de armaduras, el método consiste en encontrar la matriz de rigideces de cada elemento, para ser ensambladas en una matriz de rigidez total de la estructura. La solución del problema se obtiene resolviendo la ecuación fundamental de rigideces. {F} = [K]{d} Figura II.2.3.1 Viga en voladizo de sección constante. Para simplificar el problema se estudiarán las vigas de sección constante en voladizo de la figura (II.2.3.1). En este elemento se considerarán las siguientes variables: E = Módulo de elasticidad. I = Momento de inercia. A = Área transversal de la sección. L = Longitud del elemento. 6( 1+ v) I c = Coeficiente de cortante = 2 A L C donde : ν = Relación de Poisson, 2 2 Ixb Ac = Area de cortante = ∫ dA ymax 2 A ⎡ ⎤ ⎢ ∫ ydA⎥ ⎣⎢ y ⎦⎥ DESARROLLO DE HERRAMIENTAS DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL PARA SU USO DESDE LA INTERNET
ANÁLISIS MATRICIAL DE ESTRUCTURAS RETICULARES 73 b = Base de la sección. y = Distancia del eje neutro a la fibra superior. Para el caso de secciones rectangulares el área de cortante, Ac, es: Ac = Area axial / (1.2 x factor de forma) Con base en la definición y obtención de la matriz de rigidez, aplicaremos desplazamientos positivos unitarios en los extremos de los elementos de la figura (II.2.3.1) para conocer las submatrices de rigideces en cada uno de ellos. Aplicando primero un desplazamiento unitario positivo en la dirección del eje x en el extremo A, dXA=1, como se muestra en la figura (II.2.3.2), se generan fuerzas en los extremos de valor EA/L. Figura II.2.3.2 dXA=1 A partir del equilibrio y haciendo ΣFx = 0 se tienen las siguientes fuerzas: dXA=1 FXA = EA/L FYA = 0 MZA = 0 FXB = - EA/L FYB = 0 MZB = 0 Ahora aplicando un desplazamiento vertical unitario positivo en el extremo A, dYA=1 y considerando el efecto de cortante, como se indica en la figura (II.2.3.3), se tiene que: M A V A = = 6EI 2 L ( 1 + 4c) 12EI 3 L ( 1 + 4c) M B V B = Figura II.2.3.3 dYA=1 = 6EI 2 L ( 1 + 4c) 12EI 3 L ( 1 + 4c) DESARROLLO DE HERRAMIENTAS DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL PARA SU USO DESDE LA INTERNET
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ANÁLISIS MATRICIAL <strong>DE</strong> ESTRUCTURAS RETICULARES 73<br />
b = Base de la sección.<br />
y = Distancia del eje neutro a la fibra superior.<br />
Para el caso de secciones rectangulares el área de cortante, Ac, es:<br />
Ac = Area axial / (1.2 x factor de forma)<br />
Con base en la definición y obtención de la matriz de rigidez, aplicaremos desplazamientos<br />
positivos unitarios en los extremos de los elementos de la figura (II.2.3.1) para conocer las<br />
submatrices de rigideces en cada uno de ellos.<br />
Aplicando primero un desplazamiento unitario positivo en la dirección del eje x en el<br />
extremo A, dXA=1, como se muestra en la figura (II.2.3.2), se generan fuerzas en los<br />
extremos de valor EA/L.<br />
Figura II.2.3.2 dXA=1<br />
A partir del equilibrio y haciendo ΣFx = 0 se tienen las siguientes fuerzas:<br />
dXA=1<br />
FXA = EA/L<br />
FYA = 0<br />
MZA = 0<br />
FXB = - EA/L<br />
FYB = 0<br />
MZB = 0<br />
Ahora aplicando un desplazamiento vertical unitario positivo en el extremo A, dYA=1 y<br />
considerando el efecto de cortante, como se indica en la figura (II.2.3.3), se tiene que:<br />
M<br />
A<br />
V<br />
A<br />
=<br />
=<br />
6EI<br />
2<br />
L ( 1 + 4c)<br />
12EI<br />
3<br />
L ( 1 + 4c)<br />
M<br />
B<br />
V<br />
B<br />
=<br />
Figura II.2.3.3 dYA=1<br />
=<br />
6EI<br />
2<br />
L ( 1 + 4c)<br />
12EI<br />
3<br />
L ( 1 + 4c)<br />
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