En el análisis modal, sin embargo, a menudo es necesario omitir las masas. Esto es especialmente cierto cuando el resultado del análisis modal va a ser utilizado por el análisis sísmico, donde se requiere el 90% de la masa modal eficaz en cada dirección para el cálculo.
Un ejemplo típico de esto es la consideración de una superficie apoyada que participa en gran medida en la estructura de la masa total, pero que no tiene una influencia importante en la respuesta dinámica de la estructura. Cuando se considera este tipo de masa, puede ser difícil alcanzar factores de masa modales eficaces del 90%.
Dado que estos problemas surgen con frecuencia, RFEM 6 le permite omitir la masa de ciertas partes de la estructura para el objetivo del análisis modal. La forma en que se deben considerar las masas en el análisis modal se puede definir en su configuración, como se muestra en la Imagen 2. En contraste con la opción "No omitir" (es decir, no se omiten las masas), puede elegir entre dos opciones para omitir las masas: omita la masa en todos los apoyos en nudos fijos y en línea, o cree una selección de los objetos individuales usted mismo.
La primera opción (Imagen 2), como su nombre indica, permite poner a cero las masas en todos los apoyos en nudos fijos y en línea. Esto lo hace completamente el programa; usted no requiere ninguna selección, ya que el programa desactivará automáticamente las masas asociadas con los apoyos fijos en nudos y en línea.
Sin embargo, puede seleccionar la opción "Definido por el usuario" y seleccionar manualmente los objetos cuyas masas se deben omitir para el análisis modal. Al seleccionar esta opción, una nueva pestaña ("Omitir masas") estará disponible para especificar su selección de objetos (Imagen 3). Primero, se le solicita que especifique un tipo de objeto de los siguientes: nudo, línea, barra, superficie, nudo con apoyo y línea con apoyo.
A continuación, puede crear la lista de objetos asociados manualmente o seleccionarlos gráficamente usando el botón "Seleccionar individualmente" en el campo de la lista de objetos. Para los objetos seleccionados, se le pide que defina en qué dirección se deben omitir las masas. Puede hacer esto seleccionando las casillas de verificación para las direcciones de desplazamiento uX, uY y uZ, y los giros 𝜑X, 𝜑Y y 𝜑Z en consecuencia.
En ambos casos (omitiendo la masa en todos los apoyos fijos en nudos y en líneas, o creando una selección individual de objetos), las masas de los objetos asociados con la opción seleccionada se desactivarán y no se considerarán en el análisis modal. Al establecer las masas a cero, el factor de masa equivalente aumentará de forma que se alcance fácilmente el 90% de la masa total necesaria para el cálculo en términos del análisis sísmico.
Tenga en cuenta que al omitir las masas, no se omite la rigidez de los objetos. Si desea omitir tanto la masa como la rigidez, debe trabajar con Modificaciones estructurales, como se explicará en un próximo artículo de la Base de conocimientos.
Ejemplo práctico
La importancia de la opción de omitir masas en RFEM 6 se demostrará para el ejemplo de la imagen 4, que muestra una estructura de hormigón armado con una extensión de acero.
Primero, se realizará el análisis modal con la configuración que se muestra en la Imagen 5. Tenga en cuenta que la configuración del análisis modal especifica las reglas según las cuales se calculan los valores propios. En este caso, se elige la opción "Definido por el usuario" y el número de modos a calcular se establece en 30.
El método para resolver el problema de los valores propios es Lanczos como método iterativo para determinar los p valores propios más bajos y las formas modales correspondientes de los modelos grandes. La matriz de masas es consistente y las masas están configuradas para actuar en las direcciones de desplazamiento global X e Y, asumiendo que se va a realizar un análisis del espectro de respuesta posteriormente.
La pestaña "Configuración" administra las configuraciones adicionales necesarias para el análisis modal, como el tipo de conversión de masas, que controla la importación de masas para el análisis modal. En este ejemplo, se tienen en cuenta los componentes Z (imagen 6). Como se indicó al principio del artículo, la opción de omitir las masas es parte de esta configuración. Para demostrar la importancia de esta opción, primero se realizará el análisis modal sin considerar la omisión.
Los resultados del análisis modal con estas configuraciones se muestran en la Imagen 7. Dado que la salida del análisis va a ser utilizada por el análisis sísmico, los resultados que más nos interesan son las masas modales eficaces. Por ejemplo, los resultados sugieren que los primeros siete valores propios son sólo valores propios locales asociados con la estructura de acero, en contraste con los modos 8, 9 y 10, que comprenden una gran cantidad de masas y tienen una gran influencia en la respuesta dinámica de la estructura de acero.
Los resultados de todos los modos se muestran en la Imagen 8. Es de destacar que el cálculo de treinta modos es necesario para alcanzar el 90% requerido en ambas direcciones x e y (para ser más específicos, se alcanza el 96,95% en la dirección x, mientras que el 95,26% se alcanza en la dirección y). Por lo tanto, para alcanzar el 90%, debe calcular más valores propios; sin embargo, cuantos más valores propios se tengan que calcular, más tiempo llevará el cálculo, especialmente en el caso de estructuras grandes.
En este punto, se puede usar la opción de omitir las masas. Esto le permitirá calcular menos valores propios; por ejemplo, 10 (es decir, establezca el número de modos a calcular en 10) y alcance siempre el 90% de la masa modal eficaz en cada dirección necesaria para el análisis sísmico. Las masas a despreciar son las asociadas a la estructura de acero, ya que los resultados muestran que no tienen una influencia importante en la respuesta dinámica de la estructura.
Para omitir las masas asociadas a la estructura de acero, se debe definir el tipo de objeto como "Barra" y crear la lista de objetos manualmente o seleccionándolos gráficamente usando el botón "Seleccionar individualmente", como se muestra en la Imagen 9. Para los objetos seleccionados, debe seleccionar las casillas de verificación para todas las direcciones de desplazamiento y giro (es decir, uX, uY, uZ, 𝜑X, 𝜑Y y 𝜑Z en consecuencia) para omitir las masas en estas direcciones.
Finalmente, puede ejecutar el análisis modal con esta configuración y obtener los resultados como se muestra en la Imagen 10. Esta vez, se alcanza el 90% requerido con el cálculo de sólo 10 modos, y el tiempo de análisis es significativamente más corto.
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