Sin embargo, en el análisis modal, a menudo es necesario descartar masas. Esto es particularmente cierto cuando la salida del análisis modal se va a utilizar en el análisis sísmico, donde se requiere el 90% de la masa modal efectiva en cada dirección para el cálculo.
Un ejemplo típico de esto es la consideración de una superficie soportada que participa en gran medida en la estructura de la masa total, pero no tiene una gran influencia en la respuesta dinámica de la estructura. Cuando se considera este tipo de masa, puede ser difícil alcanzar factores de masa modal efectivos del 90%.
Dado que estos problemas surgen con frecuencia, RFEM 6 permite descartar la masa de ciertas partes de la estructura para el propósito del análisis modal. La manera en que las masas deben ser consideradas en el análisis modal se puede definir en la configuración del análisis modal, como se muestra en la Imagen 2. En contraste con la opción “No descarte” (es decir, no se descartarán masas), puede elegir entre dos opciones para descartar masas: descartar la masa en todos los nodos fijos y soportes lineales o crear una selección de los objetos individuales por usted mismo.
La primera opción (Imagen 2), como su nombre lo sugiere, le permite fijar las masas en todos los soportes nodales y lineales a cero. Esto se hace completamente por el programa; no se requiere una selección por su parte, ya que el programa desactivará automáticamente las masas asociadas con los soportes nodales y lineales fijos.
Sin embargo, puede seleccionar la opción “Definido por el usuario” y seleccionar manualmente los objetos para los cuales las masas deben ser desconsideradas para el análisis modal. Al seleccionar esta opción, estará disponible para usted una nueva pestaña (“Descartar Masas”) para especificar su selección de objetos (Imagen 3). Primero, se le pedirá que especifique el tipo de objeto entre los siguientes: nodo, línea, miembro, superficie y nodo sin soporte.
A continuación, puede crear la lista de objetos asociados manualmente o seleccionarlos gráficamente utilizando el botón “Seleccionar Individualmente” en el campo de la lista de objetos. Para los objetos seleccionados, se le pedirá definir en qué dirección las masas deben ser descartadas. Puede hacer esto seleccionando las casillas de verificación para las direcciones de desplazamiento uX, uY, y uZ, y las rotaciones 𝜑X, 𝜑Y, y 𝜑Z respectivamente.
En ambos casos (descartando la masa en todos los nodos fijos y soportes lineales o creando una selección individual de objetos), las masas de los objetos asociados con la opción seleccionada serán desactivadas y no se considerarán en el análisis modal. Al configurar las masas a cero, el factor de masa equivalente aumentará de modo que el 90% de la masa total requerida para el cálculo en términos del análisis sísmico se alcanzará fácilmente.
Tenga en cuenta que al descartar masas, la rigidez de los objetos no se descarta. Si desea descartar tanto la masa como la rigidez, debe trabajar con Modificaciones de Estructura, como se explicará en un próximo artículo de la Base de Conocimiento.
Ejemplo Práctico
La importancia de la opción de descartar masas en RFEM 6 se demostrará para el ejemplo en la Imagen 4, que muestra una estructura de concreto reforzado con una extensión de acero.
Primero, se realizará un análisis modal con las configuraciones mostradas 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 se establece el número de modos a calcular en 30.
El método para resolver el problema del valor propio es Lanczos como método iterativo para determinar los p valores propios más bajos y las formas modales correspondientes de modelos grandes. La matriz de masas es consistente, y las masas se configuran para actuar en las direcciones de desplazamiento globales X e Y, asumiendo que se realizará un análisis de espectro de respuesta posteriormente.
La pestaña “Configuraciones” gestiona otras configuraciones requeridas para el análisis modal, como el tipo de conversión de masa, que controla la importación de masas para el análisis modal. En este ejemplo, se toman en cuenta los componentes Z (Imagen 6). Como se discutió al inicio del artículo, la opción para descartar masas es parte de estas configuraciones. Para demostrar la importancia de esta opción, primero se realizará el análisis modal sin tomar en cuenta el descarte.
Los resultados del análisis modal con estas configuraciones se muestran en la Imagen 7. Dado que la salida del análisis se utilizará para el análisis sísmico, los resultados que más nos interesan son las masas modales efectivas. Por ejemplo, los resultados sugieren que los primeros siete valores propios son solo valores propios locales asociados con la estructura de acero, en contraste con los modos 8, 9 y 10, que comprenden una alta cantidad de masas y tienen una gran influencia en la respuesta dinámica de la estructura.
Los resultados de todos los modos se muestran en la Imagen 8. Es notable 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 se alcanza el 95.26% en la dirección y). Por lo tanto, para alcanzar el 90%, debe calcular más valores propios; sin embargo, cuantos más valores propios se deban calcular, más tiempo lleva el cálculo, especialmente en el caso de estructuras grandes.
En este punto, se puede usar la opción para descartar masas. Esto le permitirá calcular menos valores propios; por ejemplo, 10 (es decir, establecer el número de modos a calcular en 10), y aún alcanzar el 90% de la masa modal efectiva en cada dirección requerida para el análisis sísmico. Las masas a descartar son aquellas asociadas con la estructura de acero, ya que los resultados muestran que no tienen una gran influencia en la respuesta dinámica de la estructura.
Para descartar las masas asociadas con la estructura de acero, debe definir el tipo de objeto como “Miembro” y crear la lista de objetos manualmente o seleccionarlos 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 rotación (es decir, uX, uY, uZ, 𝜑X, 𝜑Y y 𝜑Z respectivamente) para descartar masas en estas direcciones.
Finalmente, puede ejecutar el análisis modal con estas configuraciones y obtener los resultados, como se muestra en la Imagen 10. Esta vez, se alcanza el 90% requerido con el cálculo de solo 10 modos, y el tiempo de análisis es significativamente más corto.
