Problema Resuelto Parrillas

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

EJERCICIO N° 0..

Resuelva completamente la parrilla mostrada, por el método matricial de los desplazamientos.



GJt 1000tn m2



EIz 1000tn m2



W 2tn / m

2. De acuerdo con la numeración de mayor a menor calculamos el sentido de las flechas.

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3. Determinemos los grados de libertad de la parrilla:

 Por lo tanto cada nodo de la parrilla tiene tres grados de libertad. 4. Condición de apoyo {𝐷1} = {0} {𝐷3} = {0} 𝐷1 0 𝐷2 0 𝐷1 𝐷3 = 0 { }= 𝐷7 0 𝐷3 𝐷8 0 {𝐷9} {0} 5. nudos que nos interesan para el análisis: 𝐷4 𝐷5 {𝐷2} {𝐷} = { } = 𝐷6 𝐷10 {𝐷4} 𝐷11 {𝐷12}

𝑄4 𝑄5 {𝑄2} 𝑄6 {𝑄} = { }= 𝑄10 {𝑄4} 𝑄11 {𝐷12}

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6. COMPATIBILIDAD Tenemos la ecuación de compatibilidad: 



Barra 1 0 0 𝑑1 𝐷1 {0} {𝑑}1 = { } = { } = { } = 0 𝐷4 𝑑2 𝐷2 𝐷2 𝐷5 {𝐷6} Barra 2 0 0 𝑑3 𝐷3 {0} 0 {𝑑}2 = { } = { } = { }= 𝐷10 𝑑4 𝐷4 {𝐷4} 𝐷11 {𝐷12}



Barra 3

𝐷4 𝐷5 𝑑2 𝐷2 {𝐷2} {𝑑}3 = { } = { } = { } = 𝐷6 𝐷10 𝑑4 𝐷4 {𝐷4} 𝐷11 {𝐷12} 7. RELACIÓN (FUERZA- DESPLAZAMIENTO) 

Barra 1 {Q2}1=[k21]{D1}+ [k22]{D2} 𝐸𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠

Como [k21]{D1}=0 → 𝑞1 𝑘 {𝑞 } = ( 11 𝑘21 2 

{Q2}1=[k22]{D2}

𝑘21 𝐷1 ){ } 𝑘22 𝐷2

Barra 2 {Q2}2=[k21]{D3}+ [k22]{D4} 𝐸𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠

Como [k21]{D3}=0 → 𝑞1 𝑘 {𝑞 } = ( 11 𝑘21 2 

𝑘21 𝐷3 ){ } 𝑘22 𝐷4

Barra 3 {Q1}3=[k11]{D2}+ [k12]{D4} {Q2}3=[k21]{D2}+ [k22]{D4} 𝑞1 𝑘 {𝑞 } = ( 11 𝑘21 2

𝑘21 𝐷2 ){ } 𝑘22 𝐷4

8. RELACIONES DE EQUILIBRIO

{Q2}2=[k22]{D2}

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{Q2}={q2}1+{q1}3

9. MATRIZ DE BARRA EN EL SISTEMA LOCAL 

BARRA 1

{q´} =[k’]{d´} 𝑞′ 𝑘′ { 1 } = ( 11 𝑞′2 𝑘′21 𝑘′ ( 11 𝑘′21

𝑘′21 𝐷′2 ){ } 𝑘′22 𝐷′4

𝑘′21 ) = 𝑘′ 𝑘′22

Si: GJt =1000 tn-m2 EIz = 1000 tn- m2 L=4 m Entonces: 𝐺𝐽𝑡 1000 =( ) = 250 𝑙 4 12 ∗ 𝐸𝐼𝑧 12 ∗ 1000 =( ) = 187.5 3 𝑙 43 6 ∗ 𝐸𝐼𝑧 6 ∗ 1000 = ( ) = 375 𝑙2 44 4 ∗ 𝐸𝐼𝑧 4 ∗ 1000 =( ) = 1000 𝑙 4 2 ∗ 𝐸𝐼𝑧 2 ∗ 1000 =( ) = 500 𝑙 4

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250 0.00 0.00 187.5 375 [𝑘1, ] = 0.00 −1000 0.00 0.00 −187.5 [ 0.00 −375

0.00 375 1000 0.00 −375 500

−1000 0.00 0.00 0.00 −187.5 −375 0.00 −375 500 1000 0.00 0.00 0.00 187.5 −375 0.00 −375 1000 ]

Calculo de [R] α = 0°

1 0 [𝑅] = [0 1 0 0

0 0] 1

Sustituimos [R] en [B] [𝐵] = [

[𝑅] [0] ] [0] [𝑅]

1 0 [𝐵] = 0 0 0 [0

0 1 0 0 0 0

0 0 1 0 0 0

0 0 0 1 0 0

0 0 0 0 1 0

0 0 0 0 0 1]

1 0 0 [𝐵]𝑇 = 0 0 [0

0 1 0 0 0 0

0 0 1 0 0 0

0 0 0 1 0 0

0 0 0 0 1 0

0 0 0 0 0 1]

Calculamos [B]T

Por contragradiencia: {𝑑, } = [𝐵]𝑇 {𝑑} Por lo tanto: [𝑘] = [𝐵][𝑘′][𝐵]𝑇 [𝑘]1 1 0 0 = 0 0 [0

0 1 0 0 0 0

0 0 1 0 0 0

0 0 0 1 0 0

0 0 0 0 1 0

0 250 0 0.00 0 0.00 0 −1000 0 0.00 1] [ 0.00

0.00 187.5 375 0.00 −187.5 −375

0.00 375 1000 0.00 −375 500

−1000 0.00 0.00 1000 0.00 0.00

0.00 −187.5 −375 0.00 187.5 −375

0.00 1 −375 0 500 0 0.00 0 −375 0 1000 ] [0

0 1 0 0 0 0

0 0 1 0 0 0

0 0 0 1 0 0

0 0 0 0 1 0

0 0 0 0 0 1]

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250 0.00 0.00 187.5 375 [𝑘]1 = 0.00 −1000 0.00 0.00 −187.5 [ 0.00 −375



0.00 375 1000 0.00 −375 500

−1000 0.00 0.00 1000 0.00 0.00

0.00 −187.5 −375 0.00 187.5 −375

0.00 −375 500 0.00 −375 1000 ]

Barra 2

{q´} =[k’]{d´} 𝑞′ 𝑘′ { 1 } = ( 11 𝑞′2 𝑘′21 𝑘′ ( 11 𝑘′21

𝑘′21 𝑑′1 ){ } 𝑘′22 𝑑′2

𝑘′21 ) = 𝑘′ 𝑘′22

Si: GJt =1000 tn-m2 EIz = 1000 tn- m2 L=6 m Entonces: 𝐺𝐽𝑡 1000 =( ) = 166.67 𝑙 6 12 ∗ 𝐸𝐼𝑧 12 ∗ 1000 =( ) = 55.56 3 𝑙 63 6 ∗ 𝐸𝐼𝑧 6 ∗ 1000 =( ) = 1664.67 2 𝑙 62 4 ∗ 𝐸𝐼𝑧 4 ∗ 1000 =( ) = 666.67 𝑙 6 2 ∗ 𝐸𝐼𝑧 2 ∗ 1000 =( ) = 333.33 𝑙 6

166.67 0.00 0.00 55.56 0.00 166.67 [𝑘1, ] = −166.67 0.00 0.00 −55.56 [ 0.00 166.67

0.00 166.67 666.67 0.00 −166.67 333.33

−166.67 0.00 0.00 166.67 0.00 0.00

0.00 0.00 −55.56 −166.67 166.67 333.33 0.00 0.00 55.56 166.67 166.67 666.67 ]

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{q}= [B] {q’} {

{𝑞1 } 𝑅 }=[ {𝑞2 } 0

0 {𝑞′1 } ]{ } 𝑅 {𝑞′2 }

11. Calculo de [R]

Calculo de [R] α = 0°

1 0 [𝑅] = [0 1 0 0

0 0] 1

Sustituimos [R] en [B] [𝐵] = [

[𝑅] [0] ] [0] [𝑅]

1 0 [𝐵] = 0 0 0 [0

0 1 0 0 0 0

0 0 1 0 0 0

0 0 0 1 0 0

0 0 0 0 1 0

0 0 0 0 0 1]

1 0 0 𝑇 [𝐵] = 0 0 [0

0 1 0 0 0 0

0 0 1 0 0 0

0 0 0 1 0 0

0 0 0 0 1 0

0 0 0 0 0 1]

Calculamos [B]T

Por contragradiencia: {𝑑, } = [𝐵]𝑇 {𝑑}

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Por lo tanto: [𝑘] = [𝐵][𝑘′][𝐵]𝑇

[𝑘]2 1 0 0 = 0 0 [0

0 1 0 0 0 0

0 0 1 0 0 0

0 0 0 1 0 0

0 0 0 0 1 0

0 250 0 0.00 0 0.00 0 −1000 0 0.00 1] [ 0.00

166.67 0.00 [𝑘]2 = 0.00 −1000 0.00 [ 0.00



Barra 3

{q´} =[k’]{d´} 𝑞′ 𝑘′ { 1 } = ( 11 𝑞′2 𝑘′21

𝑘′21 𝑑′1 ){ } 𝑘′22 𝑑′2

Si: GJt =1000 tn-m2 EIz = 1000 tn- m2 L=4.472 m Entonces:

0.00 187.5 375 0.00 −187.5 −375

0.00 55.56 166.67 0.00 −55.56 −166.67

0.00 375 1000 0.00 −375 500

−1000 0.00 0.00 1000 0.00 0.00

0.00 −1000 166.67 0.00 666.67 0.00 0.00 1000 −166.67 0.00 333.33 0.00

0.00 −187.5 −375 0.00 187.5 −375

0.00 1 −375 0 500 0 0.00 0 −375 0 1000 ] [0

0.00 −55.56 −166.67 0.00 55.56 −166.67

0 1 0 0 0 0

0.00 −166.67 333.33 0.00 −166.67 666.67 ]

0 0 1 0 0 0

0 0 0 1 0 0

0 0 0 0 1 0

0 0 0 0 0 1]

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𝐺𝐽𝑡 1000 =( ) = 223.607 𝑙 4.472 12 ∗ 𝐸𝐼𝑧 12 ∗ 1000 =( ) = 134.164 3 𝑙 4.4723 6 ∗ 𝐸𝐼𝑧 6 ∗ 1000 =( ) = 300 2 𝑙 4.4722 4 ∗ 𝐸𝐼𝑧 4 ∗ 1000 =( ) = 844.427 𝑙 4.472 2 ∗ 𝐸𝐼𝑧 2 ∗ 1000 =( ) = 467.214 𝑙 4.472

{q}= [B] {q’} {

{𝑞1 } 𝑅 }=[ {𝑞2 } 0

0 {𝑞′1 } ]{ } 𝑅 {𝑞′2 }

15. Calculo de [R]:

Concluyendo : α = 63.4349° Cos(63.43°) = 0.446 Sen(63.43°) = 0.895

0.446 [𝑅] = [0.895 0

−0.895 0.446 0

0 0] 1

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Sustituimos [R] en [B] [𝐵] = [ 0.446 0.895 0 [𝐵] = 0 0 [ 0

[𝑅] [0] ] [0] [𝑅]

−0.895 0.446 0 0 0 0

0 0 1 0 0 0

0 0 0 0.446 0.895 0

0.895 0.446 0 0 0 0

0 0 1 0 0 0

0 0 0 0.446 −0.895 0

0 0 0 −0.895 0.446 0

0 0 0 0 0 1]

0 0 0 0.895 0.446 0

0 0 0 0 0 1]

Calculamos [B]T

0.446 −0.895 0 [𝐵]𝑇 = 0 0 [ 0

Por contragradiencia: {𝑑, } = [𝐵]𝑇 {𝑑} Por lo tanto: [𝑘] = [𝐵][𝑘′][𝐵]𝑇

16. ENSAMBLAJE DE MATRICES

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17. Pasando la carga distribuida a los nudos tenemos:

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0 0 0 3.33 2 ∗ √5 0 {𝑄} = 0 0 0 −3.33 2 ∗ √5 [ 0 ] 18. Calculo de los desplazamientos: [D] = [K]-1 * {Q} D4= 0.0095472 D5 = 0.01166 D6= 0.00405 D10= 0.014298 D11= 0.01881 D12 = 0.00206

19. GRÁFICOS.

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