Guía para resolver mecanismos

Los mecanismos son problemas de estabilidad en el modelo que deben abordarse y que recomendamos no ignorar. Puede encontrar más información sobre mecanismos en el artículo sobre la regla (N-1). Esta regla debe seguirse al modelar para evitar estas advertencias.

Los mecanismos se pueden clasificar en dos tipos principales:

• Local - un nodo que puede girar libremente en uno o más grados de libertad, o un miembro que puede girar libremente sobre su eje longitudinal. Grado de libertad (GDL), es decir, la dirección de traslación o rotación. En un modelo 3D, hay 6 GDL en cada nodo: traslación X, Y y Z, y rotación X, Y y Z.
• Global - un miembro o conjunto de miembros que puede inclinarse o desplazarse indefinidamente en uno o más GDL. 

Ejemplos de mecanismos locales:

• Una columna con un soporte de base articulado y un extremo inferior articulado, dejando la unión del extremo libre para girar.
• Una columna con un soporte de base totalmente articulado (Mx, My y Mz libres) con todos los elementos unidos/apoyados (p. ej., vigas) también articulados en sus extremos. La columna puede girar libremente sobre su eje longitudinal.
• Una viga con un soporte articulado y un extremo articulado, dejando la unión del extremo libre para girar.

Ejemplos de mecanismos globales:

• Un elemento no conectado a ningún otro elemento o soporte que simplemente flota en el espacio.
• Una columna autoportante con un soporte articulado que, por lo tanto, puede volcarse en cualquier dirección.
• Un pórtico 2D (p. ej., un poste de portería simple) con soportes totalmente articulados que no tiene elementos conectados fuera del plano y que, por lo tanto, puede volcarse lateralmente (fuera del plano).
• Un edificio sin arriostrar con todas las conexiones de vigas/columnas articuladas y sin ningún otro tipo de sistema de resistencia a fuerzas laterales.

Árbol de Estado - Advertencias de Mecanismos en el Motor de Calculo 

Los mecanismos se marcarán mediante Advertencias que enumeran los nodos afectados en el Árbol de Estado > grupo Motor de Calculo, como se muestra en la imagen a continuación. Estas advertencias suelen ir acompañadas de advertencias adicionales por deflexiones excesivas. Para localizar los nodos afectados, active la Vista de Análisis y haga doble-clic en una advertencia o grupo de advertencias.

Al hacer doble-clic en una advertencia de Mecanismo, el nodo más afectado se resaltará con una flecha azul, como se muestra a continuación. A menudo, este es el nodo cuya estabilidad debe abordarse; sin embargo, a veces es solo el más afectado o el que se detecta primero durante la solución y se requiere una investigación más profunda (por ejemplo, deflexiones o una consulta visual de las liberaciones mediante la vista de Revisión).

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Aspectos a considerar

Modificación de las liberaciones en los miembros

Los problemas que se encuentran a menudo se pueden resolver modificando las liberaciones en los miembros según corresponda, cumpliendo así la regla N-1. Las liberaciones se pueden modificar seleccionando el miembro y desplazándose a Liberaciones en la ventana de Propiedades.

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Al activar la opción Elementos > Direction en el Contenido de la escena de la vista Estructural, se muestra una flecha rosa junto a cada miembro, que apunta del Extremo 1 al Extremo 2, como se muestra arriba.

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Las liberaciones también se pueden modificar con la herramienta de revisión Liberaciones en la vista de Revisión.

Tenga en cuenta que esta herramienta solo permite alternar entre liberaciones Fijas, Articuladas y Momento con el atributo Liberaciones establecido. También se puede configurar un extremo libre (de voladizo) utilizando el atributo "Extremo de voladizo".
 

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Activar la opción Elementos 1D > Liberaciones en el Contenido de Escena de la vista de Análisis es útil para ver las liberaciones aplicadas gráficamente.

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Liberaciones redundantes
En ocasiones, Tekla Structural Designer indicará el centro de un elemento, lo que significa que existen liberaciones redundantes en uno o ambos apoyos de ese elemento.

Vigas en voladizo
Las vigas en voladizo deben configurarse como extremo de voladizo ("extremo libre" en versiones anteriores) en el lado del voladizo, independientemente de si tienen otro elemento conectado. Tenga en cuenta que las vigas compuestas actualmente no pueden configurarse como voladizos (ya que no pueden diseñarse para momentos de arrastre); por lo tanto, configure los voladizos como no compuestos.

Tenga en cuenta también que dos liberaciones en los extremos en voladizo no pueden conectarse, por lo que solo una de los dos elementos debe configurarse como voladizo.
 

Análisis modal de primer orden
 

Los mecanismos pueden ser localizados frecuentemente mediante un análisis de vibraciones de primer orden. Los mecanismos se presentarán como modos con una frecuencia de cero. Esto se debe a que, por naturaleza, un mecanismo tiene rigidez cero y, por lo tanto, puede desplazarse indefinidamente en uno o más grados de libertad. La frecuencia está fundamentalmente relacionada con la rigidez y la masa; de hecho, con sqrt(k/M), donde k = rigidez y M = masa. Por lo tanto, cuando k = 0, se obtiene una frecuencia f = sqrt(0/M) = 0.

Para realizar un análisis de vibración, cree una combinación de masa modal; recomendamos incluir los casos de carga de gravedad en esta combinación.

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Este análisis puede ser más rápido y ayudar a localizar algunos mecanismos. Anime los modos con frecuencia cero para que sean evidentes. Por ejemplo, un voladizo con una raíz articulada se moverá hacia arriba y hacia abajo o de lado a lado (tenga en cuenta que esto no ocurrirá con un mecanismo local, ya que la forma modal no puede representar nodos ni miembros girando.

Sin embargo, ejecutar un análisis de vibraciones no es la solución definitiva para encontrar mecanismos; si son demasiado severos o extensos, es posible que simplemente el análisis complete.

Si se ejecuta, una vez completado el proceso de búsqueda y resolución de mecanismos mediante el análisis de vibraciones, se puede ejecutar un análisis lineal de primer orden para encontrar otros posibles mecanismos.

Una vez que el análisis modal de primer orden no arroje ningún mecanismo, se puede ejecutar un análisis no lineal de primer orden y resolver cualquier mecanismo adicional encontrado, si lo hubiera.

Recomendamos prestar mucha atención a la naturaleza de los mecanismos. Esto puede ayudarle a resolver algunos antes de volver a ejecutar el análisis. Por ejemplo, si Tekla Structural Designer indica que se encuentran mecanismos en vigas articuladas que se conectan a columnas articuladas (liberaciones redundantes), es posible que esta situación se repita en otras áreas. Siguiendo los consejos anteriores, puede detectar liberaciones redundantes navegando por el modelo.

Otro escenario, por ejemplo, es cuando una viga en voladizo no se configura como tal (lo cual constituye un modelado incorrecto tanto desde la perspectiva del diseño como del análisis). Si este error se ha cometido en una viga en voladizo, es posible que se haya cometido en muchas (Tekla Structural Designer indicará la más crítica).

El proceso anterior debe realizarse iterativamente hasta que el análisis genere una marca de verificación verde.

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