Análisis de estructuras : métodos clásico y matricial /

McCormac, Jack C.

Análisis de estructuras : métodos clásico y matricial / Jack C. McCormac. - 4ta. - México: Alfaomega, 2010 - 588 p.

CONTENIDO
PARTE UNO: ESTRUCTURAS ESTATICAMENTE DETERMINADAS 1
CAPITULO 1. Introducción 3
Análisis y diseño estructural 3
Historia del análisis estructural 4
Principios básicos del análisis estructural 6
Componentes y sistemas estructurales 8
Fuerzas estructurales 9
Idealización estructural (diagramas de líneas) 11
Exactitud de los cálculos 13
Verificación de los problemas 13
Impacto de las computadoras en el análisis estructural 14
CAPITULO 2. Cargas estructurales 16
Introducción 16
Seguridad estructural 17
Especificaciones y reglamentos de construcción 17
Tipos de cargas estructurales 20
Cargas muertas 20
Cargas vivas 21
Factores de impacto por carga viva 23
Cargas vivas sobre techos 23
Cargas de lluvia 24
Cargas de viento 26
Procedimiento simplificado de la ASCE para estimar las cargas de viento 29
Procedimiento detallado de la ASCE para estimar las cargas de viento 31
Cargas sísmicas 32
Procedimiento de fuerza lateral equivalente para estimar las cargas sísmicas 34
Cargas de nieve 37
Otras cargas 40
CAPITULO 3. Sistema de cargas y comportamiento 43
Introducción 43
Áreas tributarias 44
Áreas de influencia 48
Reducción de la carga viva 48
Condiciones de carga para el diseño por esfuerzos permisibles 50
Condiciones de carga para el diseño por resistencia 52
Concepto de envolvente de fuerzas 55
CAPITULO 4. Reacciones 57
Equilibrio 57
Cuerpos móviles 57
Cálculo de las incógnitas 58
Tipos de soporte 59
Estabilidad, determinación e indeterminación 61
Equilibrio inestable e inestabilidad geométrica 64
Convención de signos 65
Diagramas de cuerpo libre 66
Componentes horizontales y verticales 67
Reacciones por proporciones 67
Reacciones calculadas con ecuaciones de equilibrio estático 68
Principio de superposición 71
El voladizo simple 72
Estructuras con voladizo 73
Cálculo de las reacciones para las estructuras con voladizos 75
Arcos 77
Arcos de tres articulaciones 78
Usos de arcos y de estructuras con voladizos 83
Cables 83
CAPITULO 5. Fuerza cortante y momento flexionante 95
Introducción 95
Diagramas de fuerza cortante 97
Diagramas de momento 98
Relaciones entre cargas, fuerzas cortantes y momentos flexionantes 98
Diagramas de momento flexionante dibujados a partir de diagramas de fuerza cortante 99
Diagramas de fuerza cortante y de momento flexionante para marcos estáticamente determinados 106
Ecuaciones de la fuerza cortante y del momento flexionante 110
CAPITULO 6. Introducción al estudio de las armaduras planas 117
Introducción 117
Hipótesis para el análisis de armaduras 118
Notación para las armaduras 119
Armaduras para techos 120
Armaduras para puentes 121
Disposición de los elementos de una armadura 122
Determinación estática de las armaduras 123
Métodos de análisis y convenciones 127
Método de los nudos 129
Análisis por computadora de armaduras estáticamente determinadas 134
CAPITULO 7. Armaduras planas (continuación) 143
Análisis por el método de las secciones 143
Aplicación del método de las secciones 144
Método de los cortantes 151
Miembros con fuerza cero 153
Cuando las hipótesis no son correctas 155
Armaduras simples, compuestas y complejas 156
Prueba de la carga cero 157
Estabilidad 159
Ecuaciones de condición 161
CAPITULO 8. Armaduras espaciales o tridimensionales 168
Introducción 168
Principios básicos 168
Ecuaciones del equilibrio estático 169
Estabilidad de las armaduras espaciales 171
Teoremas especiales aplicables a las armaduras tridimensionales 171
Tipos de apoyo 172
Ejemplos ilustrativos 173
Solución usando ecuaciones simultáneas 178
Problema de ejemplo con SABLE32 180
CAPITULO 9. Líneas de influencia para vigas 185
Introducción 185
Definición de la línea de influencia 185
Líneas de influencia para las reacciones de una viga simple 186
Líneas de influencia para fuerzas cortantes en vigas simples 187
Líneas de influencia para momentos en vigas simples 188
Líneas de influencia cualitativas 189
Usos de las líneas de influencia; cargas concentradas 194
Usos de las líneas de influencia; cargas uniformes 195
Fórmulas comunes para vigas simples a partir de líneas de influencia 196
Determinación de los efectos máximos de la carga usando líneas de influencia 197
Efectos máximos de las cargas usando la curvatura de la viga 198
Cargas de impacto 199
CAPITULO 10. Líneas de influencia y cargas móviles en armaduras 204
Líneas de influencia en armaduras 204
Disposición de los sistemas de piso de puentes 204
Líneas de influencia para las reacciones de una armadura 206
Líneas de influencia para las fuerzas de los miembros de armaduras de cuerda paralela 206
Líneas de influencia para fuerzas de miembros de armaduras de cuerda no paralela 208
Líneas de influencia para armaduras K 210
Determinación de las fuerzas máximas 211
Barras de contratensión en las armaduras de puentes 213
Cargas vivas para puentes carreteros 215
Cargas vivas para puentes ferroviarios 219
Valores máximos para cargas móviles 220
CAPITULO 11. Deflexiones y cambios angulares usando métodos geométricos 225
Introducción 225
Croquis de las deformaciones de las estructuras 225
Razones para calcular las deflexiones 230
Teoremas del área del diagrama de momento 232
Aplicación de los teoremas del área del diagrama de momento 234
Análisis de vigas doblemente empotradas 241
Teorema de Maxwell sobre las deflexiones recíprocas 243
CAPITULO 12. Deflexiones y cambios angulares usando métodos geométricos (continuación) 248
El método de los pesos elásticos 248
Aplicación del método de los pesos elásticos 249
Limitaciones del método del peso elástico 254
Método de la viga conjugada 255
Resumen de vigas conjugadas 257
Equilibrio 257
Resumen de relaciones en vigas 258
Aplicación del método de la viga conjugada a vigas 258
Deflexiones a largo plazo 260
Aplicación del método de la viga conjugada a marcos 261
CAPITULO 13. Deflexiones y cambios angulares usando métodos de energía 264
Introducción a los métodos de energía 264
Principio de la conservación de la energía 264
Trabajo virtual o método del trabajo virtual complementario 265
Deflexiones en armaduras por trabajo virtual 267
Aplicación del trabajo virtual en las armaduras 269
Cálculo de deflexiones en vigas y en marcos mediante el método del trabajo virtual 273
Problemas de ejemplo para vigas y marcos 274
Cálculo de rotaciones o cambios angulares por medio del trabajo virtual 281
Introducción a los teoremas de Castigliano 283
Segundo teorema de Castigliano 284
PARTE DOS: ESTRUCTURAS ESTATICAMENTE INDETERMINADAS
Métodos clásicos
CAPITULO 14. Introducción a las estructuras estáticamente indeterminadas 297
Introducción 297
Estructuras continuas 298
Ventajas de las estructuras indeterminadas 300
Desventajas de las estructuras indeterminadas 302
Métodos para analizar estructuras estáticamente indeterminadas 303
Mirando hacia adelante 304
CAPITULO 15. Métodos de fuerzas para el análisis de estructuras estáticamente indeterminadas 305
Vigas y marcos con una redundante 305
Vigas y marcos con dos o más redundantes 314
Asentamiento de apoyos 316
CAPITULO 16. Métodos de fuerzas para el análisis de estructuras estáticamente indeterminadas (continuación) 322
Análisis de armaduras con redundantes externas 322
Análisis de armaduras con redundantes internas 326
Análisis de armaduras con redundantes internas y externas 329
Cambios de temperatura, contracción, errores de fabricación, etcétera 330
Primer teorema de Castigliano 332
Análisis con computadoras 341
CAPITULO 17. Líneas de influencia para estructuras estáticamente indeterminadas 347
Líneas de influencia para vigas estáticamente indeterminadas 347
Líneas de influencia cualitativas 353
Líneas de influencia para armaduras estáticamente indeterminadas 356
CAPITULO 18. Pendiente-deflexión: Un método de análisis por desplazamientos 363
Introducción 363
Deducción de las ecuaciones de pendiente-deflexión 363
Aplicación de las ecuaciones de pendiente-deflexión a vigas continuas 366
Vigas continuas con extremos simplemente apoyados 369
Diversos aspectos relacionados con las vigas continuas 371
Análisis de vigas con asentamientos en los apoyos 372
Análisis de marcos sin desplazamiento lateral 374
Análisis de marcos con desplazamiento lateral 376
Análisis de marcos con columnas inclinadas 382
PARTE TRES: ESTRUCTURAS ESTATICAMENTE INDETERMINADAS
Métodos comunes actualmente en uso
CAPITULO 19. Análisis aproximado de estructuras estáticamente indeterminadas 389
Introducción 389
Armaduras con dos diagonales en cada tablero 390
Vigas continuas 391
Análisis de estructuras de edificios para cargas verticales 395
Análisis de portales 398
Análisis de marcos de edificio para cargas laterales 400
Análisis aproximado de marcos comparados con el análisis exacto por SABLE32 407
Distribución de momentos 408
Análisis de armaduras Vierendeel 408
CAPITULO 20. Distribución de momentos en vigas 413
Introducción 413
Relaciones básicas 415
Definiciones 417
Convención de signos 419
Aplicación de la distribución de momentos 419
Modificación de la rigidez para el caso de extremos simples 424
Diagramas de fuerza cortante y de momento flexionante 425
Soluciones con computadora con SABLE32 428
CAPITULO 21. Distribución de momentos para marcos 433
Marcos sin desplazamiento lateral 433
Marcos con desplazamiento lateral 435
Momentos debidos al desplazamiento lateral 437
Marcos con elementos inclinados 447
Marcos de niveles múltiples 451
Análisis con computadora de los marcos 455
CAPITULO 22. Introducción a los métodos matriciales 461
Análisis de estructuras con el uso de la computadora 461
Métodos matriciales 461
Repaso de álgebra matricial 462
Métodos de análisis de las fuerzas y de los desplazamientos 462
Introducción al método de las fuerzas o de las flexibilidades 463
CAPITULO 23. Fundamentos del método de los desplazamientos o de las rigideces 470
Introducción 470
Relaciones generales 470
Ecuaciones de rigideces para barras con fuerza axial 472
Ecuaciones de rigideces para las barras sometidas a flexión 478
Matriz de rigidez para elementos combinados sujetos a fuerza axial y flexión 487
Características de las matrices de rigideces 489
Relación entre las matrices de rigideces y de flexibilidad 490
CAPITULO 24. Matrices de rigideces para elementos inclinados 494
Generalidades 494
Elementos con fuerza axial 494
Elementos sometidos a flexión 500
Carga entre nodos 510
CAPITULO 25. Temas adicionales de métodos matriciales 518
Generalidades 518
Adición de las ecuaciones de rigideces 518
Matrices de rigideces para elementos inclinados 520
Ecuaciones de rigideces para estructuras con desplazamientos impuestos 523
Ecuaciones de rigideces para estructuras con elementos que experimentan cambios de temperatura 524
Ecuaciones de rigideces para estructuras cuyos elementos tienen longitudes incorrectas 526
Aplicaciones de la partición de matrices 526
Condensación 527
Ancho de banda de las matrices de rigideces para estructuras generales 528
APENDICE A. La ecuación de la catenaria 533
APENDICE B. Algebra matricial 538
B.1 Introducción 538
B.2 Definiciones y propiedades de las matrices 538
B.3 Tipos especiales de matrices 539
B.4 Determinante de una matriz cuadrada 540
B.5 Matriz adjunta 541
B.6 Aritmética matricial 542
B.7 Método de Gauss para resolver ecuaciones simultáneas 547
B.8 Temas especiales 548
APENDICE C. Cargas eólica, sísmica y de nieve. Tablas y figuras 553
APENDICE D. Análisis por computadora de diversas estructuras con SAP2000 565
D.1 Introducción 565
D.2 Análisis de estructuras planas 565
D.3 Análisis de armaduras espaciales 567
D.4 Análisis de armaduras planas estáticamente indeterminadas 568
D.5 Análisis de estructuras compuestas 570
D.6 Análisis de vigas y marcos continuos 571
APENDICE E. Fórmulas útiles 573
Glosario 577
Indice 583


9786077854562


ANALISIS ESTRUCTURAL
DISEÑO ESTRUCTURAL
ESTRUCTURAS
REACCIONES
DIAGRAMAS FUERZA CORTANTE
ARMADURAS PLANAS
ARMADURAS TRIDIMENSIONALES
ARMADURAS ESPECIALES
LINEAS DE INFLUENCIA
CARGA VIVA
DEFLEXIONES
ROTACIONES
ESTRUCTURAS CONTINUAS
ESTRUCTURAS HIPERESTATICAS
ESTRUCTURAS ESTATICAS
DISTRIBUCION DE MOMENTOS
METODOS MATRICIALES
MATRICES DE RIGIDEZ
TEOREMA DE CASTIGLIANO
PAEM-PROGRAMA
NORMAS MEXICANAS

624.041 M137 2010