INTRODUCION AL CONCEPTO DE CSIBridge

SOFTWARE PARA EL ANALISIS Y DISEO DE PUENTES

AUTOR: ING. JORGE CABANILLAS RODRIGUEZ, MSc

JULIO DEL 2014

1.- Menu Orbital Est localizado en la parte superior izquierda del programa. Este men est relacionado a la operacin de archivos Files (Nuevo Archivo, Abrir un Archivo, Guardar y Guardar Como), Importar y Exportar; Batch File (mantenimiento de archivos); Impresin; Crear Reporte de salida de Analisis y Diseo; Crear Animaciones, Videos, etc. Settings (configuraciones); Recursos; Recent Models despliega los ltimos archivos de modelos que hemos abierto o que hemos usado.

Figura N01.- Comando Orbital

2.- Generacin de un Modelo Nuevo usando Quick Bridge (modelo rpido)

Figura N02.- Inicio rpido creando un nuevo modelo, CSiBridge colocara la informacin bsica a su modelo

2.1. Orbital / New

Este comando es para generar un nuevo modelo Figura N02.

Esta forma tiene 06 maneras distintas de iniciar un nuevo modelo; desde unos modelos predefinidos con propiedades por defecto que luego el usuario debe modificar, hasta una hoja en blanco donde se deber realizar el modelo desde el inicio.

Debe de seleccionar las unidades que usara en el modelo; pero dentro del desarrollo del puente podr interactuar de manera directa con las unidades que en cierta etapa se requiera, sin tener que salir de la pantalla de ejecucin.

Tambin puede usar un archivo existente, seleccionando Initialize Model from an Existing File en este caso podemos traer un archivo de un modelo existente e iniciar un nuevo modelo sin alterar el archivo que seleccionamos. Esta opcin se puede usar si el modelo existente tiene propiedades en comn con el nuevo modelo que vamos a generar.

La opcin Quick Bridge tpicamente produce estructuras con espaciamientos uniformes, aunque este se puede modificar luego. Podramos describir algunas opciones dentro del recuadro New Model:

Figura N03.- Generacin de un modelo nuevo

Template Blank:

Esta opcin permite abrir el programa en blanco, puede ser til cuando Importamos algn modelo para iniciar nuestro trabajo. Tambin si queremos generar el modelo desde cero usando las pestaas (Ribbon) o mejor an si queremos usar el Bridge Wizard (Definido ms adelante).

Template Quick Bridge:

Esta opcin es para generar un modelo rpidamente, solo hay que especificar al programa las longitudes (span, separados de ;) y el tipo de seccin que compone la Sper Estructura del puente. Una vez generado el modelo es posible tambin usar el Bridge Wizard o desde la lnea de comandos para hacer modificaciones o introducir la informacin necesaria.

Figura N04.- Bridge Wizard y Lnea de Comandos

Template Cable Bridge:

Esta opcin es usada para crear un puente en suspensin con cables (Puentes Colgantes), basado en el ancho de la losa, altura mnima en el centro del cable (sag), y el nmero de divisiones que contiene cada tramo del puente donde se sujetar el tablero (pndolas).

Figura N05.- Cable Bridge

Template Caltrans BAG:

Este es el Generador de Anlisis de Puente (Bridge Analysis Generator), para desarrollar un anlisis dinmico de respuesta espectral y un anlisis esttico para un puente de concreto armado. Es una opcin que normalmente se usa para cumplir con los requerimientos del departamento de Transporte y Obras Pblicas de California, CalTrans.

Figura N06.- Caltrans - BAG

Template Beam:

Usado para crear un modelo simple de viga, solo hay que especificar el nmero de tramos (spans), su respectiva longitud y la propiedad de la seccin a usar.

Figura N07.- Beam - Viga

Templates 2D Frame:

Para usar un modelo de prtico en dos dimensiones basado en los parmetros especificados.

Figura N08.- Prtico Plano (2D)

2.2 Orb > Open Luego que el modelo es creado y salvado, este puede abrirse usando el comando Open.

2.3. Orb > Save; Save as ; Este comando es para guardar y almacenar el archivo en uso. La extensin de los archivos es .BDB

2.4. Orb > Import Este comando es usado para traer datos de un modelo en varios formatos. Entre los formatos que se pueden importar estn:

-.TXT (Texto)

- .XLS (Excel)

- .mdb (Acces)

- .sdb (SAP2000)

- .STP (CIS/2)

- .dxf (Auto Cat)

- .ifc (IFC)

- .jgs (IGES)

- .dat (Nastran)

- .std/.gti (STAAD/GTSTRUDL)

- StruCAD*3D

2.5 Orb > Export Este comando es usado para exportar el modelo generado en CSIBridge a una variedad de formatos (todos los anteriores, incluyendo el Perform 3D y Perform 3D Structure.

2.6 Orb > Print Este comando est compuesto por tres subcomandos:

1- Print Graphis: La grafica que se despliega en la ventana activa es enviada a imprimir en una impresora.

2- Print Tables: Para especificar e imprimir datos en el programa.

3- Print Setup: Este comando es usado para especificar la impresora que se usara por defecto, orientacin del papel y otras opciones.

2.7 Orb > Report Comando Create Report: Genera un reporte para el file, usando la fuente de datos, el formato de salida y los tipos de datos seleccionados usando el Report Setup. Comando Report Setup: Este comando no es para generar un reporte sino mas bien cul ser el contenido del reporte, formato, tipo de salida, grupos, orientacin de la pgina, componentes del reporte, datos de entrada, parmetros de salida y si se requiere incluir los nombres de todos los objetos en la salida de resultados. Comando Advanced Report Writer: Este comando permite que el usuario seleccione desde cero el contenido y el formato que tendr el reporte, y entonces crea el reporte en funcin de lo especificado.

2.8 Orb > Pictures Este comando despliega un men de sub comandos que permiten capturar la imagen en la pantalla del programa que sta activa, tambin es posible crear videos de animacin mltiple o cclica.

2.9 Orb > Setting Este comando despliega un men de sub comandos que puede ser usado para especificar las unidades de salida y de entrada de datos, tolerancias, la tabla de base de datos, colores entre otras cosas.

2.10 Orb > Language Las lenguas validas en CSIBridge son el Ingls y el chino.

3.- Comando Home

3.1 Bridge Wizard

Esta opcin guiara al usuario a generar un modelo con los pasos necesarios para este fin. El comando se activa usando

una pgina en blanco en la opcin nuevo modelo o crear un nuevo modelo con propiedades por defecto usando el

comando Quick Bridge. El Bridge Wizard se ha diseado para trabajar con la pantalla en blanco.

Figura N09.- Creacin de un modelo usando el Wizard

3.1.1 Bridge Modeler Wizard

El recuadro desplegado mostrar cada paso que usted debe seguir en el proceso de crear su nuevo modelo. Si usted

selecciona un paso determinado en la tabla de sumario Summary Table la descripcin pertinente aparecer en el

recuadro localizado en la parte superior (step #). En el recuadro de la izquierda estn las opciones para comenzar a

trabajar con la definicin del modelo, al seleccionar cualquier opcin en el recuadro de definicin tambin aparece la

descripcin del mismo en el recuadro derecho. Puede ir deslizndose a travs de cada paso con las flechas que se

encuentran en la parte inferior en Step. Tambin puede visualizar todo el contenido en la tabla de sumario deslizando

las flechas en Form Layout. La columna Note en la tabla de sumario presenta la palabra Required y

Component., lo requerido siempre deber definirse para poder crear el modelo, mientras que los otros parmetros

son avanzados poco usuales. Cuando usted usa la opcin Quick Bridge para iniciar su nuevo modelo el programa asigna

propiedades por defecto a todo el puente. Estas propiedades pueden revisarse y modificarse a travs del Bridge

Wizard. Tambin otra forma de interactuar con las propiedades del puente es navegando a travs de cada TAB.

3.1.2 PASOS A SEGUIR CUANDO USAMOS EL BRIDGE WIZARD

1. Introduccin

2. Definir la Alineacin Horizontal y Vertical del Puente LAYOUT LINE.

3. Definir las Propiedades Bsicas de los Materiales, Secciones y Link (Cuando aplique al modelo).

4. Definir las caractersticas especficas del Puente (Seccin del Deck, Diafragmas, Restricciones, Asientos, Resortes

usados en las Fundaciones entre otras acciones).

5. Desde los pasos 5 hasta el 7 definir los objetos del puente, esto despus de haber definido la geometra en los pasos

anteriores.

8. Dibujar y asignar las propiedades a los objetos del puente.

9. Desde los pasos 9 hasta el 13 definir los parmetros bsicos del anlisis (Lineal, Vehculos, Casos de Carga y Opciones

de Salida).

Observe que hay pasos que no pueden ser definidos hasta que un paso previo este definido por ejemplo no es posible

definir los objetos del puente hasta que el Layout (lnea de diseo) y las propiedades del Deck no estn definidos. La

asignacin a los objetos del puente no se puede completar hasta que los objetos no sean definidos. Para definir Lanes

es necesario primero haber definido el Layout y deben existir los objetos Frame en el puente.

3.2 View

Este comando muestras todas las opciones posible para visualizar el modelo durante el proceso de creacin, anlisis y

diseo; dentro del comando View tenemos:

Zoom; View 3D; Refrescar; Encuadre; Vista Planta; Elevacin; Pan; Mas Opciones; Set de View; etc

3.3 Snap

Este comando ajusta la seleccin de nudos en un elemento del modelo, podemos capturar fcilmente puntos, puntos

medios, intersecciones, perpendiculares, bordes, o ajuste en nodos de grillas.

3.4 Select

Select permite todo tipo de seleccin y de-seleccin, ya sea de manera directa en la ventana activa con el puntero del

mouse; con un trazo en poligonal; por tipo de material, por seccin, por grupos, por tipo de apoyo, por etiqueta del

elemento; por tablas, etc.

3.5 Display

Las opciones del Display mostraran toda informacin de cargas y respuestas despus del anlisis; esto se puede

presentar por graficas en la ventana activa o por tablas; tambin en el sub comando de mas opciones tenemos se puede

mostrar graficas de salida para anlisis no lineal y otros.

4.- Comando Layout

4.1 Layout Line Las lneas de Layout son lneas de referencia usadas para definir la longitud de los tramos del puente, como tambin su alineacin, el cual puede ser curvo o recto.

Esta opcin es para generar bsicamente las lneas de referencia usadas para definir la alineacin vertical y horizontal del

puente. Tambin se usan para especificar las lneas vehiculares. Las lneas de trazos pueden ser rectas, con dobles, con

curvas tanto verticales como horizontales.

Nueva Lnea de Referencia Copiar de una Lnea Edicin de Lnea Borrar Lnea

Nota: estas acciones aplican a todos los dems comando que se visualizan con sus iconos respectivos a los antes

descritos.

Cuando agregamos o editamos una lnea de referencia se despliega el siguiente cuadro:

Figura N10.- Data de la lnea de referencia

Modify Layout Line Station: Esta opcin es usada para mover las lneas de trazado, de dos formas:

Shift Distance: Para mover la estacin inicial del Layout seleccionado, especificar la distancia a partir de eje global

longitudinal; toda accion posterior ser con referencia a esta ubicacin referida.

New Starting Station: Usar una nueva estacin de inicio del Layout, puede especificar a partir de una distancia como

referencia del eje global.

Coordinates of Initial Station: Esta opcin es usada para mover el punto donde comienza el Layout. Por defecto este punto est en el origen de los ejes globales de referencia.

Initial Station (m): Aqu usted puede introducir una nueva estacin inicial, sin embargo solo se modificara dicha estacin las dems se quedaran igual.

Initial Grade Percent: Representa el porciento de inclinacin del puente.

End Station: Modifica la estacin final sin alterar las dems estaciones.

Horizontal Layout Data: Esta opcin despliega un recuadro que puede ser usado para definir el alineamiento horizontal

del puente. Es posible definir una combinacin de layout usando ya sea mltiples lneas rectas o curvas, a partir de una

estacin previa de asientos (bearing), o de una nueva estacin. Las curvas pueden ser tanto a la derecha como a la

izquierda. Las estaciones se especifican como longitud medida desde la izquierda a la derecha, desde la estacin inicial.

Figura N11.- Bridge Layout Line Horizontal

Si seleccionamos Quick Start aparece el siguiente recuadro para hacer una definicin rpida del alineamiento

horizontal.

Figura N12.- Define el alineamiento horizontal del puente

Vertical Layout Data: Esta opcin despliega un recuadro que puede ser usado para definir el alineamiento vertical del

puente. Es posible definir una combinacin de layout vertical con mltiples alturas, ya sea constante desde una estacin

previa con su respectivo grado o elevacin, o desde una nueva elevacin. La localizacin de las estaciones se miden en

longitud de derecha a izquierda desde la localizacin de la estacin inicial.

Figura N13.- Bridge Layout Line Vertical

Si seleccionamos Quick Start aparece el siguiente recuadro para hacer una definicin rpida del alineamiento vertical.

Figura N14.- Define el alineamiento vertical del puente

4.2 Lanes Los carriles se definen para el anlisis del modelo bajo la carga viva mvil. Esta definicin se usa cuando agregamos los casos de carga mvil y en la definicin de los patrones de carga viva los cuales que a la vez se usan en los casos de carga lineal y dinmica con mltiples pasos. La carga viva vehicular pasa directamente sobre el Lane (Carril) definido, puede definirse uno o ms carriles. Estos carriles pueden satisfacer los requerimientos del cdigo AASHTO. Los carriles no necesariamente tienen que ser paralelos o tener la misma longitud.

En puentes simples con una carretera, los carriles usualmente son paralelos y con espaciamiento uniforme, recorriendo toda la longitud del puente. Tambin es posible definir mltiples patrones de carriles para estudiar el efecto de diferentes posiciones vehiculares paralelas. Para propsitos de diseo se debe definir y cargas un solo carril. El factor de distribucin de la carga viva se debe definir usando las opciones disponibles cuando definimos la sper estructura. En la siguiente figura se ilustran los comandos para definir los carriles.

Figura N15.- Defina el carril para la carga mvil (Lane)

Bridge Layout Line: Con este comando es posible alinear la geometra del puente definida a travs del Layout con el Lane que se est definiendo. Note que los cuadros de edicin pueden usarse para especificar la localizacin de la estacin medida de izquierda a derecha en relacin al inicio del puente, la distancia de separacin referente al Layout y el eje del Lane; y el ancho del Lane. La separacin entre el Lane y el Layout puede variar por estacin.

La lnea completa puede ser movida usando botn Move Lane, el cual se puede usar para cambiar la separacin entre el Layout o moviendo el inicio de la lnea a otra posicin deseada. Note que para definir un simple Lanes se requiere como mnimo dos datos correspondientes al inicio y al final.

Figura N16.- Show lane (mostrando los carriles)

Add New Lane Defined From Frames: Este recuadro es usado para referenciar el Lane a un elemento Frame el cual se especifica con el label (etiqueta) correspondiente al elemento. Es posible utilizar, mltiples elementos como referencia para definir el Lane en caso de que el Lane sea mayor que uno de los elementos de referencia, en este caso hacemos referencia a otro elemento.

Figura N17.- Generacin de carriles asociado a un frame (ejemplo frame 25 se ha asociado un lane de 3.6m ancho)

5.- Components

5.1 Type Properties Materials

Al seleccionar Type se despliega una lista de propiedades y el nombre del panel cambiara en funcin de la propiedad seleccionada en la lista. Si hacemos click en expandir se desplegaran una de los siguientes recuadros.

5.1.1 Material Properties: Al desplegar material 4000Psi podremos editar sus propiedades segn:

Figura N18.- Edicin de propiedades de materiales (ejemplo concreto con propiedades no lineales)

5.1.2 Frame Properties: Al desplegar podemos generar nuevas secciones segn la necesidad del proyecto, estos elementos son generados como tipo frame (eje con propiedades geomtricas definida)

Figura N19.- Ejemplo de creacin de un elemento frame con acero para revisin en la etapa de diseo

5.1.3 Cables Properties: Al desplegar podemos crear o editar secciones de cables, cuando se modela con estos elementos por su no-linealidad los casos de anlisis deben ser no lineales.

Figura N20.- Ejemplo de creacin de un elemento cable donde podemos modificar su rigidez

5.1.4 Tendons Properties: Nos permite crear tendones para secciones tensadas; podemos editar el dimetro o rea del

Tendon y la calidad del material; podr ser modelado como Carga (solo se aplicara una fuerza o carga en el jack del

Tendon) o podr ser modelado como Elemento (a parte de la caracterstica anterior podremos obtener la respuesta-

curva por capacidad del elemento).

Figura N21.- Ejemplo de creacin de un Tendon que puede ser modelado como carga o elemento

5.1.5 Links Properties: Genere las vinculaciones que necesita para diversas situaciones y condiciones; desde vinculaciones rgidas, parcialmente rgidas, hasta disipadores y aisladores de base.

Figura N22.- Ejemplo de creacin de un aislador con ncleo de plomo con propiedades No-lineales en U2 y U3

5.1.6 Rebar Sizes:

Agregue el rea de acero que desea usar, o de lo contrario verifique (o modifique) la informacin de los aceros disponibles por defecto.

Figura N23.- Display de redondas de acero de refuerzo

5.2 Item Superstructure

Al seleccionar Item se despliega una lista de propiedades para definir la Super estructura: Sections Deck; Diaphragms; Parametric Variations. Si hacemos click en expandir se desplegaran una de los siguientes recuadros.

5.2.1 Deck Sections: Al desplegar podremos definir una seccin transversal para la super estructura

Figura N24.- Ejemplo de definicin de una seccin cerrada para Super Estructura

5.2.2 Diaphagmas: Crea diafragma que ser usado en la super estructura; pueden ser del material base que se ha definido el Deck.

Figura N25.- Ejemplo de definicin de diafragma

5.2.3 Parametric Variations: Crea una variacin paramtrica para la seccin transversal segn requiera el proyecto

Figura N26.- Ejemplo de definicin de una variacin paramtrica en la seccin

5.3 Item Subrstructure

Al seleccionar Item se despliega una lista de propiedades para definir la Sub-estructura y sus vinculaciones: Bearings, Restrainers, Fundation Springs, Abutments, Bents. Si hacemos click en expandir se desplegaran una de los siguientes recuadros.

5.3.1 Bearings: Al desplegar este comando podr generar la vincula que conectara la Super estructura y la Sub estructura, esta vinculacin podr realizarse por grados de libertad DOF o por un Link definido ya anteriormente.

Figura N27.- Ejemplo de definicin de una vinculacin por DOF o link

5.3.2 Restrainer: Propiedades para Restrainer podr especificar datos para cables restrictores. Cables restrainer se utilizan como los lazos de tensin a travs de las discontinuidades de la superestructura. La fijacin pueden ser asignados a los estribos, apoyos intermedios y rotulas donde la superestructura es discontinua. Cuando se especifica, el programa asume que existe un cable Restrainer en cada ubicacin de la viga que conforma el Deck. Una propiedad de fijacin se puede especificar como una propiedad Link o puede ser definida por el usuario. Se recomienda hacer la fijacin definido por el usuario. La fijacin definida por el usuario se especifica por una longitud, rea y mdulo de elasticidad.

5.3.3 Fundations Springs: Propiedades de suelo de soporte, definido por grados de libertad DOF o por link (resorte)

Figura N28.- Ejemplo de suelo de soporte

5.3.4 Abutment: Configuracin de Estribo o apoyo en los extremos del puente

Figura N29.- Ejemplo de Estribo

5.3.5 Bent: Configuracin de los apoyos intermedios (se complementa con las acciones anteriores generadas)

6.- Loads (Cargas)

La pestaa Cargas (Loads), permite el acceso eficiente a los datos necesarios para agregar, copiar o modificar definiciones de vehculos y clases de vehculos, patrones de carga, espectros de respuesta, funciones de carga en el tiempo, cargas puntuales, lineales y cargas de reas. Esta tambin disponible un comando para borrar una definicin especifica. Si se us el Quick Bridge para iniciar el modelo, el programa deber tener creado definiciones de vehculos por defecto, clases de vehculos, patrones de carga, ect. Todas estas definiciones pueden visualizarse usando los comandos de la pestaa Loads o tambin usando el Wizard. Los comandos de esta pestaa tambin pueden ser usados si se usa la opcin en blanco para iniciar el nuevo modelo. Los vehculos deben ser definidos para analizar el modelo de un puente bajo carga viva vehicular. En el programa CsiBridge la carga vehicular son aplicadas a la estructura a travs de los Lanes. Cada definicin de los vehculos consiste de una o ms cargas concentradas o cargas uniformes.

6.1 Type Vehicles Al seleccionar Type se despliega los comandos Vehculo y Clase de Vehculo, podremos definir el tipo de carga mvil que usaremos para evaluar el puente.

6.1.1 Vehicles: Configuracin de carga mvil; se puede seleccionar el vehculo que el cdigo especfica para realizar el anlisis del puente por carga mvil; as tenemos: Si usamos el cdigo AASHTO LRFD, se definir el Vehculo HL93; este est compuesto de: HL93K Camin + Carril de carga distribuida y HL93M el Tandem + Carril de carga distribuida; (el carril no estar afectado por el 33% de Incremento Dinmico); en puentes de grandes luces y de mas de un tramo se podr usar el vehculo especial HL93S para conseguir el Mto. mximo negativo en los apoyos intermedios (sern dos camiones separados 15m).