HIO/IU Våren 2001 Per Erik Thoresen

Presentasjon om: "HIO/IU Våren 2001 Per Erik Thoresen"— Utskrift av presentasjonen:

1 HIO/IU Våren 2001 Per Erik Thoresen
EDR Grunnkurs i STAAD/Pro HIO/IU Våren 2001 Per Erik Thoresen

2 Innhold EDR - Presentasjon av STAAD/Pro
- Introduksjon - Presentasjon av STAAD/Pro - Presentasjon av STAAD/Pro, Modellering - Presentasjon av STAAD /Pro, Analyse - Presentasjon av STAAD /Pro, Resultater - Presentasjon av STAAD /Pro, NS3472

3 Presentasjon av STAAD/Pro
EDR Presentasjon av STAAD/Pro Hva gjør STAAD/Pro Teoretisk bakgrunn Oppbygging av modell, syntaks STAAD/Pro:s “deler” Analyse og generering av rapporter

4 Hva er STAAD/Pro? EDR Structural Analysis And Design for Professionals
Rammestatikkprogram Brukes til alle typer bjelkekonstruksjoner Kan også beregne modeller bygget opp av plateelementer Plateelementer kan jo være greit å ha tilgjengelig hvis man f.eks. Vil modellere gulv og vegger i et hus Det er spesielt innrettet på bjelkekonstruksjoner, men kan også beregne modeller bygget opp av plateelementer. Man kan også kalle det et rammestatikkprogram. Det er altså et program for å analysere strukturer av forskjellige slag, (3D). -STAAD/Pro står for Structural Analysis And Design for Professionals.

5 EDR Hva gjør STAAD/Pro? Finner forskyvninger, regner krefter og spenninger Dimensjonerer etter gitte standarder (stål, betong, aluminium eller tre) Det nya med STAAD/Pro ær det att det ær Windowsbaserat vilket gør att det har ett betydligt førbættrat grafiskt grænssnitt, som ni kommer att få se. All informasjon om modellen beskrives i en lesbar og editerbar tekstfil. Vi skal etterhvert se på syntaks for de forskjellige tingene ved modellen som må beskrives. STAAD/Pro kan også dimensjonere etter diverse forskjellige standarder. Blant annet NS3472 og NS3473. STAAD/Pro regner som sagt tre-dimensjonalt - du kan få ut krefter og forskyvninger i alle seks frihetsgrader - d.v.s. translatoriske forskvninger så vel som rotasjoner og momenter om alle tre akser Dette kan man få ut både grafisk og på tabelform STAAD/Pro gir deg forskyvninger, krefter og spenninger i konstruksjoner du beregner. Hva gjør Staad/Pro?

6 EDR Teoretisk basis STAAD - analyser gjøres ved hjelp av matrisestatikk, etter forskyvningsmetoden Sammenhengen mellom ytre last og forskyvning beskrives ved hjelp av en matrise, stivhetsmatrisen Stivhetsmatrisen bygges opp av stivhetsmatrisen til hvert enkelt element, elementstivhetsmatrisen Matrisestatikk er en utbredt beregningsmetode. Det er den samme teorien som ligger bak all rammestatikkprogrammer. Det betyr også at de samme begrensninger gjelder. Matrisestatikk bygger på samme prinsipper som de klassike beregningsmetodene, det er bare formuleringen som er forskjellig. Staad-analyser gjøres etter den såkalte forskyvningsmetoden. D.v.s. at det første programmet beregner er forskyvningene i strukturen.

7 EDR Teoretisk basis For å bygge opp stivhetsmatrisen til en konstruksjon kreves: Beskrivelse av geometri: Elementinndeling Koordinater Stivheten til konstruksjonsdelene (elementene) materialegenskaper arealmoment, tverrsnittsareal osv. Grensebetingelser (opplagere) Elementene har kontakt med hverandre kun gjennom felles knutepunkter. Hvert element beskrives ved hjelp av knutepunkter det går mellom.

8 EDR F l I E F - Kraft E - Elasticitetsmodul I - Tröghetsmoment
L - Längd Disse opplysningene er akkurat det samme som vi trenger ved enkle håndberegninger.

9 Teoretisk basis EDR R=K•r
Lastene på konstruksjonen beskrives ved en lastvektor Forskyvningsvektoren beskriver forskyvningene Forskyvningene fremkommer av stivhetsrelasjonen: R=K•r R=lastvektor, K=stivhetsmatrise, r=forskyvningsvektor Løsningen gir forskyvningene i alle knutepunkter Ut fra forskyvningene beregnes kreftene i hvert element

10 EDR Stivhetsrelasjon Stivhetsrelasjonen på generell form for en konstruksjon med n frihetsgrader vil se slik ut: I forbindelse med analyse skriver staad ut antall frihetsgrader, sånn at man kan... Et vanlig knutepunkt som ikke er fastholdt har seks frihetsgrader. Modellen vil derfor ha ca 6 ganger så mange frihetsgrader som knutepunkter. Det er lett å tenke seg at det fort blir mange ligninger å løse

11 Graphical User Interface
EDR Graphical User Interface Grafisk modellering: Nedtrekksmeny Ikoner Mapper Modellbibliotek Utdatafil - Med alla resultaten, om man vill Inndatafil - Enkelt uppbyggd, med all information om modellen Tekstfiler: Modell-bibliotek - för att enkelt hämta en modell att utgå ifrån Mapper - för varje delmoment vid uppbyggandet av modellen & för resultaten Ikoner - för kommandon och information Nedtrekksmeny - för kommandon och annat Grafisk modellering: Tekstfiler: Inndatafil Utdatafil

12 Inndatafil EDR Kommentarer: Grønn Kommando: Rød 3 bokstaver
Siffer: Blå Kommandon - 3 bokstaver räcker

13 EDR Geometri All geometri defineres som forbindelser mellom knutepunkter Knutepunktenes posisjon bestemmer konstruksjonsdelenes lengde og posisjon Konstruksjonsdeler med felles knutepunkt regnes som fast innspent i hverandre (frigjøringer kan defineres) Knutepunktene er forbindelsen mellom elementene

14 EDR Knutepunkter Illustrasjonseksempel. Det eneste som er forandret, er posisjonen på det ene knutepunktet + knutpunktspunkter

15 EDR Job Info I STAAD/Pro kan man lægga in information om modellen eller jobbet direkt grafiskt, detta kommer även ut på rapporten

16 Geometri - syntaks EDR Eller…(se næsta sida)
Man kan vælja att bygga upp modellen genom att arbeta med en indatafil och detta ær vad den innehåller.

17 Geometri - GUI EDR Lista till höger med knutpunkter och bjälkar
...Man kan vælja att bygga upp modellen genom att arbeta direkt grafisk i STAAD/Pro och ange geometrin dær.

18 Definisjon av stivhetsegenskaper
EDR Definisjon av stivhetsegenskaper Tverrsnitt Iy, Iz, Ix, Ax, Ay, Az Defineres gjennom innebygde profiltabeller eller brukerdefineres Plater: tykkelse gis inn Materialegenskaper E-modul Poissons tall (brukes til å regne ut skjærmodul) Se næsta sida før att se hur man kan ange detta.

19 Syntaks, Stivhetsegenskaper
EDR Syntaks, Stivhetsegenskaper . Har inlagda värden från början, man kan definiera om det är stål, betong eller aluminium eller man kan definiera egna värden. Alfa - tvärkontraktionstal Elasticitetsmodul Poissons tal (för beräkning av skärmodul) Densitet Definiera

20 Tverrsnitt EDR Tabelldefinierte Egendefinierte
Ange material och tvärsnitt

21 Tverrsnitt - GUI EDR Lista till höger med definerade tvärsnitt.
Så ser det ut grafiskt.

22 Elementtyper EDR STAAD/Pro skiller mellom tre hovedtyper:
Bjelker (member) Plateelementer (element) Volumelementer (element solid) Spesielle bjelketyper Truss (aksialstav) Member tension (tar bare strekk) Member Compression (Tar bare trykk) Member tension - vid f.eks. kablar

23 Indre ledd EDR Member truss: bjelken tar bare aksialkrefter
Member release: valgfri frigjøring av bjelkeender Även här en dialogbox i vilken allt anges.

24 Indre ledd - GUI EDR Här är inget definierat ännu.
Grafiskt, information till höger.

25 Eksentrisitet EDR Eksentrisitet angis i globale
koordinater for hver enkelt bjelkeende Knutpunkterna ligger i centrum på bjälkarna, men man kan ange excentricitet.

26 Opplagerbetingelser EDR Fixed (fast innspent) Pinned (leddlager)
Fixed but (kan gi inn valgfri “oppløsing”) Man kan välja opplagerbetingelser från en dialogbox.

27 Opplagerbetingelser - GUI
EDR Opplagerbetingelser - GUI Även här information till höger, men översiktlig bild av opplaget, både i lista och på modellen

28 Aksesystem EDR STAAD/Pro opererer med lokale og globale akser
Lokale akser: alle bjelker og plater har et eget lokalt aksesystem Laster, forskyvninger osv. Oppgis lokalt eller globalt aksesystem etter som hva som er mest hensiktsmessig

29 EDR Globalt aksesystem Y er default akse opp

30 Lokale aksesystem EDR Origo i start-noden
X-aksen går langs nøytral-aksen Z er default sterk akse

31 Orientering av lokale akser
EDR Orientering av lokale akser Lokal Z ligger parallelt med globalt XZ-plan. Lokal Y har samme positive retning som global Y Unntak: når lokal X-akse faller sammen med global Y: lokal Z parallell og i samme retning som global Z

32 Orientering av lokale akser, forts.
EDR Orientering av lokale akser, forts. Konstanten beta angir at bjelken skal roteres om sin egen akse Brukes hvis orienteringen av bjelken skal være en annen enn default

33 Gruppering EDR Grupper av bjelker kan gis et felles navn
Gruppen kan senere refereres til istedenfor å ramse opp alle member-nummerne Man kan definiera grupper i STAAD/Pro, men detta fungerar ännu bara i indatafilen. Kommer att komma grafiskt också.

34 EDR Laster Laster kan settes i knutepunkter (joint load), på bjelker (member load) eller på elementer (element load) Laster kan defineres direkte eller man kan bruke innebygde kommandoer for å generere laster Lastgenerering selfweight areaload moving load m fl

35 EDR Laster - GUI Ser lasterna utsatta i modellen och listade till höger.

36 EDR Joint load Kan settes i alle frihets grader (FX, FY, FZ, MX, MY, MY) Alltid i globale akser

37 EDR Member load Jevnt fordelt last over hele eller deler av bjelkens lengde Konsentrert kraft Lineær og trapeslast Momenter og krefter Oppgis i lokale eller globale akser

38 Elementlast EDR Kraft pr. flateenhet settes på elementet
Retning i globale akser eller normalt på elementet

39 Egenvekt EDR Programmet beregner alle konstruksjonsdelers
egenvekt og setter på tilsvarende krefter

40 EDR STAADPro:s deler

41 Analyse-typer EDR Lineær statisk (perform analysis)
P-delta: tar hensyn til forskyvning av laster p.g.a. defleksjoner Nonlinear: geometrisk ikkelineær analyse Forskjellige print gir informasjon om modellen og laster

42 Analyse-informasjon EDR Inndatainformasjon Utdatainformasjon
Man kan välja vilka laster man vill ha med i resultatet mm.

43 EDR Code Check Definisjon av: Parametre Kommando Design Code

44 Filer i STAAD/Pro EDR Hele modellen med laster og analysekommando er
beskrevet i en fil. Etternavn std Lesbar tekstfil

45 EDR Inndatafil St01.std

46 Filer i STAAD/Pro, forts.
EDR Filer i STAAD/Pro, forts. Resultat av analysen lagres på tekstfil Etternavn anl NB! Filen må aldri ha fornavn på mer enn 8 tegn! Ingen andre tegn enn bokstaver og tall.

47 Rapporter EDR Skriftlige rapporter kan tas ut på forskjellige måter
Kan genereres i resultatfilen Ved å gi print-kommando i forbindelse med analysen Ved å gi selvstendig print-kommando Kan genereres interaktivt i postprosessor Gir muligheter for sorterte rapporter

48 Rapporter EDR Utdata Delrapporter Lasttilfelle Bilder Fonter
Spare rapporter Rapporter kan lagras och tas fram senare om f. eks. revidering av modellen måste göras. En exakt likadan rapport kan fås ut, men med nya reviderade resultat. Man kan skapa delrapporter som man kan lägga med i sin stora rapport.

49 EDR Rapporter Firmalogo Inndata Resultat Bilder

50 Modellering/Editering
• Modell, last og analyse beskrives i inputfilen • Kan stort sett modelleres grafisk, men visse ting må skrives inn • Direkte editering kan noen ganger være enklere og raskere og gi bedre kontroll over modell og analyse EDR

51 Kommandoer/manualer EDR
• Under Help finnes fullstendige manualer for Staad/Pro EDR

52 Strekkstaver EDR • STAAD/Pro sjekker om bjelken kommer i trykk
• Staver som kommer i trykk, tas ut av modellen • ikkelineær analyse, separat analyse må kjøres for hvert enkelt lastilfelle • Editering nødvendig EDR

53 Member tension - syntaks
MEMBER TENSION - legges inn grafisk Lastkommando Analysekommando Nullstilling av stivhetsmatrise Gjenta etter hvert lasttilfelle REPEAT LOAD istedenfor LOAD COMBINATION SET LN [antall lasttilfeller] før joint coordinates... EDR

54 Load comb/Repeat load EDR Forskjellen på LOAD COMBINATION og
REPEAT LOAD er: • LOAD COMBINATION legger sammen resultater fra primærlasttilfellene. • REPEAT LOAD legger sammen lastene og behandler dem som en ny primærlast (d.v.s lager ny lastvektor). Viktig forskjell ved ikke-lineær analyse! EDR

55 Indre ledd EDR • Aksialstaver
-MEMBER TRUSS • Fullstendig frigjøring, krefter eller moment -MEMBER RELEASE (FX, MX…..) • Fjærkonstant i ledd -MEMBER RELEASE (KFX, KMX…..) • Delvis momentfrigjøring -MEMBER RELEASE (MP…) EDR

56 Eksempel, momentfrigjøring
MEMBER RELEASE 2 END MY EDR

57 Lastgenerering EDR • Area load • Moving load • Wind load
• Hydrostatic pressure • Floor load EDR

58 Area Load EDR Legger på last på et areal utspent av bjelker
Fordeler lasten automatisk på bjelkene Virker i global Y-retning Alle bjelkene MÅ ligge i samme horisontalplan Grafisk sjekk av lastpåføring: skriv DRAW ISO LOAD [lasttilfelle] etter PERFORM ANALYSIS i editor EDR

59 Floor load EDR • I hovedsak det samme som Area Load
• Toveis fordeling av laster (Area Load har enveis fordeling) • Grafisk visning av lastpåføring EDR

60 Wind load EDR • Kraft pr. flateenhet fordeles som knutepunkt- krefter
• Flaten må være vertikal • Alle knutepunktene må være i samme plan • Planet må være parallelt med et av hoved- planene (XY eller YZ) • Grafisk visning av lastene i postprosessor EDR

61 Wind load EDR

62 Moving Load EDR •Utviklet for trafikklaster • Et “lasttog” defineres
• Trinnvis bevegelse over strukturen defineres • STAAD/Pro genererer et lasttilfelle for hvert trinn EDR

63 Hydrostatic pressure EDR • Preprosessorfunksjon
• Legger på bjelkelaster justert etter høyden over grunnplanet EDR

64 Forskyvningslaster EDR Laster kan også legges inn som forskyvninger
• Temperature load: En forlengelse eller sammen- trekning av en bjelke defineres. Forskjellig temperatur oppe og nede på bjelketverrsnittet kan også defineres. • Support Displacement: linjær forskyvning eller rotasjonsforskyvning inngis for et opplager. EDR

65 Dynamikk EDR Kommandoer: CUT OFF
-angi høyeste frekvens eller svingemoder som skal beregnes MODAL CALCULATION -egenverdianalyse og svingeformer for en struktur • Editering nødvendig... EDR

66 Inclined Support EDR Denne kommandoen angir at en support skal være
skrå i forhold til de globale aksene Et lokalt koordinatsystem defineres, og frigjøringer defineres i dette aksesystemet Eksempel EDR

67 User Table EDR Gir muligheter for å definere egne profiler
etter ferdige maler EDR

68 Verifikasjon av modell
Hva må sjekkes? • Geometri • Tverrsnittsdata • Materialdata • Lastpåføring • Opplagerbetingelser • Er enhetene riktige? • Oppfatter programmet input’en som jeg tror? EDR

69 Verifikasjon av modell
Kan gjøres på flere måter: • Utskrifter i resultatfil -kommando gis i inputfil • Generering av plot i resultatfil -kommando: DRAW … • Generering av tabeller/plot i postprosessor • Inspeksjon av modell i postprosessor EDR

70 Verifikasjon av modell
Grafisk i postprosessor EDR

71 Verifikasjon av modell
Rapport i resultatfil EDR

72 Verifikasjon av modell
Utskriftkommandoer: • PRINT JOINT COORDINATES -alle knutepunktskoordinater • PRINT MEMBER INFORMATION -lengde, rotasjon, frigjøringer etc. • PRINT SUPPORT INFORMATION -frigjøringer av supporter • PRINT MEMBER PROPERTIES -tverrsnittsdata • PRINT MATERIAL PROPERTIES -materialdata EDR

73 Verifikasjon av modell
Enkelte printkommandoer knyttes til analysekommandoen: • PRINT LOAD DATA -Utskrift av påførte laster • PRINT STATICS CHECK -Summerer hvert lasttilfelle i global X,Y og Z-retning, samt momenter om origo. Summerer reaksjonskrefter. EDR

74 Analyse/kontroll av modell
Er analysen “god”? • Numeriske problemer, feil modellering osv kan gi unøyaktige eller gale resultater • Se etter feilmeldinger i resultatfil (“WARNING eller “ERROR” eller “NOTE”) • Sjekk at opplagerreaksjoner tilsvarer påførte laster (PRINT STATICS CHECK) EDR

75 Analyse/kontroll av modell
Eksempel på advarsel i resultatfil EDR

76 Analyse/tolkning av resultater
Hvilken virkning har primærlastene? • Kraftgang i strukturen • Opplagerreaksjoner • Forskyvninger Hvis alt er som forventet: lastkombinering/ kapasitetssjekk... EDR

77 Resultater - grafisk Eksempel - aksialkrefter Trykk Strekk EDR

78 Analyse/resultater Nedbøyning EDR

79 Analyse/uttak av resultater
Kan gjøres grafisk og med rapporter/tabeller. Aktuelle printkommandoer: • PRINT MEMBER FORCES • PRINT SUPPORT REACTIONS • PRINT JOINT DISPLACEMENTS Utskrift kan styres til å gi data for utvalgte bjelker/knutepunkter og lasttilfeller EDR

80 Rapporter/utskrifter
• Utskrift av resultatfil • Interaktiv rapportgenerator i postprosessor -Tabeller og plot • Eksport til andre programmer: -Eksportere generert rapport til tekstfil -Hente outputfil inn i for eksempel Word -Eksport av plot via clipboard EDR

81 En rapport... EDR

82 NS 3472 EDR

83 Kapasitetskontroll gjennomføres mot:
• Knekking • Vipping • Flytning EDR

84 Kodesjekk - Syntaks EDR

85 Knekking Sterk akse: Svak akse EDR

86 Knekking EDR Parametre som styrer knekking:
• BY: knekklengde-koeffisient, svak akse • BZ: knekklengde-koeffisient, sterk akse • CY: knekkurve-koeffisient, svak akse • CZ: knekkurve-koeffisient, sterk akse • SSY: moment om svak akse • SSZ: moment om sterk akse EDR

87 Knekklengder EDR Etter NS 3472 Stav fast inspent i begge ender
Stav leddet i begge ender Etter NS 3472 Stav fast innspent i en ende, fri i andre ende t = 1,0 a = 1,0 t = 0,5 a = 0,6 Stav fast inspent i begge ender, forskyvelig opplegg Stav fast innspent i e n ende, leddlagret i andre t = 2,0 a = 2,2 EDR t = 1,0 a = 1,2 t = 0,7 a = 0,8

88 Knekklengde (BY, BZ) EDR Fysisk lengde / kontra lengde i STAAD:
Med BY og BZ = 1, vil knekklengden bli det samme som member length. BY og BZ skal både justere for “feil” lengde i STAAD og ta hensyn NS 3472s knekklengdekoeffisienter 2 m Fysisk lengde Staad lengde EDR

89 Moment M (SSY, SSZ) SSY / SSZ = 0 => STAAD beregner moment etter figur SSY / SSZ = 1 => M = Mmax EDR

90 Knekkingskurve (CY, CZ)
EDR

91 Knekkingskurve (CY, CZ)
Matematisk uttrykk for knekkingskurve (NS 3472, A5.4.1):  er CY eller CZ  = 0,21 for kurve A  = 0,34 for kurve B  = 0,49 for kurve C EDR

92 Vipping EDR Hvis Mvd<Mzd er bjelken utsatt for vipping
Mzd erstattes med Mvd ,og Mz med Mmax i formelen for sterk akse EDR

93 Vipping EDR

94 Parametre i vipping EDR
UNL: Effektiv lengde for vipping. Avstand mellom gaffellagring eller effektiv sidestøtte for bjelken. STAAD bruker “Member Length” hvis den ikke oppgis. NB! Dette er en verdi i lengdeenheter, ikke en faktor CB: Vippingsfaktor, ψ. Må bestemmes ut fra fig A5.5.2 i NS CMZ: Faktor for vippingskurve (1,5 eller 2,0) EDR

95 Spenningssjekk Spenningssjekk blir utført i 13 snitt langs bjelken, opptil 8 forskjellige steder i tverrsnittet. I hvert snitt regnes følgende krefter ut: Fx max aksialkrefter langs staven Fy skjærkrefter i lokal y-retning Fz skjærkrefter i lokal z-retning Mx max torsjonsmoment langs staven My bøyemoment om lokal y-akse Mz bøyemoment om lokal z-akse EDR

96 Spenningssjekk von Mises spenning blir sjekket som følger: EDR

97 Spenningssjekk “Sjekkpunkter” i et enkelsymmetrisk tverrsnitt. EDR

98 Spenningssjekk EDR Parametre som styrer spenningssjekk:
BEAM: må settes til 1.0, som gjør at programmet sjekker spenningene i 13 snitt. MÅ være med i parameter- lista for å få kjørt analyse. FYLD: flytespenning, fy MF: materialfaktor, m EDR

99 Kodesjekk - utskrift EDR • Mengden informasjon om hver enkelt bjelke
styres med parameteren TRACK • 0.0 To linjer pr. bjelke, sortert etter ratio • 1.0 Seks linjer pr. bjelke • 3.0 To linjer pr. bjelke, uten sortering • 2.0 Kun spenningsberegning, ikke kodesjekk • 9.0 En side informasjon pr. bjelke + spesialutskrifter - se manual... EDR