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

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

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

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.

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?

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.

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.

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.

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

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

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

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

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

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

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

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.

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.

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.

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

Tverrsnitt EDR Tabelldefinierte Egendefinierte Ange material och tvärsnitt

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

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

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

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

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

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

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

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

EDR Globalt aksesystem Y er default akse opp

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

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

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

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.

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

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

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

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

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

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

EDR STAADPro:s deler

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

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

EDR Code Check Definisjon av: Parametre Kommando Design Code

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

EDR Inndatafil St01.std

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.

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

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.

EDR Rapporter Firmalogo Inndata Resultat Bilder

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

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

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

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

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

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

Eksempel, momentfrigjøring MEMBER RELEASE 2 END MY EDR

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

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

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

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

Wind load EDR

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

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

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

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

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

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

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

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

Verifikasjon av modell Grafisk i postprosessor EDR

Verifikasjon av modell Rapport i resultatfil EDR

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

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

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

Analyse/kontroll av modell Eksempel på advarsel i resultatfil EDR

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

Resultater - grafisk Eksempel - aksialkrefter Trykk Strekk EDR

Analyse/resultater Nedbøyning EDR

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

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

En rapport... EDR

NS 3472 EDR

Kapasitetskontroll gjennomføres mot: • Knekking • Vipping • Flytning EDR

Kodesjekk - Syntaks EDR

Knekking Sterk akse: Svak akse EDR

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

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

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

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

Knekkingskurve (CY, CZ) EDR

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

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

Vipping EDR

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 3472... CMZ: Faktor for vippingskurve (1,5 eller 2,0) EDR

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

Spenningssjekk von Mises spenning blir sjekket som følger: EDR

Spenningssjekk “Sjekkpunkter” i et enkelsymmetrisk tverrsnitt. EDR

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

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