pres staadpro
DESCRIPTION
CIVIL ENGINEERRINGTRANSCRIPT
Grunnkurs i STAAD/Pro
HIO/IU
Våren 2001
Per Erik Thoresen
EDR
Innhold
- 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
EDR
Presentasjon av STAAD/Pro
• Hva gjør STAAD/Pro
• Teoretisk bakgrunn
• Oppbygging av modell, syntaks
• STAAD/Pro:s “deler”
• Analyse og generering av rapporter
EDR
Hva er STAAD/Pro?
• StStructural• AAnalysis• AAnd• DDesign
for• ProProfessionals
• Rammestatikkprogram
• Brukes til alle typer bjelkekonstruksjoner
• Kan også beregne modeller bygget opp av plateelementer
EDR
Hva gjør STAAD/Pro?
• Finner forskyvninger, regner krefter og spenninger
• Dimensjonerer etter gitte standarder (stål, betong, aluminium eller tre)
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
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)
EDR
l F
I E
EDR
Teoretisk basis
• Lastene på konstruksjonen beskrives ved en lastvektor
• Forskyvningsvektoren beskriver forskyvningene
• Forskyvningene fremkommer av stivhetsrelasjonen:
R=K•rR=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:
k11 k 12 · · · · · · k1n
k 21 k 22 · · · · · ·k 2n
· · ·· · ·· · ·· · ·k n1 k n2 · · · · · ·k nn
R1
R 2
····R n
=
r1
r 2
····r n
EDR
Graphical User Interface
Grafisk modellering:•Nedtrekksmeny•Ikoner•Mapper•Modellbibliotek
Tekstfiler:•Inndatafil•Utdatafil
EDR
Inndatafil
Kommentarer: Grønn
Kommando: Rød 3 bokstaver
Siffer: Blå
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
EDR
Job Info
EDR
Geometri - syntaks
EDR
Geometri - GUI
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)
EDR
Syntaks, Stivhetsegenskaper .
EDR
TverrsnittTabelldefinierte
Egendefinierte
EDR
Tverrsnitt - GUI
EDR
Elementtyper
• 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)
EDR
Indre ledd
• Member truss: bjelken tar bare aksialkrefter
• Member release: valgfri frigjøring av bjelkeender
EDR
Indre ledd - GUI
EDR
EksentrisitetEksentrisitet angis i globalekoordinater for hver enkelt bjelkeende
50
EDR
Opplagerbetingelser
• Fixed (fast innspent)
• Pinned (leddlager)
• Fixed but (kan gi inn valgfri “oppløsing”)
EDR
Opplagerbetingelser - GUI
EDR
Aksesystem
• 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
EDR
Lokale aksesystem
• Origo i start-noden
• X-aksen går langs nøytral-aksen
• Z er default sterk akse
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
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
EDR
Gruppering• Grupper av bjelker kan gis et felles navn
• Gruppen kan senere refereres til istedenfor å ramse opp alle member-nummerne
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
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
EDR
Elementlast
• Kraft pr. flateenhet settes på elementet
• Retning i globale akser eller normalt på elementet
EDR
Egenvekt
Programmet beregner allekonstruksjonsdelersegenvekt og setter påtilsvarende krefter
EDR
STAADPro:s deler
STAAD/Pro
M odelling / Pre-prosessorB ru ke s t il å byg g e o pp
m o d e lle r g ra fisk
EditorT e ks t-ed ito r t il å
b yg ge o pp / m o d if ise re in pu t-f il
Post-prosessorB ru ke s til å se på
re su lta te r a v a n a lyseno g la g e rap p orte r
EDR
Analyse-typer• 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
EDR
Analyse-informasjonInndatainformasjon Utdatainformasjon
EDR
Code CheckDefinisjon av:
• Parametre
• Kommando
• Design Code
EDR
Filer i STAAD/Pro
Hele modellen med laster og analysekommando er beskrevet i en fil.
– Etternavn std
– Lesbar tekstfil
EDR
Inndatafil
St01.std
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.
EDR
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 Firmalogo Inndata Resultat Bilder
EDR
EDR
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
• Under Help finnes fullstendige manualer for Staad/Pro
EDR
Strekkstaver• 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
Tens.Tens.
EDR
Member tension - syntaks
MEMBER TENSION - legges inn grafisk
Lastkommando
Analysekommando
Nullstilling av stivhetsmatrise
REPEAT LOAD istedenfor LOAD COMBINATION
SET LN [antall lasttilfeller] før joint coordinates...
Gjenta etter hvert lasttilfelle
EDR
Load comb/Repeat load
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
• 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 RELEASE2 END MY
EDR
Lastgenerering
• Area load
• Moving load
• Wind load
• Hydrostatic pressure
• Floor load
EDR
Area Load
• 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
• I hovedsak det samme som Area Load
• Toveis fordeling av laster (Area Load
har enveis fordeling)
• Grafisk visning av lastpåføring
EDR
Wind load
• 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
XY
Z
EDR
Moving Load
•Utviklet for trafikklaster
• Et “lasttog” defineres
• Trinnvis bevegelse over strukturen defineres
• STAAD/Pro genererer et lasttilfelle
for hvert trinn
EDR
Hydrostatic pressure
• Preprosessorfunksjon
• Legger på bjelkelaster justert etter høyden over grunnplanet
EDR
Forskyvningslaster 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.
123456789101112XYZ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
• Support Displacement:
linjær forskyvning eller
rotasjonsforskyvning
inngis for et opplager.
EDR
Dynamikk
Kommandoer:
CUT OFF
-angi høyeste frekvens eller svingemoder som skal beregnes
MODAL CALCULATION
-egenverdianalyse og svingeformer for en struktur
• Editering nødvendig...
EDR
Inclined Support
Denne kommandoen angir at en support skal væreskrå i forhold til de globale aksene
Et lokalt koordinatsystem defineres, og frigjøringer defineres i dette aksesystemet
Eksempel
EDR
User Table
Gir muligheter for å definere egne profileretter 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 modellGrafisk i postprosessor
EDR
Verifikasjon av modellRapport 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
TrussTruss
Truss
Truss
Truss
TrussTruss
Truss
Tens.Tens.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
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
StrekkTrykk
EDR
Analyse/resultaterNedbøyning
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
Kapasitetskontroll gjennomføres mot:
• Knekking
• Vipping
• Flytning
EDR
Kodesjekk - Syntaks
EDR
Knekking
IR = N
Nkzd
M
Mvd
M y
MydKE N
NEzd
Nkzd
Nd
z 1
1
10.
Sterk akse:
Svak akse
IR = N
Nkyd
Mz
MvdKE
My
MydN
NEyd
Nkyd
Nd
11
1
10.
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
Knekking
M
M
EDR
KnekklengderStav leddet i begge ender
Stav fast innspent i en ende, fri i andre ende
Stav fast inspent i begge ender,forskyvelig opplegg
Stav fast innspent i e n ende,leddlagret i andre
Stav fast inspent i begge ender
Etter NS 3472
t = 1,0a = 1,0
t = 2,0a = 2,2
t = 0,5a = 0,6
t = 1,0a = 1,2
t = 0,7a = 0,8
EDR
Knekklengde (BY, BZ)
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
1 m
1 m
Staad lengde
Fysisklengde
EDR
Moment M (SSY, SSZ)
M M M M M M M
M M M M M M M
M o M o M o M o M o
1 2 3 4 5 6 7
M = mM + Mo M = mM M = Mo - mM
but
M = Mmax
M = mM + Mo M is max. of
M = mM
and
M = Mo
but
M < Mmax
M = mM M = mM
M is moment at midspano
SSY / SSZ = 0 => STAAD beregner moment etter figurSSY / SSZ = 1 => M = Mmax
EDR
Knekkingskurve (CY, CZ)
EDR
Knekkingskurve (CY, CZ)
Matematisk uttrykk for knekkingskurve
(NS 3472, A5.4.1):
2
222
2
2
2
4))2(1(
2
)2(1
y
k
f
f
er CY eller CZ
= 0,21 for kurve A
= 0,34 for kurve B
= 0,49 for kurve C
EDR
Vipping
Hvis Mvd<Mzd er bjelken utsatt for vippingMzd erstattes med Mvd ,og Mz med Mmax i formelen for sterk akse
IR = 0.1
1
1max
dN
kydN
EzdN
NEK
ydM
yM
vdM
M
kzdN
N
EDR
VippingM v d = f W
fWv d z
v
mz
f
fv
y
vn n
1
21
f o r v 0 .2
f
fv
y
1 0. f o r v 0 .2
n = 2 .0 f o r u s e r d e f in e d a n d p r i s m a t i c p r o f i l e sn = 1 .5 f o r w e ld e d p r o f i l e s
vy
v i
f
f
f v i = M
Wv i
z
M ME
LI Iv i v io y x 1 9 5. 1
2 62
2 .
L
C
Iw
x
EDR
Parametre i vipping
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
SpenningssjekkSpenningssjekk 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:
m
yzyxbzbyxj
f
22 3
EDR
Spenningssjekk
z
y
s
t
t 1
b 1
b
h
h
hh
h
23
4
6
7
5
89
1
1 2
3 4
dA
“Sjekkpunkter” i et enkelsymmetrisk tverrsnitt.
EDR
Spenningssjekk
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
• 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...