Grunnkurs i STAAD/Pro

1
Grunnkurs i STAAD/Pro

• HIO/IU
• Våren 2001
• Per Erik Thoresen

2
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

3
Presentasjon av STAAD/Pro

• Hva gjør STAAD/Pro
• Teoretisk bakgrunn
• Oppbygging av modell, syntaks
• STAAD/Pros deler
• Analyse og generering av rapporter

4
Hva er STAAD/Pro?

• Structural
• Analysis
• And
• Design
• for
• Professionals

• Rammestatikkprogram
• Brukes til alle typer bjelkekonstruksjoner
• Kan også beregne modeller bygget opp av
  plateelementer

5
Hva gjør STAAD/Pro?

• Finner forskyvninger, regner krefter og spenninger

• Dimensjonerer etter gitte standarder (stål,
  betong, aluminium eller tre)

6
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

7
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)

8
F
l
I E
9
Teoretisk basis

• Lastene på konstruksjonen beskrives ved en
  lastvektor
• Forskyvningsvektoren beskriver forskyvningene
• Forskyvningene fremkommer av stivhetsrelasjonen
• RKr
• Rlastvektor, Kstivhetsmatrise,
  rforskyvningsvektor
• Løsningen gir forskyvningene i alle knutepunkter
• Ut fra forskyvningene beregnes kreftene i hvert
  element

10
Stivhetsrelasjon

• Stivhetsrelasjonen på generell form for en
  konstruksjon med n frihetsgrader vil se slik ut

11
Graphical User Interface

• Grafisk modellering
• Nedtrekksmeny
• Ikoner
• Mapper
• Modellbibliotek

• Tekstfiler
• Inndatafil
• Utdatafil

12
Inndatafil
Kommentarer Grønn
Kommando Rød 3 bokstaver
Siffer Blå
13
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
Knutepunkter
15
Job Info
16
Geometri - syntaks
17
Geometri - GUI
18
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)

19
Syntaks, Stivhetsegenskaper

• .

20
Tverrsnitt
Tabelldefinierte
Egendefinierte
21
Tverrsnitt - GUI
22
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)

23
Indre ledd

• Member truss bjelken tar bare aksialkrefter
• Member release valgfri frigjøring av bjelkeender

24
Indre ledd - GUI
25
Eksentrisitet

• Eksentrisitet angis i globale
• koordinater for hver enkelt
• bjelkeende

26
Opplagerbetingelser

• Fixed (fast innspent)
• Pinned (leddlager)
• Fixed but (kan gi inn valgfri oppløsing)

27
Opplagerbetingelser - GUI
28
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

29
Globalt aksesystem

• Y er default akse opp

30
Lokale aksesystem

• Origo i start-noden
• X-aksen går langs nøytral-aksen
• Z er default sterk akse

31
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.

• Konstanten beta angir at bjelken skal roteres om
  sin egen akse
• Brukes hvis orienteringen av bjelken skal være en
  annen enn default

33
Gruppering

• Grupper av bjelker kan gis et felles navn
• Gruppen kan senere refereres til istedenfor å
  ramse opp alle member-nummerne

34
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
Laster - GUI
36
Joint load

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

37
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

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

39
Egenvekt

• Programmet beregner alle
• konstruksjonsdelers
• egenvekt og setter på
• tilsvarende krefter

40
STAADPros deler
41
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

42
Analyse-informasjon
Inndatainformasjon
Utdatainformasjon
43
Code Check

• Definisjon av
• Parametre
• Kommando
• Design Code

44
Filer i STAAD/Pro

• Hele modellen med laster og
• analysekommando er
• beskrevet i en fil.
• Etternavn std
• Lesbar tekstfil

45
Inndatafil
St01.std
46
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

• 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

• Utdata
• Delrapporter
• Lasttilfelle
• Bilder
• Fonter
• Spare rapporter

49
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
Under Help finnes fullstendige manualer for
Staad/Pro
EDR
52
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
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
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
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
Area load Moving load Wind load
Hydrostatic pressure Floor load
EDR
58
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
59
Floor load
I hovedsak det samme som Area Load Toveis
fordeling av laster (Area Load har enveis
fordeling) Grafisk visning av lastpåføring
EDR
60
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
61
Wind load
EDR
62
Moving Load
Utviklet for trafikklaster Et lasttog
defineres Trinnvis bevegelse over strukturen
defineres STAAD/Pro genererer et lasttilfelle
for hvert trinn
EDR
63
Hydrostatic pressure
Preprosessorfunksjon Legger på bjelkelaster
justert etter høyden over grunnplanet
EDR
64
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.
Support Displacement linjær forskyvning
eller rotasjonsforskyvning inngis for et
opplager.
EDR
65
Dynamikk
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
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
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
inputen 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
Kapasitetskontroll gjennomføres mot
Knekking Vipping Flytning
EDR
84
Kodesjekk - Syntaks
EDR
85
Knekking
Sterk akse
Svak akse
EDR
86
Knekking
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
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)
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 gt STAAD beregner moment etter
figur SSY / SSZ 1 gt 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
Hvis MvdltMzd 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
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, ?. Må
bestemmes ut fra fig A5.5.2 i NS 3472... 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
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
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