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...