Grunnkurs i STAAD.ProS NS3472

Transkript

1 SP-01 Grunnkurs i STAAD.ProS NS3472

2 SP-01: Grunnkurs i STAAD.Pro med ståldimensjonering Foreleser: Yvonne Rosenlund Swerke Engineering Data Resources as ENGINEERING DATA RESOURCES Claude Monets allé 5 NO Sandvika NORWAY Kungsgatan 56 SE Göteborg SWEDEN Tel Fax STAAD.Pro-SUPPORT E-post Internet [email protected] EDR is providing advanced technical solutions and knowknowhow to engineers, thus contributing to effective use of modern 3D simulation technology Tel E-post Internet [email protected]

3 EDR Online Hvorfor er dere på dette kurset? 1. Med dette kurset skal dere først og fremst lære dere å benytte STAAD.Pro effektivt. 2. Dere skal bli kjent med de muligheter dere har i STAAD.Pro. 3. Dere skal få en viss forståelse for strukturanalyse og dimensjonering etter NS Dere skal gjennomføre mange øvinger som skal gi et godt grunnlag for at dere skal kunne fortsette å utvikle deres ferdigheter på STAAD.Pro.

4 AGENDA: SP-01 Hvordan utfører jeg dimensjonering etter NS3472, hva kan jeg påvirke? Rapporter Dimensjonering Kontroll Generell teori Dere skal lære å benytte STAAD effektivt. Dere skal bli kjent med mulighetene man har i STAAD Analysemuligheter Brukergrensesnitt Modellering Egenskaper Stivhet Generelle bestemmelser i dette kurset 1. Spør dersom det er noe du lurer på! 2. Vi skal forsøke å ta små pauser ca. hver time 3. Husk, det kan være store forskjeller på individuelle ferdigheter, vi skal forsøke å ta hensyn til dere alle. 4. Alle som viser litt ekstra engasjement vil kunne oppleve noe positivt!

5 Y X Z Structural Analysis And Design for Professionals STAA D.Pro 3D-Program for rammestatikk- og plateanalyser STAAD.Pro er et beregningsprogram som beregner deformasjoner og deretter interne krefter og spenninger beregner i det lineærelastiske materialområdet dimensjonerer etter ønsket standard (stål, betong, aluminium, tre) visualiserer all informasjon slik du ønsker i dine rapporter 0.40 Mz(kNm) 0.40 Max: knm Max: knm Max: knm Max: knm Max: knm Max: 0 knm Max: knm Max: 0 knm

6 I l E F Analysene utføres med hjelp av matrisestatikk, etter forskyvningsmetoden Laster => lastvektor: R Stivhet => stivhetsmatrisen: K Deformasjoner => forskyvningsvektor: r Stivhetsrelasjon: R=K r Stivhetsmatrisen bygges opp av stivhetsmatrisen for hvert element. R 1 R 2 R n = k 11 k 12 k 1n k 21 k 22 k 2n k n1 k n2 k nn r 1 r 2 r n Stivhetsrelasjonen på generell form for en konstruksjon med n frihetsgrader: Løsning => deformasjonene i alle knutpunkt => krefter i alle element STAAD/Pro:s deler STAAD.Pro Preprosessor: Modeling Mode Postprosessor: Post Processing Mode GUI Editor GUI Rapporter Output-fil

7 Graphical User Interface Nedtrekksmenyer Ikoner Benytt mapper og ikoner og du er langt på vei for å lære STAAD effektivt Mapper Indatafil / Input file Modell, last og analyse beskrives i inputfilen Kommentarer: Grønn Kommando: Rød 3 bokstaver Tall: Blå Navn: Svart Direkte editering kan i noen tilfeller være enklere og gi bedre kontroll over modell og analyse

8 Geometri All geometri defineres som forbindelser mellom knutepunkter 2 1 (10,0,0) 1 (0,0,0) Y X Z knutepunkt koordinater bjelke knutepunkt Koordinatsystem STAAD/Pro opererer med lokale og globale akser Lokalt koordinatsystem: Alle bjelker og plater har ett eget lokalt koordinatsystem Globalt koordinatsystem: Y er oppover Origo i start-noden X-aksen går langs nøytralaksen Z er standard sterk akse Laster, deformasjoner osv. angis med lokalt eller globalt koordinatsystem ut i fra hva som er mest praktisk eller ønskelig.

9 Y y * Unntak x z Koordinatsystem y 1 z 1 x 1 X XZ-PLAN Lokal Z-akse (z 1 ) ligger parallelt med det globale XZ-planet. Lokal Y-akse (y 1 ) har samme positive retning som global Y-akse Y X Z Z * Unntak: når lokal X-akse sammenfaller med global Y-akse: lokal Z-akse er parallell og går i samme retning som den globale Z-akse. STAAD.Pro Manuellt: Indatafil Manuellt: GUI Offhore Loading System Strukturbibliotek Excel Bridge Engineering Stål- & Betongdesign Diagram Grafer Bilder Tabeller Xsteel (staad-fil) AutoCAD (dxf-fil) Geometri STAAD.Pro Analyse Resultat Rapporter Word Frameworks (staad-fil) Section Wizard (user table-fil) PipeSupport VRML Xsteel (staad-fil)

10 Modul: Section Wizard Skapa önskat tvärsnitt! Få snabbt och enkelt alla tvärsnittsdata beräknade och samtidigt en lokal spänningsberäkning gjord. Tvärsnittsdatan kan direkt överföras till användardefinierade profiltabeller i STAAD.Pro. Nödvändig dokumentation fås i tydliga MS Word rapporter Standardprofiler och plattor: Man har möjlighet att sätta samman standardprofiler och plattor till verklighetens profil. Finna ekvivalenta profiler i databasen: För varje tvärsnitt kan man finna den standardprofil som är mest lik ursprungsprofilen. z Parametriska tvärsnitt: Man kan välja mellan många olika parametriska tvärsnitt. Egna profiler: Man kan skapa egna tvärssnitt med avrundade kanter, hål och skåror snabbt och effektivt. y Demo kan fås via e-post. Modul: Offshore Loading System STAAD Offshore består av: 1. WAVE: genererer bølgelaster 2. TRANS: genererer transportanalyser 3. FATIGUE: levetid for RHS/SHS profiler. 1

11 Modul: B.E.A.V.A Bridge Engineering Automated Vehicle Application Genererer trafikklaster, kurvede eller rette. Definerer vogntog med aksler, bredde, maks/min posisjoner og punktlaster. Beregner influensdiagram for noder, plater og bjelker. De kritiske lastsituasjoner importeres til STAAD og beregninger utføres. Modul: Pipe Support Type support Profildimensjoner Last i tre retninger Supporter som i STAAD Resultater fra STAAD 2

12 Interaktiv modellering Setup Geometry General Analysis/Print Design Job? Beam Plate Solid Property Spec Support Load Material Pre-Print Analysis Post-Print Steel Concrete Timber Aluminum Footing Redigering STAAD.Pro har et meget effektivt interaktivt brukergrensesnitt Det er en fordel og også kunne beherske teksteditering.

13 Platestrukturer Knutepunktene er forbindelser mellom plate-elementene Konstruksjonsdeler med felles knutepunkt regnes som fast innspent (fullstendig sveiset) i hverandre. I STAAD.Pro 2002 er det en meget god platemesher Gruppering Grupper av bjelker kan defineres med navn Senere kan man kalle opp gruppen for å tilegne den egenskaper

14 Praktisk øving 6 m 5 m 5 m 30 meter Effektiv modellering i PRE: gridnett, kopiering, rotering, direkte link mellom modell og tabeller Auto-meshing: forskjellige muligheter Gruppering: effektiviser videre prosess Structure Wizard Nedtrekksmeny: Geometry Run Structure Wizard

15 Egenskaper Definere tverrsnitt Lokale betingelser (indre ledd) Grensebetingelser Laster Material Tverrsnittbeskrivelse Tabelldefinert Egendefinert NB! "Define -> ofte "Prismatic" Prismatic i Code Check -> "Tapered I" må defineres i User Table for Code Check

16 User Table Benyttes til å definere oppsveisede profiler, dette gjøres effektivt ved hjelp av ferdige maler I tilegg kan man benytte Section Wizard eller editere direkte i ståltabellene Member Property

17 Member Property Member Property

18 Member Property Member Property

19 Lokale vilkår RELEASE Benytter indre ledd til å frigjøre, krefter, moment (FX, MX..) TRUSS - Aksialstaver: tar bare aksialkrefter Fjærkonstant i led (KFX, KMX ) Delvis momentfrigjøring (MP) Eksentrisitet Compression/Tension Tar bare trykk/tar bare strekk Eksentrisitet Eksentrisitet angis i globale koordinater for hver bjelke-ende: startnode endenode 50

20 Pinned - ledet lager Grensebetingelser (opplager) Multilinear Spring Ulike fjærkonstanter avhengig av deformasjonen Enforced/ Enforced but Support Displ. -opplag Fixed - fast inspent Inclined Skrått underlag Fixed But Fullstendig frigjøring eller delvis frigjøring Inclined Support Denne kommandoen angir om et opplag skal ha en vinkel i forhold til det globale aksesystem Det lokale system kan så defineres med indre ledd

21 Member Loads Uniform Force/Moment Concentrated Force/Moment Linear Varying/Trapetziodal Hydrostatic Floor Load/Area Load Pre/Post Stress Fixed End Nodal Loads Node Support Displacement Selfweight Egenvekt Seismic Load Seismisk last (må defineres først) Spectrum Loads Respons-spektrum New Load Nytt lasttilfelle Laster Temperature Load Temperature Strain Toggle Load Last Av / På Laster kan plaseres i knutepunkter (joint load), på bjelker (member load) eller på element (element load) Plate Loads Pressure Trapetzoidal Hydrostatic Wind Load Vindlast (må defineres først) Time History Load Tidsvarierande last (må defineres først) Combine Load Lastkombinasjoner Moving Load Bevegelig last, f eks. trafikklast (må defineres først) Egenvekt Knutepunktslast Programmet beregner egenvekten til alle bjelker og elementer, benytter faktor og retning.

22 Bjelkelast Elementlast Area Load Fordeler spesifisert areallast ut til underliggende bjelker. Lineær fordeling. Fordeler en vei (enkelspent) Virker i global Y-retning Alle bjelkene MÅ ligge i samme horisontalplan Floor Load I hovedsak det samme som Area Load Toveisfordeling av laster (dobbelspendt) Grafisk visning av lasten Grafisk visning etter analyse NB! Kvadratisk plate => last på alle sider

23 Hydrostatic pressure Legger på bjelkelast tilpasset etter høyden over grunnplanet Forskyvningslaster Temperature load: En forlengelse eller kompresjon av en bjelke defineres. Ulik temperatur oppe og nede på bjelketverrsnittet kan også defineres. 3 Support Displacement: Lineær forskyvning eller rotasjonsforskyvning angis for et opplager

24 Material NB!!! STARDYNE-analyse Ikke ved STAAD-analyse! Praktisk øving Definere tverrsnitt Definere indre ledd Supporter Laster (Material)

25 Analyse og resultater Lineær statisk (Perform analysis) P-delta: tar hensyn til forskyvning av laster p.g.a. deformasjonen Nonlinear: geometrisk ikke linjær analyse (P-delta + ny stivhetsmatrise) Perform Analysis - Må alltid legges til! De ulike Print funksjonene gir forskjellig informasjon om modellen og lastene i output-filen Indatainformasjon (PRE) Analyseresultater (POST)

26 Resultatene av analysen lagres i en tekstfil etternavn.anl Hele modellen med laster og analysekommandoer finnes i en lesbar tekstfil. Etternavn.std St01.std Filen må aldri lagres med et navn der det benyttes andre tegn enn bokstaver og tall.

27 Rapporter/Utskrifter Utskrift av resultatfil ved å benytte kommandoer Print Interaktiv rapportgenerator i postprosessoren Tabeller, diagram og bilder fra grafisk grensesnitt Eksport til andre program: Eksport av rapport til Word Hente in outputfil i f eks. Word Eksport av plot via clipboard Eksport till VRML-format (VRML - Virtual Reality Modeling Language) Node mappe: Displacement

28 Node mappe: Reactions Beam mappe: Forces

29 Beam mappe: Stresses Beam mappe: Unity Check

30 Beam mappe: Graphs Interaktiv rapportgenerering Delrapporter: Report Totalrapport: Reports

31 Delrapport Delrapporter: Report Totalrapport Reports Input Output Pictures Reports Delrapport Endre rekkefølge

32 Interaktiv rapportgenerering Load Cases Rapport for kun de interessante lasttillfellene Picture Album Preview av bilder Bild på hel side eller del av side Interaktiv rapportgenerering Load/Save Bruker data fra seneste analysen Kan brukes for å: Lagre hele rapporten Åpne tidligere lagrede rapporter

33 Logotype Åpne bmp-fil (bitmap) direkte Laga logotype i MS Paint, trekk ramme rundt logo, kopier og benytt Paste i rapportgeneratoren Text / Font For å endre typesnitt og tekst-størrelse. Bruk hvis tabell-cellene går utenfor sidens bredde etter eksport av rapport til Word.

34 Hjelpemanualer Under Help Contents finner man fullstendige manualer FAQ FAQ Frequently Asked Questions -> Products -> STAAD.Pro -> FAQ

35 Øvingsoppgaver Oppgave 1: Svært detaljert gjennomgang av en enkel ramme Oppgave 2: Effektiv modellering Oppgave 3: Generell strukturanalyse, med studier. STAAD.Pro med ståldimensjonering, dag 2 Lastgenerering Dynamikk Member tension/compression Verifikasjon Nye NS3472 Øvinger

36 Kraft over et areal fordeles som knutpunktskrefter Arealet må være vertikalt Alla knutpunktene må være i samme plan Planet må være parallelt med ett av hovedplanene (XY eller YZ) Wind load Moving Load Utviklet for trafikklaster Et lasttåg defineres Stegvis forflytting over strukturen defineres STAAD/Pro genererer et lasttilfelle for hvert steg 2 kn 1 kn 1 kn 2.78 m 2.78 m 8.33 m 8.33 m 8.33 m 8.33 m 8.33 m LC 1 LC 2 LC 3 LC 4 LC 5 LC 6

37 Dynamikk CUT OFF Må angi høyeste frekvens eller antall svingemoder som skal beregnes MODAL CALCULATION egenverdianalyse og svingningsformer for en struktur Strekkstaver 1) STAAD.Pro kontrollerer om staven kommer i trykk 2) Dersom den får trykk blir den tatt ut av strukturen og analysen kjøres på ny. Opp til 10 automatiske iterasjoner Ikkelineær analyse: Separat analyse må kjøres for hver enkelt last, eller man benytter repeat load funksjonen Tens.

38 Iterasjon Member tension MEMBER TENSION - legges inn grafiskt Lastkommando Analysekommando Nullstilling av stivhetsmatrisen Gjenta for hver last REPEAT LOAD i steden for LOAD COMBINATION SET NL [antall lasttilfeller] før joint coordinates... Load comb/repeat load Forskjellen på LOAD COMBINATION og REPEAT LOAD: LOAD COMBINATION Legger sammen resultatene fra hver enkelt primærlast. REPEAT LOAD Legger sammen primærlastene og behandler de som en ny primærlast (d.v.s lager en ny lastvektor). Viktig forskjell ved ikke-lineær analyse!

39 Verifikasjon Hva må kontrolleres? Geometri Tverrsnittsdata Materialdata Lastene Grensebetingelsene Er enhetene riktige? Oppfatter programmet inputen som jeg tror? Verifisering kan gjøres ved: Utskrifter i resultatfil: kommando gis i inputfil Generering av tabeller/plot i postprosessor Inspeksjon av modell i postprosessor Utskriftkommandoer PRINT JOINT COORDINATES -alla knutpunktskoordinater PRINT MEMBER INFORMATION -lengde, rotasjon, frigjørelse osv. PRINT SUPPORT INFORMATION -frigjørelse i opplagere PRINT MEMBER PROPERTIES -tverrsnittsdata PRINT MATERIAL PROPERTIES -materialdata

40 Grafisk sjekk Postprosessor Kontroll Er analysen bra? Numeriske problem, feil modellering osv kan gi unøyaktige eller gale resultater Se etter feilmeldinger i resultatfil ( WARNING eller ERROR eller NOTE ) Kontroller at opplagerreaksjonene går i null med påsatte laster (PRINT STATICS CHECK)

41 Modelleringsfeil Eksempel på modelleringsfeil i resultatfilen Truss 2 5 Truss Truss Truss Truss Truss Truss 12 3 Truss 9 Instability Warning Må rettes opp! Tens Hvordan virker lastene? Kraftgangen i strukturen Opplagerreaksjoner Deformasjoner Er alt som forventet: lastkombinasjon/kapasitetssjekk... Aksialkraft Nedbøyning Strekk Trykk

42 Code Check NS3472 Kapasitetskontroll Kapasitetskontroll gjennomføres mot: Knekking Vipping Flytning

43 Kodesjekk - Syntaks Husk! Knekking Generell formel for knekking av trykkstav med moment IR = n k m + k m 1 max + z z y y Normaliserte krefter I tilegg skal det kontrolleres for vipping etter følgende formel: n mz IR = + klt + k y my 1 χ χ y LT

44 Knekking Parametre som styrer knekking: BY: knekklengde-koeffisient, svak akse BZ: knekklengde-koeffisient, sterk akse CY: knekkurve-koeffisient, svak akse, a, a 0, b, c, d CZ: knekkurve-koeffisient, sterk akse a, a 0, b, c, d SSY: ekvivalent moment faktor ß My SSZ: ekvivalent moment faktor ß Mz Stav leddet i begge ender Knekklengder Etter NS 3472 Stav fast inspent i begge ender Stav fast innspent i en ende, fri i andre ende β t = 1,0 β a = 1,0 Stav fast inspent i begge ender, forskyvelig opplegg β t = 0,5 β a = 0,6 Stav fast innspent i e n ende, leddlagret i andre β t = 2,0 β a = 2,2 β t = 1,0 β a = 1,2 β t = 0,7 β a = 0,8

45 Knekklengde (BY, BZ) Med BY og BZ = 1, vil knekklengden bli den samme som member length. Lk = β κ L BY og BZ skal både justere for feil lengde i STAAD og ta hensyn til NS3472s knekklengdekoeffisienter. Faktoren tar hensyn til: Den yttre inspenningen og den indre geometrien. Den yttre inspenningsfaktoren bestemmes etter standarden. Geometrisk faktor: βgeom = L Li 1 m 1 m 2 m Fysisk lengde L = L1 + L2 + + Ln Li = aktuell søyledel n = antall delsøyler Staad-lengde Knekklengde (BY, BZ) Søyle bestående av en del Lk = β L β = βinsp x βgeom βinsp = 0.8 βgeom = βgeom = L=30 m L Li 30 = m Lk = (0.8 x 1) x 30 = 24 m Y X Z

46 Knekklengde (BY, BZ) Søyle bestående av to deler: Pele 1 (P1) och Pele 2 (P2) β = βinsp x βgeom for hver delsøyle βgeom = L Li L = L1 + L2 + + Ln n = antal delsøyler P m Li = aktuell søyledel 30 m Eks. Beregning for P1 βgeom = = 3 βinsp = 0.8 (yttre inspenningen) P m Fysisk lengde β = 0.8 x 3 = 2.4 L = 30 m Staad-lengde Lk = 2.4 x 10 = 24 m for delsøyle 1 SSY, SSZ ß Mi = ekvivalent moment faktor = SSY, SSZ SSY / SSZ = 0 => STAAD beregner moment etter figur SSY / SSZ kan ha verdier mellom 0 og 2.5 Dersom momentdiagrammet har en annen form så må momentfaktoren bestemmes etter tabell 12 i NS3472

47 β M ved tverrlast β Mψ ψ β Mo 1.3 β Mo 1.4 ( ) M o β M β Mψ + M β Mo β Mψ β M må angis av bruker ved SSY og SSZ Eksempel β M, jevnt fordelt last Mz(kNm) ψ q 20 kn m M o 8 M 298 knm β Mψ β M ( ) knm β Mo 1.3

48 β M, jevnt fordelt last + punktlast Y Z X ψ -20 kn/m 110 knm Jevnt fordelt last : M oq 8-50 kn β Mψ ( 0.409) knm knm Mz(kNm) Punktlast: 50 8 β Mo 1.3 M op knm β Mo Kombinert : M o knm β Mo M knm 260 β M ( ) (CY, CZ) Knekkingskurve Grunnlag for valg av knekkurve for ulike tverrsnittformer

49 Knekkingskurve (CY, CZ) Matematisk uttrykk for knekkingskurve (NS 3472, A5.4.1): χ = f f k y = φ + φ 1 2 λ 2 α er CY eller CZ α = 0,13 for kurve a 0 α = 0,21 for kurve a α = 0,34 for kurve b α = 0.49 for kurve c α = 0.76 for kurve d φ = α λ λ Vipping Hvis M vd <M zd er bjelken utsatt for vipping M zd erstattes med M vd,og M z med M max i formelen for sterk akse N max 1 IR = + M M y + K 1. 0 E N N kzd M vd M yd N kyd 1 N Ezd N d

50 Vipping f v Mvd = fvd Wz = Wz γ f f v y f f v y m 1 2 n n v ( 1 ) = + λ for λ v > 0.2 = 10. for λ v 0.2 n = 2.0 for user defined and prismatic profiles n = 1.5 for welded profiles λ v = f f y vi M vi fvi = Wz 2 E M M L I I π 26. C vi = ψ vio = ψ 195. y x 1+ 2 L I w x Parametere 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 CMZ: Faktor for vippingskurve (1,5 eller 2,0)

51 Spenningssjekk Spenningssjekk blir utført i 13 snitt langs bjelken, opptil 9 forskjellige steder i tverrsnittet. I hvert snitt regnes følgende krefter ut: F x max aksialkrefter langs staven F y skjærkrefter i lokal y-retning F z skjærkrefter i lokal z-retning M x max torsjonsmoment langs staven M y bøyemoment om lokal y-akse M z bøyemoment om lokal z-akse Spenningssjekk Von Mises spenning blir sjekket som følger: σ j = 2 ( σ + σ + σ ) + 3( τ + τ + τ ) x by bz x y z 2 f γ y m

52 Spenningssjekk y b 3 2 t 1 4 da 5 z h h 1 2 h s h h t b 1 Sjekkpunkter i et enkelsymmetrisk tverrsnitt. 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-listen for å få kjørt analyse. FYLD: flytespenning, f y MF: materialfaktor, γ m

53 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 GUI Kode: NS3472 Parametrar Kommando

54 To definisjonsmåter Valg av egenskap 1. Koble til bjelke Geometri 2. Alt. 1: 1. Velg bjelke 2. Velg egenskap 3. Velg Assign/Bruk: Kobler egenskapen til bjelken (direkte). Alt 2: 1. Velg egenskap 2. Velg Add => Legger egenskapen i en liste a) Velg bjelke => Assign to Selected Beams b) Assign Velg bjelke Riktig kode Må definieres to steder i STAAD.Pro 2002 Kun i input-fil i STAAD.Pro 2003 Input-fil Run Analysis-box: Analyse-typ: -NS3472 -NS3473 -NPD Analyse-motor: Norwegian European British