Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet Institutt for konstruksjonsteknikk KURSPLAN SIB7025 Elementmetoden for rammer Vår 2003 Rom Tlf nr e-mail adresse Faglærer Kolbein Bell 3-95 / MTI 73 59 46 79 Kolbein.Bell@bygg.ntnu.no Øvingslærer Lars Wollebæk 3-108 / MTI 73 59 14 92 Lars.Wollebaek@bygg.ntnu.no Stud.ass Ida M. Aglen idamarga@stud.ntnu.no Referansegruppe Eksamen Tonje Gravem Lars Haugan Ole-Kr. Bjørnstad Onsdag 28. mai 2003-4 timer skriftlig gravem@stud.ntnu.no larha@stud.ntnu.no olekrib@stud.ntnu.no Det avtales ikke faste kontortider for faglærer og øvingslærer, men det vil bli avsatt ekstra timer til veiledning i kollokvierom A i 3. etasje i MTI (i nærheten av instituttekspedisjonen), i tillegg til timeplansfestet øvingstid. Alle henvendelser i forbindelse med kurset bes i størst mulig grad lagt til de timeplansfestede timer og avtalte veiledningstimer. Dersom det er ting dere er misfornøyd med ber vi om at dette tas opp med faglærer eller referansegruppen så fort som mulig slik at vi eventuelt kan få justert opplegget. MÅLSETTING Kurset har som målsetting å gi en grundig innføring i det metodemessige grunnlag for programstyrte beregninger av stav- og bjelkesystemer (fagverk, bjelker, rammer og buer) og å etablere de grunnleggende prosedyrer som benyttes i moderne beregningsmekanikk basert på elementmetoden. I tillegg til vanlige statiske beregninger basert på lineær (1. ordens teori) vil kurset også gi en grunnleggende innføring i stabilitetsproblemer (knekking). Beregninger av noe omfang vil i dag som regel bli utført ved hjelp av dataverktøy. Hovedvekten legges derfor på grunnleggende forståelse, snarere enn regneferdighet. En begrenset målsetting for kurset er at alle etter endt kurs skal ha rimelig god forståelse av hvordan et typisk rammeprogram virker, hvilke muligheter og begrensninger det har, slik at en kan bruke det på en sikker og forsvarlig måte. OPPLEGG OG GJENNOMFØRING Læringen er basert på en kombinasjon av egne studier, forelesninger og øvinger. Vi vil sterkt understreke den enkelte students ansvar for egen læring og viktigheten av å arbeide jevnt.
Elementmetoden for rammer Kursplan - vår 2003 Side 2 av 8 Forelesninger Det er utarbeidet undervisningsmateriell (kompendium, temahefter og oppgavehefte) som dekker hele pensum rimelig fullstendig, og forelesningene vil derfor ikke gjøre noe forsøk på en samlet fremstilling av pensum. Det er lite effektivt å skrive på tavla eller vise på lerretet det samme som står i kompendiet/temaheftet. Forelesningene vil derfor forutsette at studentene har lest dagens tekst i forkant, slik at tiden kan brukes til å diskutere, oppklare, presisere og eksemplifisere. For å legge til rette for dette er det utarbeidet en forelesningsplan med klar angivelse av hva som vil bli behandlet i hver enkelt time. Denne planen, som er gjengitt på side 7, vil, om ikke uforutsatte ting inntreffer, bli fulgt til punkt og prikke. Forelesningene foregår i henhold til studieplanen, dvs Mandager: kl 1015-1200 i 003MTI, frem til og med 27/1, deretter i K5 Torsdager: kl 1215-1400 i 003MTI, frem til og med 16/1, deretter i H1 Andre time på torsdager (1315-1400) vil stort sett bli benyttet til eksempelregning og kommenterer/presiseringer i tilknytning til øvingsarbeidet. Øvinger Øvingsopplegget består av ukentlige regneøvinger - ialt 10 hvorav 7 må være godkjent, et mindre prosjekt (i samarbeid med arkitektstudenter), som er obligatorisk, og dataøvinger - i alt 5 hvorav 3 må være godkjent. Regneøvinger Det er utarbeidet et eget oppgavehefte for kurset (som fås kjøpt på instituttet for kr 20,-). Alle øvingsoppgaver tas fra dette heftet, og det blir stort sett ukentlige innleveringer fra og med uke 3. Plan for øvingene med angivelse av oppgaver og innlevering er gitt på side 5. Besvarelsene leveres i merket kasett som står i hylle i gangen utenfor ekspedisjonen i 3. etasje i MTI innen fredag kl 1400 i angitt uke (dato for innlevering er angitt i planen på side 5). For sent innleverte besvarelser vil normalt ikke bli godkjent - ta kontakt med øvingslærer/ stud.ass (fortrinnsvis i forkant) om det oppstår vanskeligheter (reise, sykdom etc). Registrerte (og i noen grad rettede ) besvarelser leveres tilbake sammen med løsningsforslag, i merket kasett på samme sted som innleveringen foregår, i løpet av påfølgende onsdag. Husk tydelig navn på besvarelsen. For å få adgang til eksamen må en ha minst 7 godkjente regneøvinger innen 29. april. Bestått karakter på den karaktergivende øvingen (mer om denne nedenfor) teller som godkjent øving (dersom det kniper - må registreres separat hos faglærer). Selv om øvingene skal leveres og godkjennes som individuelle besvarelser anbefales det å arbeide i grupper med øvingene (og med faget i det hele tatt). Vi skal forsøke å stille med tilstrekkelig (og forhåpentligvis god) veiledning - bruk denne! Prosjekt I løpet av ukene 11 og 12 vil det i samarbeid med kurs SAA 1065 på arkitektavdelingen bli gjennomført et mindre prosjekt. I korthet går dette ut på at arkitektstudentene utarbeider forslag til en gangbro i tre. Hvert av disse forslagene skal så beregnes (med Focus Konstruksjon) av en gruppe studenter fra vårt kurs. Vi skal komme tilbake med mer informasjon om prosjektet når vi kjenner antallet arkitektstudenter.
Elementmetoden for rammer Kursplan - vår 2003 Side 3 av 8 Prosjektet, som altså utføres gruppevis, er obligatorisk. Dataøvinger Det vil bli gjennomført 5 mindre dataøvinger i løpet av kurset. Oppgavene vil bli delt ut god tid i forveien, og de blir gjennomført på data-rom i toppetasjen på Lerchendalsbygget i løpet av øvingstimen på angitte tirsdager - se øvingsplanen på side 6. Oppgavene er ikke større enn at de skal kunne gjennomføres (med veiledning) i løpet av denne timen, og alle som møter vil normalt få oppgaven godkjent ved timens slutt, men en må møte til angitt time for å få godkjent oppgaven. Minst 3 av dataøvingene må være godkjent. Følende data-rom i den nye toppetasjen på Lerchendalsbygget vil bli reservert for kurset i de angitte tirsdagstimene: - Rom 2-019 (20 maskiner) - Rom 2-013 (6 maskiner) - Rom 2-001 (11 maskiner) Focus Konstruksjon - studentversjon Focus Konstruksjon er et kommersielt program for statiske beregninger og dimensjonskontrollering av plane (2D) bjelker og rammer (inkl fagverk). Programmet er basert på et program (LAMbda) som ble utviklet ved instituttet med betydelig studentinnsats (prosjekt/hovedoppgaver) i perioden 1994-96, for beregning og dimensjonering av trekonstruksjoner. Programmet videreutvikles nå (i samarbeid med instituttet) og markedsføres av Focus Software i Oslo. Vi skal i dette kurset primært benytte beregning- eller statikk-delen av programmet, men programmet kan også dimensjonskontrollere konstruksjoner i betong, stål og tre, slik at det høyst sannsynlig også vil kunne bli brukt i senere konstruksjonskurs. Programmet er installert på samtlige PC er på ovenfor nevnte data-rom i Lerchendalsbygget. Studenter som følger kurset og som har egen PC kan få lånt en CD ved instituttkontoret i MTI (3. etg) for installasjon av en spesiell studentversjon på egen PC, mot å skrive under på en erklæring om at programmet bare skal brukes til undervisningsformål på egen PC. Programmet kan bare installeres under MS Windows plattformer. Studentversjonen har nøyaktig samme muligheter som den kommersielle versjonen, men den har STUDENTVERSJON med store bokstaver på alle utskrifter og plott. VEILEDNING Timeplansfestet øvingstid på tirsdager - kl 1215-1300 i kollokvierom A MTI (flyttet fra 003MTI) - vil, når den ikke benyttes til dataøvinger, bli benyttet til øvingsveiledning. I tillegg vil det, fra og med uke 4, bli gitt veiledning på tirsdager kl 1315-1500 og torsdager kl 1015-1200 i kollokvierom A i 3.etg MTI (like ved instituttekspedisjonen). FAGWEB Innen utgangen av uke 3 vil kurset være operativt på fagwebben med adresse: http://fagweb.ntnu.no/fagweb/?sib7025 Her vil det ligge ute noe informasjon om kurset, og det vil bli gitt beskjeder. Det vil også til enhver tid ligge ute en ukeplan for inneværende og neste uke (som pdf-fil).
Elementmetoden for rammer Kursplan - vår 2003 Side 4 av 8 Vi oppfordrer alle til å følge med på fagwebben som vil være vår informasjonskanal i tillegg til forelesningene (Vi oppfordrer ikke til utstrakt bruk av e-mail). KURSMATERIELL OG PENSUM Det er utarbeidet et eget kompendium - Elementmetoden for stav- og bjelkesystemer (kr 140) og et temahefte - Virtuelt arbeid (kr 40) samt et oppgavehefte (kr 20), som alle er til salgs ved instituttkontoret. Det arbeides også med et temahefte om knekking og stabilitet som vil foreligge innen utgangen av februar. Til sammen dekker disse hele pensum. Programmet Focus Konstruksjon er også å regne som en del av kursmateriellet. EKSAMEN OG KARAKTERFASTSETTELSE Karakter i faget fastsettes på grunnlag av eksamen og en karaktergivende regneøving etter følgende prinsipp: dersom karakteren på øvingen er bedre enn eksamenskarakteren vil den telle med, og den vil ha en vekt på 1/3. Dersom øvingskarakteren er dårligere enn (eller lik) eksamenskarakteren vil den bli strøket. Den karaktergivende øvingen avholdes i dobbelttimen torsdag 27. februar på nærmere avtalt sted. Øvingen er ikke obligatorisk, men vi håper at så mange som mulig vil benytte dette tilbudet. NOEN RÅD FRA FAGLÆRER Kurset har en belastning på 7,5 studiepoeng (2,5 vekttall). For sivilingeniørstudiet betyr det 12 belastningstimer, som igjen betyr at en gjennomsnittsstudent som bruker 12 (effektive) timer på kurset pr uke, fra og med første uke, bør kunne regne med en gjennomsnittskarakter i kurset. Mitt råd er at dere bruker disse 12 timene omtrent som følger: 4 timer til forelesninger (eventuelt egne studier om dere misliker min stil) 4 timer til egen lesning (helst i forkant) 4 timer til øvinger og annen regning Jeg vil spesielt understreke behovet for å lese på egen hånd (kompendium og temahefter er skrevet for å bli lest - de er ikke oppslagsverk som gir raske anvisninger på oppgaveløsning). Forståelse er viktigere enn regneferdighet (det siste gjør datamaskinen mye bedre enn oss), og det vil garantert bli gitt teori-spørsmål til eksamen. Faget er ikke grunnleggende vanskelig, men det representerer mye nytt og oppfattes som litt abstrakt - det er et typisk modningsfag som krever jevn innsats fra dag 1. Her er ingen snarveier og faget egner seg veldig dårlig for skippertak. Bruk Focus Konstruksjon så mye som mulig (også til å sjekke håndregninger ), og studer løsningene nøye. Vi er innstilt på å yte god service gjennom semesteret, dvs frem til 29/4, men et godt utbytte er først og fremst avhengig av den innsatsen dere selv legger i dette. LYKKE TIL! 11.01.2000 / K.Bell
Elementmetoden for rammer Kursplan - vår 2003 Side 5 av 8 Plan for regne- og dataøvinger REGNEØVINGER Øving nr 1 Oppgaver Tallene angir oppgavenummer i oppgaveheftet 1.1, 1.8 og 1.14 2.6 og 2.11 Innleverig innen (dato) 24/1 (uke 4) 2 3.1 og 3.2 31/1 (uke 5) 3 3.4 og 3.10 7/2 (uke 6) 4 4.1 og 4.7 14/2 (uke 7) 5 5.2 og 5.4 21/2 (uke 8) Karaktergivende auditorieøving, torsdag 26. februar, 1215-1400 6 5.6 og 5.9 7/3 (uke 10) 7 6.2 og 6.5 14/3 (uke 11) Uke 12 forutsettes brukt til prosjektet (i samarbeid med arkitektstudenter) 8 6.6 og 6.7 28/3 (uke 13) 9 7.3 og 7.6 4/4 (uke 14) 10 9.2, 9.3 og 9.9 25/4 (uke 17) Litt om besvarelsen: Gjør deg litt flid med hvordan du fører besvarelsen. - Tegn skikkelige og passe store figurer. - Skriv bare på en side, og nummerer sidene. - Vis, og forklar med ord om nødvendig, tankegangen bak løsningen. - Skriv tydelig, kort og konsist, men språklig korrekt norsk. Dersom det blir knapt med tid bør du beskrive kort med ord hvordan du vil gå frem for å finne løsningen. MERK besvarelsen tydelig med navnet ditt og sørg for at arkene henger sammen. Våre løsningsforslag vil være relativt knappe, og de er mer å anse som svarantydninger enn som mønsterløsninger.
Elementmetoden for rammer Kursplan - vår 2003 Side 6 av 8 DATAØVINGER Øving 1 utføres tirsdag 28/1 (uke 5) kl 1215-1300 Øving 2 utføres tirsdag 4/2 (uke 6) kl 1215-1300 Øving 3 utføres tirsdag 18/2 (uke 8) kl 1215-1300 Øving 4 utføres tirsdag 4/3 (uke 10) kl 1215-1300 Øving 5 utføres tirsdag 8/4 (uke 15) kl 1215-1300 Oppgavetekstene vil bli utlevert i forbindelse med demonstrasjonen av Focus Konstruksjon torsdag 23/1. Bruk litt tid i forkant av hver øving slik at dere vet omtrent hva dere skal gjøre når dere møter på data-salen (45 minutter går fort!). Arbeid gjerne sammen med noen. Dersom dere har installert programmet på egen PC må dere gjerne utføre oppgavene heime. Ta da med dere data-filen på en diskett når dere møter på data-salen for godkjenning. Dere bør anse disse oppgavene som det absolutte minimum av programbruk. Kritisk bruk av programmet og grundig vurdering av resultatene som programmet gir vil kunne gi nyttig innsikt.
Elementmetoden for rammer Kursplan - vår 2003 Side 7 av 8 FORELESNINGSPLAN Dato Dag/time Tema Ref. a 13/1 Generell informasjon om innhold og opplegg Repetisjon (Kmek 1 og 2) 14/1 ti / 1 Repetisjon (Kmek 1 og 2) 16/1 (3) Matriseregning Grunnlag K: Kap. 2 K: 3.1-3.3 20/1 Grunnlag forts Grunnlag forts. K: 3.4-3.6 K: 3.7-3.8 23/1 (4) Hvordan bruke Focus Konstruksjon? (Demo) 27/1 Grunnlag (Fundamentalkravene på matriseform) Grunnlag (VFP og koordinattransformasjoner) K: 3.9 K: 3.10-3.11 30/1 (5) Forskyvningsmetoden (på matriseform) K: 4.1-4.2 3/2 Forskyvningsmetoden (laster) Forskyvningsmetoden (randbetingelser, løsning) K: 4.2 K: 4.3-4.4 6/2 (6) Elementanalysen (sterk og svak form) K: 5.1 10/3 Elementanalysen (element-stivhetsrelasjonen) Elementanalysen (element-stivhetsrelasjonen) K: 5.2 K: 5.2 13/ 2(7) Elementanalysen (generell prosedyre) K: 5.3 17/2 Elementanalysen (generalisert forskyvninger) Elementanalysen (transformasjoner) K: 5.4 K: 5.5 20/2 (8) Elementanalysen (element for 3D analyse) K: 5.6 24/2 Systemanalysen (programstyrt oppb. av K og R) Systemanalysen (randbetingelser) K: 6.1 K: 6.2 25/2 ti / 1 Systemanalysen (løsning +) K: 6.3-6.4 27/2 (9) Karaktergivende øving (2 timers frivillig prøve i alt som pt er gjennomgått) Sted vil bli avtalt
Elementmetoden for rammer Kursplan - vår 2003 Side 8 av 8 Dato Dag/time Tema Ref. a 3/3 Oppsummering (rekapitulering) Oppsummering (rekapitulering) K: Kap. 1-6 6/3 (10) Spesielle emner (skjærdeformasjoner) Litt om prøven K: 7.1 10/3 Spesielle emner (skjærdeformasjoner) Spesielle emner (initialtøyninger, temperatur) K: 7.1 K: 7.2 11/3 ti / 1 Spesielle emner (eksentrisitet + vilk. tv.snitt) K: 7.3-7.4 13/3 (11) Møte med arkitektstudentene vedr prosjektet (sted blir avtalt senere) 17/3 Spesielle emner (vilk. tv.snitt + statisk kondensering) Spesielle emner (substrukturer og superelementer) K: 7.4-7.5 K: 7.5 (12) Modellering og kontroll K: Kap. 8 24/3 Knekking og stabilitet b (13) 31/3 Knekking og stabilitet (14) 7/4 Knekking og stabilitet (15) 14/4 16 Påske 24/4 (17) Influenslinjer T1: Kap. 7 28/4 (18) Oppsummering Oppsummering + litt om eksamen Alt! a. K - Kompendium: Elementmetoden for stav- og bjelkesystemer T1 - Temahefte: Virtuelt arbeid T2 - Temahefte: Litt om 2. ordens teori og stabilitet b. Detaljer om knekking og stabilitet kommer vi tilbake til mot slutten av februar.