CIVIL ENGINEERRING

1. Grunnkurs i STAAD/Pro
HIO/IU
Våren 2001
Per Erik Thoresen
EDR

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
EDR

3. Presentasjon av STAAD/Pro
• Hva gjør STAAD/Pro
• Teoretisk bakgrunn
• Oppbygging av modell, syntaks
• STAAD/Pro:s “deler”
• Analyse og generering av rapporter
EDR

4. 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

5. Hva gjør STAAD/Pro?
• Finner forskyvninger,
regner krefter og
spenninger
• Dimensjonerer etter gitte
standarder (stål, betong,
aluminium eller tre)
EDR

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
EDR

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)
EDR

8. l F
I E
EDR

9. Teoretisk basis
• Lastene på konstruksjonen beskrives ved en lastvektor
• Forskyvningsvektoren beskriver forskyvningene
• Forskyvningene fremkommer av stivhetsrelasjonen:
R=K•r
R=lastvektor, K=stivhetsmatrise, r=forskyvningsvektor
• Løsningen gir forskyvningene i alle knutepunkter
• Ut fra forskyvningene beregnes kreftene i hvert element
EDR

10. 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

11. Graphical User Interface
Grafisk
modellering:
•Nedtrekksmeny
•Ikoner
•Mapper
•Modellbibliotek
Tekstfiler:
•Inndatafil
•Utdatafil
EDR

12. Inndatafil
Kommentarer: Grønn
Kommando: Rød
3 bokstaver
Siffer: Blå
EDR

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
EDR

14. Knutepunkter
EDR

15. Job Info
EDR

16. Geometri - syntaks
EDR

17. Geometri - GUI
EDR

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)
EDR

19. Syntaks, Stivhetsegenskaper
.
EDR

20. Tverrsnitt
Tabelldefinierte
Egendefinierte
EDR

21. Tverrsnitt - GUI
EDR

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)
EDR

23. Indre ledd
• Member truss: bjelken tar bare
aksialkrefter
• Member release: valgfri
frigjøring av bjelkeender
EDR

24. Indre ledd - GUI
EDR

25. Eksentrisitet
Eksentrisitet angis i globale
koordinater for hver enkelt
bjelkeende
50
EDR

26. Opplagerbetingelser
• Fixed (fast innspent)
• Pinned (leddlager)
• Fixed but (kan gi inn
valgfri “oppløsing”)
EDR

27. Opplagerbetingelser - GUI
EDR

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
EDR

29. Globalt aksesystem
Y er default akse opp
EDR

30. Lokale aksesystem
• Origo i start-noden
• X-aksen går langs
nøytral-aksen
• Z er default sterk akse
EDR

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
EDR

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
EDR

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

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
EDR

35. Laster - GUI
EDR

36. Joint load
• Kan settes i alle frihets
grader (FX, FY, FZ, MX,
MY, MY)
• Alltid i globale akser
EDR

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
EDR

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

39. Egenvekt
Programmet beregner alle
konstruksjonsdelers
egenvekt og setter på
tilsvarende krefter
EDR

40. STAADPro:s deler
S T A A D / P r o
M o d e l l i n g / P r e -p r o s e s s o r
B r u k e s t il å b y g g e o p p
m o d e lle r g r a f is k
E d i t o r
T e k s t - e d it o r t il å
b y g g e o p p / m o d if is e r e in p u t - f il
P o s t - p r o s e s s o r
B r u k e s til å s e p å
r e s u lt a t e r a v a n a ly s e n
o g la g e r a p p o r t e r
EDR

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
EDR

42. Analyse-informasjon
Inndatainformasjon Utdatainformasjon
EDR

43. Code Check
Definisjon av:
• Parametre
• Kommando
• Design Code
EDR

44. Filer i STAAD/Pro
Hele modellen med laster og
analysekommando er
beskrevet i en fil.
– Etternavn std
– Lesbar tekstfil
EDR

45. Inndatafil
St01.std
EDR

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.
EDR

47. 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

48. Rapporter
EDR
Utdata
Delrapporter
Lasttilfelle
Bilder
Fonter
Spare rapporter

49. Rapporter
Firmalogo
Inndata
Resultat
Bilder
EDR

50. 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

51. EDR
Kommandoer/manualer
• Under Help finnes fullstendige manualer for Staad/Pro

52. 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.

53. 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

54. 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!

55. 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…)

56. EDR
Eksempel, momentfrigjøring
MEMBER RELEASE
2 END MY

57. EDR
Lastgenerering
• Area load
• Moving load
• Wind load
• Hydrostatic pressure
• Floor load

58. 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

59. EDR
Floor load
• I hovedsak det samme som Area Load
• Toveis fordeling av laster (Area Load
har enveis fordeling)
• Grafisk visning av lastpåføring

60. 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

61. EDR
Wind load
X
Y
Z

62. EDR
Moving Load
•Utviklet for trafikklaster
• Et “lasttog” defineres
• Trinnvis bevegelse over strukturen defineres
• STAAD/Pro genererer et lasttilfelle
for hvert trinn

63. EDR
Hydrostatic pressure
• Preprosessorfunksjon
• Legger på bjelkelaster justert
etter høyden over grunnplanet

64. 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.
12
3456
78
91011 12
XYZ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
• Support Displacement:
linjær forskyvning eller
rotasjonsforskyvning
inngis for et opplager.

65. EDR
Dynamikk
Kommandoer:
CUT OFF
-angi høyeste frekvens eller svingemoder som skal beregnes
MODAL CALCULATION
-egenverdianalyse og svingeformer for en struktur
• Editering nødvendig...

66. EDR
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

67. EDR
User Table
Gir muligheter for å
definere egne profiler
etter ferdige maler

68. EDR
Verifikasjon av modell
Hva må sjekkes?
• Geometri
• Tverrsnittsdata
• Materialdata
• Lastpåføring
• Opplagerbetingelser
• Er enhetene riktige?
• Oppfatter programmet input’en som jeg tror?

69. 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

70. EDR
Verifikasjon av modell
Grafisk i postprosessor

71. EDR
Verifikasjon av modell
Rapport i resultatfil

72. 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

73. 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.

74. 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)

75. EDR
Analyse/kontroll av modell
Eksempel på advarsel i resultatfil
Truss
Truss
Truss
Truss
Truss
Truss
Truss
Truss
Tens.Tens.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

76. EDR
Analyse/tolkning av resultater
Hvilken virkning har primærlastene?
• Kraftgang i strukturen
• Opplagerreaksjoner
• Forskyvninger
Hvis alt er som forventet: lastkombinering/
kapasitetssjekk...

77. EDR
Resultater - grafisk
Eksempel - aksialkrefter
Strekk
Trykk

78. EDR
Analyse/resultater
Nedbøyning

79. 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

80. 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

81. EDR
En rapport...

82. EDR
NS 3472

83. EDR
Kapasitetskontroll
Kapasitetskontroll gjennomføres mot:
• Knekking
• Vipping
• Flytning

84. EDR
Kodesjekk - Syntaks

85. EDR
Knekking
IR =
N
Nkzd
M
Mvd
M y
M yd
KE N
N Ezd
Nkzd
Nd
+ +
−
≤








z 1
1
10.
Sterk
akse:
Svak akse
IR=
N
Nkyd
Mz
MvdKE
My
MydN
NEyd
Nkyd
Nd
++
−
≤








11
1
10.

86. 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

87. EDR
Knekklengder
Stav 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
βt = 1,0
βa = 1,0
βt = 2,0
βa = 2,2
βt = 0,5
βa = 0,6
βt = 1,0
βa = 1,2
βt = 0,7
βa = 0,8

88. 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
Fysisk
lengde

89. 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 midspan
o
SSY / SSZ = 0 => STAAD beregner moment etter figur
SSY / SSZ = 1 => M = Mmax

90. EDR
Knekkingskurve (CY, CZ)

91. EDR
Knekkingskurve (CY, CZ)
Matematisk uttrykk for knekkingskurve
(NS 3472, A5.4.1):
2
222
2
2
2
4))2(1(
2
)2(1
λ
λλλα
λ
λλα −+−+
−
+−+
=
y
k
f
f
α er CY eller CZ
α = 0,21 for kurve A
α = 0,34 for kurve B
α = 0,49 for kurve C

92. EDR
Vipping
Hvis Mvd<Mzd er bjelken utsatt for vipping
Mzd erstattes med Mvd ,og Mz med Mmax i formelen for
sterk akse
IR = 0.1
1
1max
≤
−
++








dN
kydN
EzdN
N
EK
ydM
yM
vdM
M
kzdN
N

93. EDR
Vipping
Mvd = f W
f
Wvd z
v
m
z⋅ =
γ
( )f
f
v
y
v
n n
= +
−
1
2
1
λ for λv >0.2
f
f
v
y
=10. for λv ≤0.2
n = 2.0 for user defined and prismatic profiles
n = 1.5 for welded profiles
λv
y
vi
f
f
=
fvi =
M
W
vi
z
M M
E
L
I Ivi vio y x= ⋅ = ⋅ ⋅ψ ψ 195. 1
2 62
2+
⋅π .
L
C
I
w
x

94. 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)

95. EDR
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

96. EDR
Spenningssjekk
von Mises spenning blir sjekket som følger:
( ) ( )
m
y
zyxbzbyxj
f
γ
τττσσσσ ≤+++++=
22
3

97. 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.

98. 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, γm

99. 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...