Tasoristikko, 2009 Käyttöohje

Tasoristikko, 2009 Käyttöohje Vaasassa 22..07.2009

SISÄLTÖ 1. YLEISKATSAUS 1 1.1 Yleistä 1 1.2 Asentaminen ja käynnistäminen 1 1.3 Laskentamenetelmä 2 2. TYÖKALURIVI JA PÄÄVALIKKO 2 2.1 Yleistä 2 2.2 Työkalurivi 3 2.3 Päävalikko 4 3. PROJEKTI-, RAKENNE-JA MATERIAALITIEDOT 8 3.1 Yleistä 8 3.2 Projektitiedot 8 3.3 Rakenne 9 3.4 Poikkileikkaukset 12 3.5 Materiaali 14 3.6 Ristikkotyypin valinta 14 4. GEOMETRIATIEDOSTOT 15 4.1 Yleistä 15 4.2 BIN-tiedosto 16 4.3 USQ-tiedosto 16 4.4 BFV-tiedosto 18 5. KUORMITUS 18 5.1 Yleistä 18 5.2 Solmukuormat 19 5.3 Tukien siirtymät 19 5.4 Tasaiset kuormat 20 5.5 BEL-tiedosto 21 5.6 BLA-tiedosto 22 5.7 BIN-tiedosto 22 5.8 Peruskuormien yhdistely 22 5.9 Kuormien nollaus 24 6. MITOITUS 24 6.1 Sauvojen mitoitus 24 6.2 Liitosten tarkastelu CIDECT:in mukaan 25 6.3 Liitosten tarkastelu EC3:n mukaan 26 7. LASKENTATULOKSET TAULUKKOMUODOSSA 26 7.1 Yleistä 26 7.2 Rakenteen muodonmuutokset 27 7.3 Sauvojen kestävyydet 27 7.4 Tukireaktiot 28 7.5 Poikittainen nurjahdus 29

7.6 Ominaistaajuudet 30 7.7 Dokumentti 30 7.8 Liitosten kestävyydet 31 7.8.1 CIDECT 31 7.8.2 EC3 31 8. GRAAFISET LASKENTATULOKSET 32 8.1 Yleistä 32 8.2 Työkalurivi 32 8.3 Näppäimet 34 8.4 Kuviot 35 9. ERIKOISTOIMINNOT 38 10. LASKENTAMENETELMÄ 41 10.1 Yleistä 41 10.2 Menetelmän vaiheet 41 10.3 Elementtityyppi 42 10.4 Indeksointi 42 10.5 Jäykkyysmatriisit 42 10.6 Kuormavektori 43 10.7 Reunaehdot 43 10.8 Yhtälöryhmän ratkaiseminen 43 11. OHJELMAN RAJOITUKSIA 43 12. VASTUUVAPAUSLAUSEKE 43 Kirjoittaja: Christer Vikström Kielen tarkastus: Marja Haga

Tasoristikko, 2009 1 (44) 1. YLEISKATSAUS 1.1 Yleistä BFV09-tietokoneohjelmalla voidaan laskea tasoristikon siirtymät, tukireaktiot, sauvavoimat, jännitykset ja sauvojen käyttöasteet. Laskentatulokset saadaan sekä taulukkoarvoina että graafisesti. Kaikki näyttöön tulevat taulukot ja kuviot voidaan tulostaa kirjoittimelle. Analyysissä staattisesti määräämättömät suureet ovat vaaka- ja pystysuuntaiset solmusiirtymät (siirtymät x- ja y-akselien suuntiin). Ristikon tasossa sijaitsevan rakennekoordinaatiston x-akseli on vaakasuora ja y-akseli pystysuora. Ohjelma on kehitetty putkipalkeista valmistettujen teräksisten kehäristikoiden analysoimiseksi. Sauvavoimat lasketaan lineaarisella kimmo-opilla. Toisen kertaluvun ilmiöitä ei huomioida. Analyysi suoritetaan tasotapauksena, mutta paarteiden poikittaista nurjahtamista sivutukien välillä voidaan tarkastella. Ohjelma otaksuu rakenteen kaikkien sauvojen liittyvän nivelellisesti toisiinsa. Ohjelmalla ei voida tutkia jäykkänurkkaisia kehiä. Ristikon sauvojen kestävyydet lasketaan eurooppalaisen teräsrakennestandardin EN 1993-1- 1: Design of steel structures mukaan. Ulkomaisissa projekteissa käytetään kyseessä olevan maan kansallisia liitteitä. Tekstimuotoisen profiililuettelon avulla ohjelmalla voidaan mitoittaa ristikon sauvat. Jotta tätä toimintoa voitaisiin käyttää tehokkaasti hyväksi, ryhmitellään ristikon sauvat sauvaryhmiin. Ohjelman kieli on joko suomi tai ruotsi. Tulostuksissa kielivaihtoehdot ovat suomi, ruotsi, englanti, saksa ja ranska. BFV09-ohjelma toimii ainoastaan tietokoneissa, joissa on WINDOWS 2000/XP/Vistakäyttöjärjestelmä. Ohjelmiston moitteeton toiminta edellyttää, että näytön tarkkuus vähintään on 1024 x 762. On tarkoituksenmukaista käyttää käyttöjärjestelmän merkistöä Small Fonts. 1.2 Asentaminen ja käynnistäminen Ohjelma toimitetaan zip-muodossa CD-levyllä tai lähetetään käyttäjälle Internetin kautta. Kaikki toimitukseen kuuluvat tiedostot kopioidaan sopivaan alihakemistoon. Jos hakemistossa ennestään on samannimisiä tiedostoja, niiden päälle voidaan suoraan kopioida uudet tiedostot. Seuraavat tiedostot kuuluvat toimitukseen: BFV09.EXE BFV09.KEY BFV09.PDF *.POI *.USQ *.BFV varsinainen ohjelma aputiedosto käyttöohje pdf-muodossa poikkileikkaustiedosto geometriatiedosto geometriatiedosto

Tasoristikko, 2009 2 (44) *.BIN *.BEL *.BBL geometria- ja kuormatiedosto kuormatiedosto kuormatiedosto Jotta ohjelmisto toimisi moitteettomasti, aputiedoston (BFV09.KEY) on oltava samassa hakemistossa kuin varsinainen ohjelmisto (BFV09.EXE). Ohjelmisto käynnistetään napsauttamalla ohjelman kuvaketta. Ohjelmiston pikakuvakkeen luominen nopeuttaa käynnistystä. 1.3 Laskentamenetelmä (katso myös kohta 10) Ohjelma perustuu elementtimenetelmään. Laskentamallin staattisesti määräämättömät suureet ovat solmupisteiden vaaka- ja pystysuuntaiset siirtymät (kaksi translaatiota). Ohjelma muodostaa ristikon kaikille sauvoille jäykkyysmatriisit, jotka yhdistetään koko rakenteen jäykkyysmatriisiksi. Kun rakenteen tukiehdot on huomioitu, voidaan rakenteen jäykkyysmatriisi kääntää. Solmusiirtymät määräytyvät, kun käännetty matriisi kerrotaan ulkoisista kuormista muodostetulla voimavektorilla. Solmusiirtymien perusteella ohjelma laskee sauvavoimat ja sauvoissa vaikuttavat jännitykset. Tulostuksessa sauvavoimia verrataan sauvojen kantokykyihin. 2. TYÖKALURIVI JA PÄÄVALIKKO 2.1 Yleistä Ohjelman tärkeimmät ohjaustoiminnot sijaitsevat päävalikolla ja työkalurivillä pääikkunan yläreunassa. Päävalikon ja työkalurivin avulla ohjataan ohjelman kulkua ja valitaan tärkeimmät suunnitteluparametrit sekä tallennetaan ja avataan tiedostoja. Jotta tutkittava malli vastaisi mahdollisimman hyvin todellista rakennetta, suunnitteluparametrien oletusarvot on tarkistettava ja tarvittaessa muutettava. Ellei uusia rakennetietoja syötetä, ohjelma tutkii ainoastaan yksinkertaisen kehärakenteen. Lähtötietojen antamisen jälkeen kannattaa varmuuden vuoksi tallentaa luotu malli, ennen kuin tulokset tulostetaan. Ohjelma on kehitetty Windows-ympäristöä varten ja useissa toiminnoissa käyttöjärjestelmän ominaisuuksia käytetään hyväksi. Ohjelman ajon lopettaminen on aina varmistettava: Vastaus Yes lopettaa ehdottomasti ohjelman ajon. Tällöin ohjelma tallentaa projektin nimen, työn nimen, mahdollisen huomautuksen ja suunnittelijan nimen sekä osan ohjelman asetuksista erilliseen tiedostoon. Seuraavassa ajossa ohjelma avaa tämän tiedoston uudestaan

Tasoristikko, 2009 3 (44) ja siinä olevat nimet tulevat olemaan oletusarvoja uudessa analyysissä. 2.2 Työkalurivi Päävalikon ja työkalurivin avulla ohjataan ohjelman kulkua ja valitaan tärkeimmät parametrit ohjelman ajossa, tiedostojen hallinnassa ja tulostuksessa. Työkalurivi sijaitsee aina pääikkunan vasemmalla puolella päävalikon alapuolella: Työkalurivin toiminnot Ohjelmanajon lopetus Projektitieto (Projektin nimi, mallin nimi, huomautus ja suunnittelija) Geometria- ja materiaalitietoja sisältävän USQ-tiedoston avaaminen Geometria- ja materiaalitietoja sisältävän USQ-tiedoston tallentaminen Peruskuormia sisältävän BEL-tiedoston avaaminen Kirjoittimen asetukset Tekstitiedoston editointi Työkalurivillä on viisi aktiivista valintaruutua, joilla valitaan ohjelman kieli, tulostuskieli, aktiivinen kuormitustapaus, kuormitustapausväli sekä staattisen (S) ja dynaamisen (D) analyysin välillä. Valintaa Dynaaminen analyysi ei ole tarpeeksi testattu, joten ohjelman käyttäjän on tiedettävä mitä tekee. Valintaruudut: Valintaruutujen toiminnot: Ohjelman kielen valinta (Suomi/Ruotsi) Tulostuskielen valinta (Suomi/Ruotsi/Englanti/Saksa/Ranska)

Tasoristikko, 2009 4 (44) Aktiivisen kuormitustapauksen valinta Kuormitustapausvälin valinta Riippuen tulostettavista tiedoista valitaan joko erillinen kuormitustapaus (aktiivinen kuormitustapaus) tai kuormitustapausväli. 2.3 Päävalikko Päävalikon toiminnot ovat seuraavat: Projekti Uusi... Uuden projektin aloittaminen Projektitieto... Projektin nimi, malli, huomautus ja suunnittelija Avaa < Geometriatiedoston avaaminen Tallenna < Geometriatiedoston tallentaminen -------- Ohjelman kieli... Ohjelman kielen valinta -------- Lopetus Ohjelman ajon lopettaminen Geometria Rakenne... Koordinaatit... Indeksointi... Tukipisteet... ---------- Jouset... ---------- Tyypin valinta... Laskentamallin sauvojen, solmujen ja tukipisteiden lukumäärä Solmupisteiden rakennekoordinaatiston x- ja y-koordinaatit Sauvojen solmukohtien indeksointi Tukipisteiden indeksointi ja reunaehdot Tukijousien jäykkyydet Yksinkertaisen standardiristikon valinta

Tasoristikko, 2009 5 (44) Poikkileikkaukset Sauvaryhmät... Poikkileikkaukset... Ryhmän poikkil... Valitut poikkil... ---------- Avaa profiilitaulukko... Sauvaryhmien poikkileikkausarvot Sauvojen poikkileikkausarvot Sauvan tai sauvaryhmän muutos Ryhmän valittujen sauvojen muutos Profiilitiedoston avaaminen Materiaali... Materiaaliparametrit ja nurjahdusluokka Kuormitus Kuormitustapaus... Erillisen kuormitustapauksen valinta ---------- Solmukuormat... Rakenteen solmuihin vaikuttavat ulkoiset kuormat Tukien pakkosiirtymät... Tukipisteiden siirtymät Tasainen kuorma (proj)... Rakennekoordinaatiston suuntaiset sauvojen projektioilla vaikuttavat tasaiset kuormat Tasainen kuorma (pitkin)... Rakennekoordinaatiston suuntaiset sauvoja pitkin vaikuttavat tasaiset kuormat Tasainen kuorma (paikall)... Paikallisen koordinaatiston suuntaiset sauvoilla vaikuttavat kuormat Lämpötilakuorma... Sauvojen lämpötilat palotilnateessa ---------- Avaa < Kuormatiedoston avaaminen Tallenna < Kuormatiedoston tallentaminen ---------- Peruskuormien yhdistely... Peruskuormien yhdistely julkaisun EN 1990

Tasoristikko, 2009 6 (44) Yhdistelykertoimet... ---------- Dynaaminen vaikutus < ---------- Kuormitustapauksen nollaus... Kuormitustapausten nollaus... mukaan Kuormakertoimet Rakenteeseen vaikuttavat dynaamiset kuormat Kuormitustapauksen ulkoiset kuormat nollataan Kuormitustapausvälin ulkoiset kuormat nollataan Mitoitus Profiilitaulukko < Vapaaväli... Sauvojen mitoitus Liitosten tarkistus Profiilitiedoston avaaminen, tallentaminen tai näyttäminen Uumasauvojen liittymäkohdissa hitsausta varten tarvittava rako Rakenteen sauvojen mitoitus Liitosten tarkistus Tulokset - Taulukot < Kuormitustapaukset... Kuormitustapausvälin valinta ---------- Solmusiirtymät Valittujen kuormitustapausten solmusiirtymät taulukkoarvoina Sauvavoimat Valittujen kuormitustapausten sauvavoimat ja kestävyydet Käyttöasteet Valittujen kuormitustapausten sauvojen käyttöasteet Tukireaktiot Valittujen kuormitustapausten tukireaktiot taulukkoarvoina ---------- Poikittainen nurjahdus Ylä- ja alapaarteen poikittaisen nurjahduksen tarkastelu ---------- Ominaistaajuudet Rakenteen ominaistaajuudet

Tasoristikko, 2009 7 (44) Tulokset - Grafiikka < Kuormitustapaus... Aktiivisen kuormitustapauksen valinta Kuormitus Valitun kuormitustapauksen solmuissa vaikuttavat kuormat ---------- Muodonmuutos Rakenteen muodonmuutos Sauvavoimat Valitun kuormitustapauksen sauvavoimat Jännitykset Valitun kuormitustapauksen sauvojen jännitykset Käyttöasteet Valittujen kuormitustapausten sauvojen käyttöasteet Kombinaatio... Valitut kuvaajat näyttöön ---------- Poikittainen nurjahdus Ylä- ja alapaarteen poikittaisen nurjahduksen tarkastelu ---------- Indeksointi Rakenteen solmujen ja sauvojen indeksit Sauvaryhmät Sauvojen sauvaryhmät Profiilit Sauvojen profiilit (mitoituksen jälkeen) DXF-tiedosto Valitun kuormitustapauksen laskentatulokset tallennetaan DXFtiedostona Asetukset Kuviot Näyttö < Kuvaajat näkyviin/näkyvistä Näytön tarkkuus Ikkunat Päivitä Näytössä olevien ikkunoiden päivitys

Tasoristikko, 2009 8 (44) Järjestä Sulje kaikki Työkalurivi Statusrivi Ohje Näytössä olevien ikkunoiden järjestäminen Näytössä olevien ikkunoiden sulkeminen Työkalurivi näkyviin/näkyvistä Statusrivi näkyviin/näkyvistä PDF-muodossa olevan suomenkielisen käyttöohjeen avaaminen 3. PROJEKTI-, RAKENNE- JA MATERIAALITIEDOT 3.1 Yleistä Näppäimistön kautta lähtötiedot syötetään ja muutetaan käyttöjärjestelmän standardiikkunoissa. Ne voivat sisältää tekstiruutuja, luetteloruutuja, valintaruutuja ja valintanappeja. Toinen ikkuna voi peittää toisen, mutta ainoastaan etummaisin aktiivinen ikkuna voi ottaa vastaan syötetyt tiedot. Ohjelman kieli on suomi tai ruotsi, mutta käytössä oleva WINDOWS-järjestelmä voi johtaa sekakielen käyttöön. YES-, NO- ja CANCEL-sanat esiintyvät yleisesti KYLLÄ-, EI- ja PERUUTA-sanojen tilalla. Uuden mallin geometria- ja materiaalitiedot voidaan luontevasti luoda käyttäen syöttöikkunoiden painikkeita Seur. (= Seuraava syöttöikkuna) ja Edell. (= Edellinen syöttöikkuna). Tällöin mallin luominen tapahtuu seuraavassa loogisessa järjestyksessä: Rakenne Solmujen koordinaatit Sauvojen indeksit Tukien indeksit ja reunaehdot Mahdollisten tukijousien jousivakiot Syöttöikkunoiden painikkeella OK hyväksytään annetut tiedot. Painike Cancel hylkää tehdyt muutokset ja alkuperäiset tiedot jäävät voimaan. 3.2 Projektitiedot Laskettavana olevan työn tunnistamiseksi annetaan useimmiten uudelle projektille nimi. Tunnistamisen helpottamiseksi projektin nimi voidaan tarkentaa mallin nimellä, huomautuksella ja suunnittelijalla (Projekti - Uusi... tai Projekti - Projektitieto...):

Tasoristikko, 2009 9 (44) Projektitietojen oletusarvot ovat ohjelman edellisessä ajossa käytetyt nimet. Ellei ajoa aikaisemmin ole suoritettu hakemistossa, tulee oletusarvoiksi NN. Nimet annetaan korkeintaan kahdellakymmenellä merkillä. Varsinaisen laskennan kannalta projektitiedoilla ei ole merkitystä, mutta syötetyt tiedot näkyvät tulosteissa. 3.3 Rakenne Elementtimenetelmässä tutkittava rakenne jaetaan osiin, elementteihin. Tässä ohjelmassa elementit ovat kehän- tai palkinosat. Rakenteen jokainen erillinen palkki voi olla elementti, mutta pakit voidaan myös jakaa useampaan elementtiin. Elementit liittyvät toisiinsa teoreettisissa pisteissä, joita kutsutaan solmupisteiksi tai lyhyesti solmuiksi. Rakenteen matemaattinen käsittely elementtimenetelmällä vaatii sekä elementtien että solmujen juoksevan numeroinnin. Uudelle rakennemallille on ensin syötettävä palkkien, solmujen ja tukipisteiden lukumäärä (Geometria - Rakenne...): Tässä ohjelman versiossa solmuja voi olla enintään kolmesataa, sauvoja kuusisataa ja tukipisteitä kolmekymmentä. Solmukoordinaattien paikat määräytyvät x- ja y-arvoina globaalisessa rakennekoordinaatistossa. Syötön esimerkki (Geometria - Koordinaatit...):

Tasoristikko, 2009 10 (44) Graafinen kuvankäsittely edellyttää rakennekoordinaatiston origon sijaitsevan rakenteen vasemmassa päässä tai sen lähellä. Ohjelman toiminnan kannalta tämä ei kuitenkaan ole välttämätöntä. Rakennekoordinaatiston x-akseli on aina vaakasuora (positiivinen suunta oikealle) ja y-akseli pystysuora (positiivinen suunta ylöspäin). Jotta sauvojen paikat rakenteessa määräytyisivät, on jokaisen sauvan molempien solmujen indeksit ilmoitettava (Geometria - Indeksointi...): Sauvan solmuindeksit ilmoitetaan yleensä siten, että numeerisesti pienempi arvo tulee ensin (Solmu 1). Ohjelman toiminnan kannalta tämä ei kuitenkaan ole välttämätöntä, mutta voi helpottaa tasaisesti jakautuneiden kuormien syöttämistä. Jotta jäykkyysmatriisin nauhamaisuutta voitaisiin tehokkaasti käyttää hyväksi, on solmujen indeksointiin kiinnitettävä huomiota. Nopean laskennan kannalta saman sauvan solmunumeroiden erotuksen pitäisi olla mahdollisimman pieni. Suurin sallittu arvo on 300, mikä johtaa jäykkyysmatriisin puolinauhan leveyteen 600. Erotuksen ollessa pienempi ohjelman ajo nopeutuu. Matemaattinen käsittely edellyttää rakenteen olevan riittävästi tuettuna. Tasoristikon kohdalla riittää, kun rakenteen kolmen vapausasteen siirtyminen on estetty. Reunaehtojen ikkunan rakenne (Geometria - Tukipisteet...):

Tasoristikko, 2009 11 (44) Tukien paikat rakenteessa määräytyvät solmuindeksien mukaan. Jokaisen tuen täytyy näin ollen olla solmukohta. Tukipisteiden solmuindeksit annetaan juoksevasti kasvavaan järjestykseen. Reunaehtojen koodit: Transx=1/Transy=1 estää tuen siirtymismahdollisuuden sekä x- että y-akselin suuntaan. Transx=0/Transy=1 tarkoittaa tukipisteen olevan siirtymätön y-akselin suuntaan. Transx=0/Transy=2 edellyttää tukijousen sijaitsevan y-akselin suunnassa. Transx=2/Transy=2 edellyttää tukijouset sekä x-akselin että y-akselin suunnissa. Tukijousien jousivakiot syötetään seuraavassa ikkunassa (Geometria - Jouset...): Tukijousia voi muun muassa käyttää vetotangolla varustetun kehäristikon analysoimiseksi. Tukipisteissä vetotanko korvataan tällöin y-suuntaisilla jousilla, joiden jousivakio k on: missä E = vetotangon kimmokerroin, kn/m 2 A = vetotangon pinta-ala, m 2 L = vetotangon pituus, m

Tasoristikko, 2009 12 (44) Korvausmenetelmä on mielekästä ainoastaan sellaisissa kuormitustilanteissa, joissa syntyy vetoa vetotangossa. 3.4 Poikkileikkaukset Ristikkorakenteen staattisessa analyysissä tarvitaan sauvojen poikkileikkauksista ainoastaan pinta-alat ja hitausmomentit. Sen lisäksi kantokyvyn laskemiseksi tarvitaan tietoja materiaalin lujuudesta ja nurjahdusluokasta. Jotta ohjelman mitoitusominaisuutta voitaisiin hyödyntää, on ristikon sauvat ryhmiteltävä sauvaryhmiin. Ryhmän tunnus on numeroarvo, joka alkaa ykkösestä. Ohjelmassa edellytetään, että uumasauvat kuuluvat ryhmään 1, ylä- ja ulkopaartet ovat parittomia (3, 5, 7...), kun taas ala- ja sisäpaarteet ovat parillisia (2, 4, 6...). Sauvaryhmien kaikkien sauvojen ominaisuudet voidaan muuttaa seuraavassa ikkunassa (Poikkileikkaukset - Sauvaryhmät...): Vaikutus mitoitettaessa: 0 Ryhmän sauvat jäävät ennalleen riippumatta sauvoissa vaikuttavista jännitysarvoista. 1 Mitoituksessa ryhmän kaikki sauvat muuttuvat samanaikaisesti ja samalla tavalla. 2 Sauvassa vaikuttavan sauvavoiman ylittäessä kestävyyden kyseessä olevan sauvan poikkileikkaus kasvaa, mutta ryhmän muut sauvat jäävät ennalleen. Sauvaryhmän tasossa tapahtuvan nurjahduksen nurjahduskerroin (Nurj. kerr.) valitaan sauvojen sijainnin mukaan. Neliöputkista valmistetuissa tavanomaisissa ristikoissa voitaneen uumasauvoille käyttää nurjahduskerrointa 0,75-1,0 ja paarresauvoille 0,9-1,0.

Tasoristikko, 2009 13 (44) Erillisten sauvojen poikkileikkausarvot syötetään pinta-aloina ja hitausmomentteina (Poikkileikkaukset - Poikkileikkaukset...) tai valitaan suoraan tekstitiedostona olevasta profiililuettelosta (Poikkileikkaukset - Ryhmän poikkil...): Muutettaessa tiettyyn sauvaryhmään kuuluvan sauvan poikkileikkausta, kaikki muut sauvaryhmään kuuluvat sauvat muuttuvat samalla tavalla, mikäli optio Ryhmän kaikki sauvat muutetaan on valittu ( ). Valinta Poikkileikkaukset - Valitut poikkil... mahdollistaa samaan ryhmään kuuluvien valittujen sauvojen poikkileikkausten samanaikaisen muuttamisen: Muutettaessa tiettyyn sauvaryhmään kuuluvan sauvan poikkileikkausta, kaikki muut sauvaryhmään kuuluvat sauvat muuttuvat samalla tavalla, mikäli optio Muutossarakkeessa oleva ruutu on valittu.

Tasoristikko, 2009 14 (44) 3.5 Materiaali BFV09-ohjelma on pääasiallisesti tarkoitettu teräsrakenteita varten. Sopivilla kimmokertoimen, ominaispainon ja mitoitusjännityksen arvoilla voidaan tutkia muista materiaaleista tehtyjä rakenteita. Materiaali-ikkunan rakenne: Omanpainon vaikutus analyysissä eliminoidaan antamalla ominaispainon arvoksi 0. 3.6 Ristikkotyypin valinta Ohjelma mahdollistaa standardiristikon valinnan, jolloin sauvojen ja solmupisteiden koordinaatit ja indeksit määräytyvät automaattisesti. Valittavissa on seuraavat ristikkotyypit (Geometria - Tyypin valinta...):

Tasoristikko, 2009 15 (44) Numeron jälkeen kirjoitettu V tarkoittaa rakennetta, jossa on pystysuoria uumasauvoja. Rakenteen geometriatietoja tarkennetaan syöttämällä mm. jänneväli, rakenteen korkeus tuella ja harjalla sekä diagonaalien etäisyydet alapaarteella: Annettujen tietojen perusteella ohjelma laskee solmujen koordinaatit sauvojen indeksit ja solmunumerot. Ohjelma antaa uumasauvoille ryhmäindeksin 1, alapaarteen sauvoille indeksin 2 ja yläpaarteen sauvoille indeksin 3. 4. GEOMETRIATIEDOSTOT 4.1 Yleistä Jotta saman rakenteen tutkiminen myöhemmässä vaiheessa helpottuisi, voidaan rakenteen geometria- ja materiaalitiedot tallentaa. Tallennettaessa ja avattaessa määritetään sekä hakemisto että tiedoston nimi. Tiedostojen avaaminen ja tallentaminen tapahtuu käyttöjärjestelmän standardi-ikkunoiden avulla. Tiedostojen nimet voidaan valita vapaasti. Merkkien lukumäärä voi kuitenkin olla korkeintaan kaksikymmentä. Jos tiedoston nimi on sama kuin hakemistoon aikaisemmin tallennetun tiedoston, saadaan seuraava varoitusteksti: Vastauksella Yes uusi tiedosto korvaa vanhan, eikä vanhaa informaatiota enää voida palauttaa.

Tasoristikko, 2009 16 (44) 4.2 BIN-tiedosto Sekä geometria- että kuormatietoja sisältävien binääristen tiedostojen lopputunnus on BIN. Käyttöjärjestelmän ollessa Windows 2000 saadaan seuraava ikkuna tallennettaessa: Koska BIN-tiedosto on binäärinen, sitä ei voida muokata eikä lukea tämän ohjelman ulkopuolella. Periaatteessa tiedoston avaaminen (Projekti - Avaa < BIN...) tapahtuu samalla tavalla kuin tallennettaessa. Windows-tyylisestä ikkunasta valitaan hakemisto, jossa aikaisemmin tallennettu tiedosto sijaitsee. Hakemistossa olevista tiedostoista valitaan haluttu. 4.3 USQ-tiedosto USQ-tiedosto on tekstimuotoinen ja voidaan kirjoittaa tekstinkäsittelyohjelmalla tai luoda CAD-järjestelmällä. Yksinkertainen esimerkki USQ-tiedoston rakenteesta: 5 4 2 1 1 2 1000 10000 1 AP 2 1 3 1000 10000 2 YP 3 2 3 1000 10000 3 V 4 3 4 1000 10000 2 YP 5 2 4 1000 10000 1 AP 1 0.00 0.00 2 2.00 0.00 3 2.00 2.00 4 4.00 0.00 1 1 1 1 2 4 1 1 270 21000 7850

Tasoristikko, 2009 17 (44) Esimerkkirakenne on kuvan mukainen. Jotta ohjelman ajo onnistuisi, on tiedoston formaatin oltava mallin mukainen. Kun ensimmäisellä rivillä ilmoitetaan solmukohtien lukumääräksi neljä (5 4 2), tiedoston täytyy sisältää neljän solmukohdan x- ja y-arvot. Tyhjiä rivejä ei saa esiintyä tiedostossa! Selitykset: 5 4 2 Sauvojen lukumäärä Solmujen lukum. Tukipisteiden lukum. 1 1 2 1000 10000 1 AP Sauva 1 Solmu 1 Solmu 2 Pinta-ala Hitausmom Ryhmä Tunnus (mm 2 ) (mm 4 ) ----- 1 0.00 0.00 Solmu 1 x-koord (m) y-koord (m) 2 2.00 0.00 Solmu 2 x-koord (m) y-koord (m) ----- 1 1 1 1 Tuki 1 Solmun indeksi Transx (0/1/2) Transy (0/1/2) 2 4 1 1 Tuki 2 Solmun indeksi Transx (0/1/2) Transy (0/1/2) ----- 270 210000 7850 Myötöraja (N/mm²) Kimmokerroin (N/mm²) Ominaispaino (kg/m 3 )

Tasoristikko, 2009 18 (44) 4.4 BFV-tiedosto BFV-tiedosto on myös tekstimuotoinen, mutta sisältää enemmän tietoa kuin USQ-tiedosto. Kuvatun viidestä sauvasta koostuvan ristikon BFV-tiedosto voi olla tämän näköinen: 5 4 2 1 1 3 1000 10000 1 AP 2 3 4 1000 10000 2 YP 3 1 2 1000 10000 3 V 4 2 4 1000 10000 2 YP 5 2 3 1000 10000 1 AP 1 0.00 0.00 2 2.00 0.00 3 2.00 2.00 4 4.00 0.00 1 1 1 1 2 4 0 1 355 210000 7850 Verrattuna USQ-tiedostoon lisäykset ovat seuraavat: Rivi 1 Ohjelman kieli (1 = Suomi, 2 = Ruotsi) Tulostuskieli (1 = Suomi, 2 = Ruotsi, 3 = Englanti, 4 = Saksa, 5 = Ranska) Rivit 2-6 Vaikutus mitoitettaessa (0/1/2) Nurjahduspituuden kerroin (1.00) Rivit 7-10 Poikittainen tuenta (0 = ei tuettu, 1 = tuettu) Rivi 13 Materiaalin osavarmuuskerroin (1,00) Pysyvien kuormien kuormakerroin (1,15) Muuttuvien kuormien kuormakerroin (1,50) Poikittaisen nurjahduksen nurjahduspituuden kerroin (1.00) Nurjahdusluokka (c) 5. KUORMITUS 5.1 Yleistä Ulkoinen kuormitus syötetään solmuissa vaikuttavina pistekuormina, sauvoilla vaikuttavina tasaisina kuormina ja tukien pakkosiirtyminä. Solmuvoimien laatu on kn, tasaisten kuormien kn/m ja tukisiirtymien mm. Kuormien ja pakkosiirtymien positiiviset suunnat yhtyvät rakennekoordinaatiston x- ja y-akselien positiivisiin suuntiin.

Tasoristikko, 2009 19 (44) Ennen kuormien syöttämistä on valittava kuormitustapaus. Kuormitustapaukset on numeroitu juoksevasti alkaen ykkösestä. Samassa analyysissä voidaan tutkia kolmekymmentä kuormitustapausta. Ellei materiaalin ominaispainoa ole nollattu, ohjelma huomioi ristikon omanpainon jakamalla sauvan omanpainon tasan sauvan molemmille solmuille. Ohjelma ei automaattisesti etsi vaarallisinta kuormitusasentoa, vaan käyttäjän täytyy itse valita analysoitavat kuormitustapaukset. Saman ajon kuormitustapausten lukumäärä on rajoitettu kolmeenkymmeneen. Jos rakennemallin sauvojen tai solmujen lukumäärää muutetaan ohjelman ajon aikana, on kuormien sijoitusta rakenteessa tarkistettava ja tarvittaessa muutettava. 5.2 Solmukuormat Solmukuormat annetaan seuraavassa ikkunassa (Kuormitus - Solmukuormat...): Ennen kuormien syöttämistä on valittava kuormitustapaus. Kuormitustapaukset on numeroitu juoksevasti alkaen ykkösestä. Ensimmäiset kuormitustapaukset voivat sisältää peruskuormia, jotka yhdistetään uusiksi kuormitustapauksiksi. Siirtyminen kuormitustapauksesta toiseen tapahtuu painikkeilla KT+ (seuraava kuormitustapaus) ja KT- (edellinen kuormitustapaus). 5.3 Tukien siirtymät Pakkosiirtymät koskevat vain ristikon tukia. Pakkosiirtyvän tuen vapausaste ko. suunnassa on kiinnitettävä. Näin ollen reunaehtojen koodi Transx = 1 mahdollistaa tuen pakkosiirtymän x-akselin suuntaan. Syöttöikkunan rakenne:

Tasoristikko, 2009 20 (44) 5.4 Tasaiset kuormat Valinnat Kuormitus - Tasainen kuorma (proj)..., Kuormitus - Tasainen kuorma (pitkin)... ja Kuormitus - Tasainen kuorma (paikall)... antavat mahdollisuuden kuormittaa rakennetta tasaisilla kuormilla. Tasaiset kuormat sidotaan tiettyihin sauvoihin ja annetaan rakennekoordinaatiston projektioina x- ja y-akseleilla (kuvan A-tapaus) tai pitkin sauvaa jakautuneena kuormana (kuvan B-tapaus) tai paikallisena kuormituksena sauvalla (kuvan C-tapaus). Ohjelma muuttaa sauvoille jakautuneet kuormat solmuihin vaikuttaviksi pistekuormiksi. Tässä ohjelmassa sauvojen taivutusta ei huomioida. Esimerkiksi valinta Kuormitus - Tasainen kuorma (proj)... antaa seuraavan syöttöikkunan:

Tasoristikko, 2009 21 (44) 5.5 BEL-tiedosto Myöhempää analyysiä varten syötetyt kuormat voidaan tallentaa tekstityyppiseen BELtiedostoon (Kuormitus - Talenna BEL...). Tiedoston rakenne: Huomautukset 2 Kuormitustapausten lukumäärä 1 Kuormitustapaus 1 1 0 0 Solmu 1 F x (kn) F y (kn) 2 0 0 Solmu 2 F x (kn) F y (kn) 3 0-50 Solmu 3 F x (kn) F y (kn) 4 0 0 Solmu 4 F x (kn) F y (kn) 1 0 0 Tuki 1 * x (mm) * y (mm) 2 0 0 Tuki 2 * x (mm) * y (mm) 2 Kuormitustapaus 2 1 0 0 Solmu 1 F x (kn) F y (kn) 2 0 0 Solmu 2 F x (kn) F y (kn) 3 0-100 Solmu 3 F x (kn) F y (kn) 4 0 0 Solmu 4 F x (kn) F y (kn) 1 20 0 Tuki 1 * x (mm) * y (mm) 2 0 0 Tuki 2 * x (mm) * y (mm) Tiedosto ei saa sisältää huomautuksia eikä tyhjiä riviä! Merkinnät: F x F y Solmussa vaikuttavan kuorman rakennekoordinaatiston x-komponentti (kn) Solmussa vaikuttavan kuorman rakennekoordinaatiston y-komponentti (kn) * x Tuen pakkosiirtymä rakennekoordinaatiston x-akselin suuntaan (mm) * y Tuen pakkosiirtymä rakennekoordinaatiston y-akselin suuntaan (mm)

Tasoristikko, 2009 22 (44) Luotaessa BEL-tiedosto tekstinkäsittelyohjelmalla tiedostoon on sisällytettävä jokaisen solmun x- ja y-akselien suuntaiset kuormakomponentit, vaikkakin komponentit olisivat nollia. Jokaisen kuormitustapauksen loppuun on myös kirjoitettava kuormitustapauksen tukien pakkosiirtymät. 5.6 BLA-tiedosto BLA-tiedosto on myös tekstityyppinen, mutta suurin osa turhista tiedoista on jätetty pois. Yksinkertainen esimerkki tiedoston rakenteesta: Huomautukset 1 Peruskuorma 1 2 0.00-0.24 Solmu 2 F x F y 3 0.00-0.86 Solmu 3 F x F y 2 Peruskuorma 2 2 0.00-1.76 Solmu 2 F x F y 3 0.00-6.21 Solmu 3 F x F y 3 Peruskuorma 3 2 4 20.00 0.00 Tuki Solmu * x * y 4 1 1.35 Kuormitustapaus 4 Peruskuorma 1 Kuormakerroin 1,35 5 1 1.15 Kuormitustapaus 5 Peruskuorma 1 Kuormakerroin 1,15 5 2 1.50 Kuormitustapaus 5 Peruskuorma 2 Kuormakerroin 1,50 6 1 1.15 Kuormitustapaus 6 Peruskuorma 1 Kuormakerroin 1,15 6 2 1.50 Kuormitustapaus 6 Peruskuorma 2 Kuormakerroin 1,50 7 1 1.15 Kuormitustapaus 7 Peruskuorma 1 Kuormakerroin 1,15 7 3 1.50 Kuormitustapaus 7 Peruskuorma 3 Kuormakerroin 1,50 Huomautukset eivät kuulu tiedostoon! 5.7 BIN-tiedosto (katso myös kohta 4.2) Materiaali- ja geometriatietojen lisäksi binäärinen BIN-tiedosto sisältää syötetyt peruskuormat ja kuormien kombinaatiot. 5.8 Peruskuormien yhdistely Valinnalla Kuormitus - Kuormitustapausten yhdistely... yhdistetään annetut peruskuormitustapaukset ohjeen EN 1990 mukaan uusiksi kuormitustapauksiksi. Ohjelmassa kuuden peruskuorman yhdistely tapahtuu seuraavasti: PERUSKUORMAT KT1 Pysyvät kuormat KT2 Lumikuorma 1+1 KT3 Lumikuorma 1+1/2 KT4 Tuuli sivulta

Tasoristikko, 2009 23 (44) KT5 Tuuli päädystä KT6 Tukipisteen pakkosiirtymä YHDISTELYT KT07 = 1,35 x KT1 KT08 = 1,15 x KT1 + 1,5 x KT2 KT09 = 1,15 x KT1 + 1,5 x KT3 KT10 = 1,15 x KT1 + 1,5 x KT4 KT11 = 1,00 x KT1 + 1,5 x KT5 KT12 = 1,15 x KT1 + 1,5 x KT2 + 0,90 x KT4 KT13 = 1,15 x KT1 + 1,5 x KT3 + 0,90 x KT4 KT14 = 1,15 x KT1 + 1,05 x KT2 + 1,50 x KT4 KT15 = 1,15 x KT1 + 1,05 x KT3 + 1,50 x KT4 KT16 = 1,15 x KT1 + 1,50 x KT2 + 1,50 x KT6 KT17 = 1,15 x KT1 + 1,50 x KT3 + 1,50 x KT6 KT18 = 1,15 x KT1 + 1,50 x KT4 + 1,50 x KT6 KT19 = 1,00 x KT1 + 1,50 x KT5 + 1,50 x KT6 KT20 = 1,15 x KT1 + 1,50 x KT2 + 0,90 x KT4 + 1,50 x KT6 KT21 = 1,15 x KT1 + 1,05 x KT2 + 1,50 x KT4 + 1,50 x KT6 Valinnalla Kuormitus - Yhdistelykertoimet... syötetään, tarkistetaan ja muutetaan kuormitusyhdistelyn kuormakertoimet. Ikkunan rakenne: Selitykset: Yhd. KT Kerroin Peruskuormitustap. KT+ KT- Avaa... Tallenna... Nollaus Yhdistettävä kuormitustapaus Kuormakerroin Peruskuormitustapausten lukumäärä Seuraava kuormitustapaus Edellinen kuormitustapaus Avaa kuormakertoimia sisältävä KKE-tiedosto Tallenna kuormakertoimet KKE-tiedostoon Kuormakertoimien nollaus Kuormakertoimet koostuvat osavarmuusluvuista ((), yhdistelykertoimista (R) ja mahdollisesta seuraamusluokan kertoimesta (K FI ).

Tasoristikko, 2009 24 (44) KKE-tiedoston rakenne (KT = kuormitustapaus, PK = peruskuorma, KK = kuormakerroin): Huomautukset 7 1 1.35 KT 7 PK 1 KK 1,35 8 1 1.15 KT 8 PK 1 KK 1,15 8 2 1.50 KT 8 PK 2 KK 1,50 9 1 1.15 KT 9 PK 1 KK 1,15 9 3 1.50 KT 9 PK 3 KK 1,50 10 1 1.15 KT 10 PK 1 KK 1,15 10 4 1.50 KT 10 PK 4 KK 1,50 ----- Huomautukset eivät kuulu tiedostoon! 5.9 Kuormien nollaus Valinnalla Kuormat - Kuormitustapauksen nollaus... ja Kuormat - Kuormitustapausten nollaus... nollataan valittu kuormitustapaus tai valittu kuormitustapausväli. 6. MITOITUS 6.1 Sauvojen mitoitus Mitoitusta varten täytyy käytettävissä olevien profiilien poikkileikkaustiedot löytyä erillisestä profiilitiedostosta (profiililuettelo). Toiminnot Sauvojen mitoitus ja Liitosten tarkistus ovat himmennetyt, kunnes profiilitiedosto on avattu. Sauvojen mitoituksessa ohjelma etsii sauvoille optimaaliset tai lähes optimaaliset poikkileikkaukset valitsemalla profiililuettelossa olevien profiilien joukosta sopivimmat. Profiililuettelo valitaan käyttöjärjestelmän ikkunan avulla:

Tasoristikko, 2009 25 (44) Profiililuettelo on yksinkertainen tekstitiedosto, jossa eri profiilien tunnukset, pinta-alat (mm 2 ) ja hitausmomentit (mm 4 ) on lueteltu: 40x40x3.0 421 93200 40x40x4.0 535 111000 50x50x2.0 374 141000 50x50x2.5 456 169000 50x50x3.0 541 195000 50x50x4.0 695 237000 50x50x5.0 814 257000 60x60x3.0 661 351000 60x60x4.0 855 436000 60x60x5.0 1010 486000 ----- Tiedoston tunnus on POI. Samassa tiedostossa voi korkeintaan olla sadan profiilin poikkilekkausarvot. Poikkileikkausluokkaan 4 kuuluvan profiilin pinta-ala ja hitausmomentti korvataan taulukossa tehollisilla arvoilla. 6.2 Liitosten tarkastelu CIDECT:in mukaan Valinnalla Mitoitus - Liitosten tarkistus < CIDECT ohjelma suorittaa liitosten tarkistuksen julkaisussa DESIGN GUIDE FOR RECTANGULAR HOLLOW SECTION JOINTS UNDER PREDOMINANTLY STATIC LOADING esitettyjen periaatteiden mukaan. Tarkistuksista suurin osa on geometrisia ehtoja liitosten paikallisten murtumismekanismien välttämiseksi. Tässä ohjelmassa tarkistusehdot merkitään kirjaimilla A-H: A: b i /b 0 # 1,0 B: b i /b 0 $ 0,1 + 0,01 x b 0 /t 0 C: b i /t i # 1,25 x %E/f y (# 35) D: 10 # b 0 /t 0 # 35 E: b i $ 0.77 x (b i +b 2 )/2) F: 0,5 x (1 - ß) # g/b 0 # 1,5 x (1 - ß) G: -0,55 # e/h 0 # 0,25 H: N i # N u jolloin b i h i t i b 0 h 0 t 0 uumasauvan leveys uumasauvan korkeus uumasauvan materiaalipaksuus paarteen leveys paarteen korkeus paarteen materiaalipaksuus ß paksuusparametri määritelty CIDECTin julkaisussa sivulla 93

Tasoristikko, 2009 26 (44) e g N i N u uumasauvojen epäkeskisyys hitsausta varten tarvittava vapaaväli uumassauvassa vaikuttava voima uumasauvan kantokyky laskettu CIDECTin julkaisun taulukossa 2 esitetyillä kaavoilla Yleensä liitokset tarkistetaan vasta ristikon mitoituksen jälkeen. Sitä ennen päävalikon kohta Liitosten tarkistus voi olla himmennetty. 6.3 Liitosten tarkastelu EC3:n mukaan Valinnalla Mitoitus - Liitosten tarkistus < EC3 ohjelma tarkastelee aktiivisen kuormitustapauksen valittu liitoskohta julkaisun EN 1993-1-8 mukaan ja ilmoittaa laskentatuloksen seuraavassa ikkunassa: Jos sauvavoimat (N Ed ) ylittävät lasketut kantokyvyt (N Ed ), ohjelma kirjoittaa *** Huomautus-sarakkeeseen. Painikkeilla Solmu+ ja Solmu- tarkastellaan seuraavaa solmua tai edellistä solmua. Painikkeilla KT+ ja KT- vaihdetaan kuormitustapaus. 7. LASKENTATULOKSET TAULUKKOMUODOSSA 7.1 Yleistä Laskentatuloksia sisältävät taulukot ovat yleensä laajoja ja ainoastaan osa tuloksista mahtuu samanaikaisesti näyttöön, mutta tulostusikkunan oikeassa reunassa sijaitsevan pystysuoran vierityspalkin avulla kaikkia arvoja voidaan tarkastella. Tulostuksen yhteydessä näytössä esiintyvät seuraavat painikkeet: OK Print... Vaihda KT... Tulostusikkunan sulkeminen Taulukon tulostus kirjoittimelle Aktiivisen kuormitustapauksen tai kuormitustapausvälin vaihto

Tasoristikko, 2009 27 (44) Kuormitustapausväli muutetaan erillisessä ikkunassa (Tulokset - Taulukot < Kuormitustapaukset...): Laskentatulosten taulukkotulostuksessa ohjelma käsittelee kaikki valitut kuormitustapaukset. 7.2 Rakenteen muodonmuutokset Valinta Tulokset - Taulukot < Solmusiirtymät ilmoittaa valittujen kuormitustapausten elementtimenetelmällä lasketut solmusiirtymät. Riippumatta kuorman luonteesta (murtorajatila tai käyttörajatila), ohjelma laskee jokaisen kuormitustapauksen solmusiirtymät, mutta ristikon mitoitusta varten ainoastaan käyttörajatilan kuormitustapaukset ovat mielekkäitä. Taulukon merkinnät: Solmu solmun numero KT kuormitustapaukset Transx rakennekoordinaatiston x-suuntaiset solmusiirtymät (positiivinen suunta oikealle) Transy rakennekoordinaatiston y-suuntaiset solmusiirtymät (positiivinen suunta ylöspäin) 7.3 Sauvojen kestävyydet Valinta Tulokset - Taulukot < Sauvavoimat ilmoittaa solmusiirtymien perusteella lasketut sauvavoimat (N) ja jännitykset (F) sekä jokaisen sauvan hoikkuusluvun (Lambda = 8),

Tasoristikko, 2009 28 (44) puristuskestävyyden (N Rc ) ja mitoitusjännityksen (f cd ). Sauvavoiman ylittäessä kestävyyden ohjelma kirjoittaa *** Huom-sarakkeeseen. Taulukon merkinnät: Ryhmä sauvaryhmän indeksi L cr sauvan kriittinen nurjahduspituus (m) Lambda sauvan hoikkuusluku KT kuormitustapaukset N lasketut normaalivoimat (kn) F sauvassa vaikuttavat normaalijännitykset (N/mm 2 ) N rc puristuskestävyys valitun mitoitusohjeen mukaan laskettuna (kn) f cd mitoitusjännitys puristuksessa (N/mm 2 ) Huom sarake, johon ilmestyy ***, sauvavoiman ylittäessä veto- tai puristuskestävyyden 7.4 Tukireaktiot Valittujen kuormitustapausten tukireaktiot (Tulokset - Taulukot < Tukireaktiot) ohjelma ilmoittaa erillisessä taulukossa. Tukireaktioiden positiiviset arvot yhtyvät rakennekoordinaatiston akseleiden positiivisiin suuntiin. Taulukon merkinnät: Solmu solmupisteen indeksi Tuki tukipisteen indeksi KT kuormitustapaukset R x rakennekoordinaatiston x-suuntaiset tukireaktiot (kn) rakennekoordinaatiston y-suuntaiset tukireaktiot (kn) R y

Tasoristikko, 2009 29 (44) Jotta rakenteen kestävyyttä paremmin voitaisiin arvioida, ohjelma laskee myös sauvojen hyötykäyttöasteet valituille kuormitustapauksille (Tulokset - Taulukot < Käyttöasteet): Taulukon merkinnät: Sauva sauvan indeksi Ryhmä sauvan ryhmäindeksi Tunnus sauvan tunnus Profiili sauvan profiili KA käyttöasteet (%) KT vaarallisin kuormitustapaus Huom sarake, johon ilmestyy *** käyttöasteen ylittäessä 100 % 7.5. Poikittainen nurjahdus Valinnalla Tulokset - Taulukot < Poikittainen nurjahdus ohjelma tarkistaa ylä- ja ulkopaarteen sekä ala- ja sisäpaarteen poikittaisen nurjahtamisvaaran valitussa kuormitustapausvälissä. Sivusuunnassa tuettujen solmukohtien sijainnin ja poikittaisen nurjahduksen nurjahduskertoimen oletusarvot voidaan muuttaa graafisessa tulostusikkunassa.

Tasoristikko, 2009 30 (44) Taulukon merkinnät: Komb sauvayhdistelmä Sauva kombinaation kantokykyä määräävä sauva Ens. kombinaation ensimmäinen sauva Viim. kombinaation viimeinen sauva Pituus sauvakombinaation pituus (m) Lambda sauvakombinaation hoikkuusluku KT kuormitustapausvälin määräävä kuormitustapaus Nc sauvakombinaatioiden suurimmat puristusvoimat (kn) Nrc puristuskestävyys (kn) Käyttöa käyttöasteet (%) Huom sarake, johon ilmestyy *** puristavan voiman ylittäessä puristuskestävyyden Sauvayhdistelmällä tarkoitetaan poikittaissuunnassa tuettujen solmukohtien välillä olevia peräkkäisiä paarresauvoja. Sauvayhdistelmät numeroidaan juoksevasti vasemmalta oikealle alkaen ulko- ja yläpaarteelta. Sivuttaistukien määrä ja tukien paikat voidaan muuttaa graafisessa kuvassa. 7.6 Ominaistaajuudet Rakenteen ominaistaajuudet saadaan valinnalla (Tulokset - Taulukot < Ominaistaajuudet): Suurissa rakennemalleissa ominaistaajuuksien laskemiseen voi kulua kymmenkunta sekuntia. 7.7 Dokumentti Valinnalla Tulokset - Dokumentti... ohjelma tulostaa tutkitun rakenteen geometria- ja materiaalitiedot sekä kuormitustapausvälin kuormitukset ja osan laskentatuloksista taulukkoarvoina kirjoittimelle. Ennen tulostusta voidaan karsia ei tarvittavia tietoja (U = tiedot tulostetaan) ja vaihtaa tulostuskieltä:

Tasoristikko, 2009 31 (44) 7.8 Liitosten kestävyydet 7.8.1 CIDECT (katso myös kohta 6.2) Ohjelma kirjoittaa seuraavan taulukon liitosten tarkastelusta (Mitoitus - Liitosten tarkistus < CIDECT): *** Epäilyttävä liitos Õ Ei tutkittu Valitun solmun yksityiskohtainen tarkastelu Taulukon tulostus kirjoittimelle Valitun solmun yksityiskohtainen tarkastelu ohjataan kirjoittimelle 7.8.2 EC3 (katso myös kohta 6.3) Valinnalla Mitoitus - Liitosten tarkistus < EC3 ohjelma tarkastelee aktiivisen kuormitustapauksen valittu liitoskohta julkaisun EN 1993-1-8 mukaan ja ilmoittaa laskentatuloksen seuraavassa ikkunassa:

Tasoristikko, 2009 32 (44) Jos sauvavoimat (N Ed ) ylittävät lasketut kantokyvyt (N Ed ), ohjelma kirjoittaa *** Huomautus-sarakkeeseen. Painikkeilla Solmu+ ja Solmu- tarkastellaan seuraavaa tai edellistä solmua. 8. GRAAFISET LASKENTATULOKSET 8.1 Yleistä Graafinen tulostus antaa havainnollisen kuvan sekä laskentamallista että laskentatuloksista. Kuvioiden perusteella voidaan helposti paikantaa rakenteen heikoimmat kohdat ja tarvittaessa vaihtaa rakenneosia. Sisäiset voimat, jännitykset, tukireaktiot ja taipumat ilmoitetaan aktiiviselle kuormitustapaukselle ja käyttöasteet valitulle kuormitustapausvälille. Kuvioita on joskus suurennettava, jotta numeroarvot voitaisiin erottaa toisistaan. 8.2 Työkalurivi Grafiikkaikkunassa on viiteen ryhmään jaettu työkalurivi, joka nopeuttaa laskentatulosten tarkastelua ja mahdollistaa näytössä olevan kuvan käsittelyn. Työkalurivi sisältää seuraavat painikkeet: Painikkeiden toiminnot: Painike Toiminto Ryhmä 1 Ohjelmanajo lopetetaan

Tasoristikko, 2009 33 (44) Näytössä olevan kuvan tulostus kirjoittimelle Fontin tilapäinen vaihto Ryhmä 2 Suurennuskerrointa kasvatetaan Suurennuskerrointa pienennetään Näytössä olevaa rakennetta suurennetaan Näytössä olevaa rakennetta pienennetään Voimakas suurennus Voimakas pienennys Paluu näytön alkuperäiseen kuvaan Näytössä oleva kuva siirretään vasemmalle Näytössä oleva kuva siirretään ylöspäin Näytössä oleva kuva siirretään alaspäin Näytössä oleva kuva siirretään oikealle Ryhmä 3 Seuraava kuormitustapaus Edellinen kuormitustapaus Kuormitustapauksen valinta Kuormitustapausvälin valinta Teksti näkyviin/näkyvistä Sauvojen värit määräytyvät jännitystason ja käyttöasteen mukaan Ryhmä 4 Rakenteen muodonmuutos Sauvavoimat

Tasoristikko, 2009 34 (44) Sauvoissa vaikuttavat jännitykset Sauvojen käyttöasteet Eri graafisten kuvien samanaikainen näyttäminen Sauvojen suurimmat vetovoimat Sauvojen suurimmat puristusvoimat Poikittaisen nurjahduksen tarkastelu Valitun liitoksen tarkastelu CIDECT:in mukaan Valitun liitoksen tarkastelu EC3:n mukaan Ryhmä 5 Rakenteen solmujen ja sauvojen indeksit Aktiivisen kuormitustapauksen solmukuormat Sauvaryhmät 8.3 Näppäimet Näytössä olevien graafisten kuvioiden sijainti ja suurennuskertoimet voidaan ohjata sekä näppäimistöllä että hiirellä. Näppäinkombinaatioilla seuraavat toiminnot ovat käytettävissä: Skift ja Page Up Skift ja Page Down Alt ja Alt ja Alt ja w Alt ja v Alt ja Page Up Alt ja Page Down Hiiren pyörä Näytössä oleva rakenteen kuvaa suurennetaan Rakenteen kuvaa pienennetään Näytössä oleva kuva siirretään ylöspäin Kuva siirretään alaspäin Kuva siirretään vasemmalle Kuva siirretään oikealle Suurennuskerrointa kasvatetaan Suurennuskerrointa pienennetään Rakenteen kuvaa suurennetaan tai pienennetään

Tasoristikko, 2009 35 (44) 8.4 Kuviot Yleensä kuvioiden numeeriset arvot näytetään, mutta suurissa rakennemalleissa kuvioita on yleensä suurennettava, jotta numeroarvot voitaisiin erottaa toisistaan. Työkalurivin painikkeilla voidaan suurentaa, pienentää ja siirtää graafista kuviota. Päävalikon vaihtoehdolla Asetukset voidaan tietyt arvot näyttää tai jättää näyttämättä: Kuviot Näyttö < Voimien kuvaajat sauvoja pitkin näkyviin/näkyvistä Näytön tarkuus Napsauttamalla painikkeella näytössä oleva kuvio siirretään kytketylle kirjoittimelle. Periaatteessa paperikopio on samannäköinen kuin näytön, mutta käytännöllisistä syistä voi esiintyä pieniä poikkeamia. Fontin tyyli ja suuruus voidaan tilapäisesti muuttaa painikkeella. Muutos tapahtuu käyttöjärjestelmän standardi-ikkunan avulla. Fontin väriä ei voida muuttaa. Painikkeella saadaan samanaikaisesti useita kuvioita näyttöön. Yhdistely tapahtuu seuraavassa ikkunassa: Jos samanaikaisesti näytetään kaikki vaihtoehdot, näytössä oleva kuvaaja tulee sekaiseksi. On sen vuoksi suositeltavaa, että ainoastaan tarvittavat kuviot ovat aktiivisia. Valinnalla Tulokset - Grafiikka < Muodonmuutos ohjelma piirtää taipuneen rakenteen muodon. Muodonmuutosten tarkastelu on mielekästä ainoastaan käyttörajatilan kuormitustapauksissa.

Tasoristikko, 2009 36 (44) Rakenteen muodonmuutos: Tarvittaessa näyttöön saadaan solmujen vaakasuuntaiset ja pystysuuntaiset siirtymät näppäimellä. Arvojen suuresta lukumäärästä johtuen kuviosta voi tulla sekava. Kuvion oikeassa yläreunassa ohjelma kirjoittaa materiaalitietoja ja omanpainon kuormakertoimen (yleensä 1,15 murtorajatilassa ja 1,0 käyttörajatilassa): Napsauttamalla kerran tekstille Omanpainon kuormakerroin voidaan kerrointa muuttaa. Toinen napsautus sulkee syöttöruudun. Rakenteen ominaispaino muokataan samalla tavalla. Valinnoilla Tulokset - Grafiikka < Sauvavoimat, Jännitykset ja Käyttöasteet saadaan aktiivisen kuormitustapauksen sauvavoimat ja jännitykset sekä kuormitustapausvälin sauvojen käyttöasteet näyttöön. Näin ollen sauvavoimat ja jännitykset koskevat yhtä kuormitustapausta ja käyttöasteet yleensä useita kuormitustapauksia. Sauvojen lukumäärän ollessa suuri kuviota on suurennettava, jotta numeroarvot voitaisiin erottaa toisistaan. Ohjelma ilmoittaa erikseen, jos jossakin sauvassa laskettu sauvavoima ylittää sauvan kestävyyden.

Tasoristikko, 2009 37 (44) Sauvojen käyttöasteiden graafinen tulostus: Visuaalisesti saadaan parempi kuva sauvojen käyttöasteesta värittämällä sauvat painikkeella vallitsevan jännitystilan mukaan: Valinnalla Tulokset - Grafiikka < Poikittainen nurjahdus ohjelma tarkistaa paarteiden poikittaisen nurjahduksen. Näytössä näkyvät arvot ovat sauvayhdistelmän indeksit ja hyötykäyttöasteet poikittaista nurjahdusta vastaan. Nurjahduspituutena ohjelma käyttää poikkisuunnassa tuettujen solmupisteiden väliä kerrottuna poikittaisella nurjahduskertoimel-

Tasoristikko, 2009 38 (44) la. Hyötykäyttöaste määräytyy yhdistelmän heikoimman sauvan mukaan. Ohjelma numeroi sauvayhdistelmät juoksevasti vasemmalta oikealle alkaen ulko- tai yläpaarteelta. Poikkisuunnassa tuetut solmukohdat piirretään punaisina renkaina. Poikittaistuet poistetaan tai lisätään pitämällä kohdistin solmun kohdalla ja napsauttamalla oikeanpuoleista hiiripainiketta. Poikittaissuuntainen nurjahduskerroin voidaan muuttaa napsauttamalla kerran tekstille Poikitt. nurjahduskerr. Toinen napsautus sulkee syöttöruudun. 9. ERIKOISTOIMINNOT Indeksointi Pitämällä kohdistin rakenteen solmun kohdalla ja napsauttamalla oikeanpuoleista hiiripainiketta, ohjelma näyttää solmukohdan x- ja y-koordinaatit:

Tasoristikko, 2009 39 (44) Rakenteen muodonmuutos Pitämällä kohdistin rakenteen solmun kohdalla ja napsauttamalla oikeanpuoleista hiiripainiketta, ohjelma näyttää aktiivisen kuormitustapauksen solmun vaaka- ja pystysuuntaisen siirtymän: Sauvavoimat Jännitykset Pitämällä kohdistin rakenteen sauvan keskellä ja napsauttamalla vasemmanpuoleista hiiripainiketta ohjelma näyttää aktiivisen kuormitustapauksen sauvan sauvavoiman, vallitsevan jännityksen ja mitoittavan puristusjännityksen: Käyttöasteet Pitämällä kohdistin rakenteen sauvalla ja napsauttamalla vasemmanpuoleista hiiripainiketta ohjelma näyttää sauvan profiilikoon (mikäli mitoitus on suoritettu), sauvan pinta-alan, hitausmomentin, valitun kuormitustapausvälin käyttöasteen ja suurimman sauvavoiman. Sauvan profiili voidaan vaihtaa toiseksi valitsemalla uuden profiililuettelosta.

Tasoristikko, 2009 40 (44) Liitoksen tarkastelu CIDECT:in mukaan Liitoksen tarkastelu EC3:n mukaan Pitämällä kohdistin rakenteen solmulla ja napsauttamalla vasemmanpuoleista hiiripainiketta ohjelma suorittaa kyseessä olevan nurkkaliitoksen tarkistuksen ja näyttää laskentatuloksen laskettu joko CIDEC:in tai EC3:n mukaan. CIDECT Solmun sauvakokoja voidaan vaihtaa painamalla Muutos-painiketta. Solmusta toiseen siirrytään painikkeilla Solmu+ ja Solmu-.

Tasoristikko, 2009 41 (44) EC3 10. LASKENTAMENETELMÄ 10.1 Yleistä BFV-ohjelmiston matematiikka perustuu elementtimenetelmään. Tutkittava rakenne jaetaan osiin, elementteihin, joiden oletetaan liittyvän toisiinsa teoreettisissa pisteissä, joita sanotaan solmupisteiksi tai lyhyesti solmuiksi. Kuormitetun rakenteen solmupisteiden siirtymät ovat staattisen tehtävän tuntemattomia suureita. Jokaiselle solmupisteille annetaan tietyt vapausasteet, jotka kuvaavat staattisen mallin siirtymismahdollisuutta. Vapausasteiden lukumäärä määräytyy tutkittavan rakenteen perusteella. Rakenteen geometria ja materiaaliominaisuudet antavat elementeille tietyt jäykkyysominaisuudet. Koko rakenteen jäykkyys määräytyy erillisten elementtien jäykkyyksien summana. Kun rakennetta kuormitetaan, voidaan laskea siirtymät, koska rakenteen jäykkyys on tunnettu. Siirtymien avulla saadaan rakenneosien sisäiset voimat ja jännitykset. 10.2 Menetelmän vaiheet Elementtimenetelmä sisältää seuraavat päävaiheet: a) Rakenne jaetaan elementteihin, jotka liittyvät toisiinsa solmukohdissa. b) Rakenteen jokaiselle elementille muodostetaan jäykkyysmatriisi. c) Koko rakenteen jäykkyysmatriisi muodostetaan elementtien jäykkyysmatriisien summana. d) Ulkoisten kuormien perusteella muodostetaan voimavektori. e) Saatu yhtälöryhmä ratkaistaan ottaen huomioon reunaehdot, jolloin staattisesti määräämättömät solmusiirtymät määräytyvät.

f) Solmusiirtymien avulla lasketaan solmuissa vaikuttavat sisäiset voimat. Tasoristikko, 2009 42 (44) Rakenteen jäykkyysmatriisi kuvaa ulkoisten voimien ja solmusiirtymien välistä yhteyttä, muodollisesti kirjoitettuna: jolloin K = rakenteen jäykkyysmatriisi U = tuntemattomia solmusiirtymiä sisältävä vektori P = voimavektori 10.3 Elementtityyppi Tässä tietokoneohjelmistossa käytetään kaksisolmuista sauvaementtiä, jossa jokaisessa solmukohdassaan on kaksi vapausastetta: vaaka- ja pystysuuntaiset translaatiot. Ohjelmisto olettaa translaatioiden olevan positiivisia rakennekoordinaatiston positiivisiin x- ja y- akseleiden positiivisiin suuntiin. Sauvaelementin vapausasteet rakennekoordinaatistossa, siirtymät (u 1, u 2, u 3 ja u 4 ). 10.4 Indeksointi Jotta jäykkyysmatriisi voitaisiin muodostaa, on jokainen solmukohta numeroitava. Solmut numeroidaan juoksevasti (1, 2, 3...). Eri elementtien tunnistamiseksi niillekin on annettava juoksevat indeksit (1, 2, 3...). Tukipisteet numeroidaan myös juoksevasti (1,2...). 10.5. Jäykkyysmatriisit Ohjelmisto muodostaa kaikille palkinosille jäykkyysmatriisit paikallisessa koordinaatistossa. Paikallisilla koordinaatistoilla on origo palkinosan ensimmäiseksi annetussa solmukohdassa (palkinosan vasemmassa päässä) ja x-akseli palkinosan akselin suuntaan. Muodostamisen

Tasoristikko, 2009 43 (44) yhteydessä ohjelma yhdistää palkinosien jäykkyysmatriisit heti koko rakenteen jäykkyysmatriisiksi. 10.6 Kuormavektori Elementtimenetelmällä laskettaessa saavat ulkoiset kuormat vaikuttaa ainoastaan solmupisteissä. Pitkin elementtiä vaikuttavat kuormat korvataan solmuissa vaikuttavilla kuormilla. 10.7 Reunaehdot Muodostettu jäykkyysmatriisi on singulaarinen eli sillä ei ole käänteismatriisia. Matemaattisesti tämä merkitsee sitä, että siirtymille ei saada määrättyjä arvoja. Jotta matriisi voitaisiin kääntää, on reunaehtoja oltava vähintään niin monta, että kaikki jäykän kappaleen liikkeet on estetty. Reunaehdolla tarkoitetaankin sitä, että tietty solmu (tukipiste) ei voi siirtyä määrätyn vapausasteen suuntaan. 10.8 Yhtälöryhmän ratkaiseminen Reunaehdot huomioon otettuina käännetty matriisi kerrotaan ulkoisista kuormista muodostetulla voimavektorilla, jonka jälkeen solujen siirtymät ja solmuvoimat voidaan ratkaista. Sauvoissa vaikuttavat normaalivoimat lasketaan statiikan tavallisten sääntöjen avulla. 11. OHJELMAN RAJOITUKSIA - Rakennemallin solmuja voi olla enintään kolmesataa ja sauvoja kuusisataa. - Sauvaryhmien lukumäärä on rajoitettu kuuteenkymmeneen. - Tukipisteitä voi olla korkeintaan kolmekymmentä. - Samassa ajossa voidaan tutkia kolmekymmentä kuormitustapausta. - Kaikkien sauvojen materiaaliominaisuudet ovat samat. - Sauvalla on sama poikkileikkaus koko pituudeltaan. - Rakennemallin kuormat sijaitsevat ristikon tasossa ja vaikuttavat solmupisteisiin. - Rakenneanalyysissä ei huomioida toisen kertaluvun vaikutusta. 12. VASTUUVAPAUSLAUSEKE Tämä tietokoneohjelma on tarkoitettu apuvälineeksi ristikkorakenteiden staattiselle mitoitukselle. Käyttäjällä tulee olla perusteellinen ymmärrys elementtimenetelmästä ja menetelmän soveltuvuudesta ja rajoituksista. Ohjelmistolla ei saa korvata ammattitaitoisen suunnitteluinsinöörin käyttöä. Koska ohjelmiston sovellettavuusolosuhteet ovat kehittäjän vaikutusmahdollisuuksien ulkopuolella, ohjelmiston tietojen oikeellisuutta yksittäisissä sovellettavuustapauksissa ei voida taata. Ohjelmiston kehitystyössä on käytetty yleistä tietoa rakenteiden mekaniikasta ja elementtimenetelmästä, mutta ohjelman kehittäjä ei ole