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部材の座屈および破断を考慮したトラス構造の崩壊解析

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NII-Electronic Library Service

 

I

UDC :624

074 :624

042 日本 建 築 学 会 構造系論 文 報 告 集 第396 号

1989 年 2 月

部 材

お よ

破 断

考慮

崩壊解析

正 会 員 正 会 員

和    田

久 保 田

* *

 

1.

 

般 的

鉄 骨 複 層 立 体 ト

ラス

構 造

設 計

い て は

設 計 荷 重

する

弾 性 応 力 解 析 結

果 を 用い た

許 容 応 力 度

設 計 が 行

ている

と 考

え る

こ の

場 合

材 断

接 合 部

設 計

に お

安 全 率

設 計 者

判 断

に よっ て

な ると

わ れ るが

く の

場 合

圧 縮

では

部 材

全 長 を座 屈 長 さと

し た

許 容 応 力 度 設 計

張 材

接 合 部

に おい ても

許 容 応 力 度 設 計

い ら れ

さ を 母

より

くす る

わ れて いると

え る。

板 状

層 立

ト ラスにつ いては 全

体 的

不 安

題 と

な ら ないので, こ の よ う に

部 材

設計

中 心 と

なる

球 形

円 筒 形

の ト ラス

構 造

で は

単 層

ま た は せいの

さ な

複 層

ト ラス が

使

わ れ る た め,

座 屈

部 分 座 屈

す る

安 全 確 認

わ れ る

し か し な が ら,

許 容 応 力 度 設 計

によっ て

られ た

トラス

造 全

ま た は

計時

に お いて

不 明

の ま ま で あ り,

トラス

静 定 次

い か ら

い う

定 性 的

方 を定 量 的

把 握

す る た め に も,

組構

設計

わ れ てい るよ うに, その

終 局 時

に おけ る

注 目

し た

検 討 を 行

必 要

が あると

える

  大

き な

重 を

け た

立 体

トラ ス の

終 局 的

挙 動

につ い て は

部 材

破 断

あ るいは

接 合 部

破 壊

金 体

ま た は

部 材

屈 に

う 不

安 定

お よ

これ ら す べて の

的 現 象

が 影 響 を

ら につ いて は

2 .

るよ うに理

論解析

数値解析

実験

に よる

わ れ てい る が

実 際

設 計

の過

に おいて

ト ラス の

全 性 を

認 す る た めの

段 と して

い ら れて いる と は

え ない。 ま た

年 立 体

ト ラス

構 造

壁状 構造

あ るい は

搭状構造

な ど

鉛 直

構成

構造

と して も

い ら れ る よ うになっ て い る。 この よ う な

構 造

耐 震 設

す る た めには

ほ かの

骨組 構 造

同 様

トラス

構 造

挙 動

状 態

まで

解析

す るこ と が 必

と なる

  本 研 究

で は

立 体

ト ラ ス と し て の

安 定 問題

お よび

部 材

* 東 京 工 業 大 学   助教 授

工博 # 東 京 工 業 大

学  

学 院

生   (昭 和 63年3月10日 原 稿受理) の

座 屈

あ るい は

接 合 部

破 壊

全 体

す 影 響

調

べ る ため これら の

複 雑

現 象 を

3

以 下

べ る

よ う

単 純 化

大 荷 重 を受

ける

ラス

構 造 全 体

挙 動

を静 的

追 跡

す る

方 法 を提 案

,3

つ の

題 を

数 値 解 析

し そ の

適 用 性 を 示

解 析 手 法

筆 者

ら1 ,が

発 表

し た

料 非 線 形

幾 何 学 的 非 線 形 を考 慮

し た

3

次 元

ト ラス

解 析 法

応 用

部 材

軸 カ

軸 伸 縮

弾 塑

性 座 屈

考慮

で きる よ

改 良

し た もの

を用

い る

  3

単純 化

っ て いる た め

本 研 究

い てい る

手 法

適 用 範 囲

以 下

の よ うになると

え る

 

A

) 解 析 対 象

各 部 材

の両 端

ンとみな すこ と がで き る

と考

え ら れ る ト ラス

造 物

限 定 す

る。

各 部

両 端 部 を剛

接 合

し た

トラス

の よ うに

剛 接

効 果

影 響

には 適

で き ない

 

B

3

2

お よ

Appendix

 

1

部 材

軸 力

軸 伸 縮 と

関 係 を表

現 す る

田Z♪

提 案

し た

関 数

適 用

範 囲

制 限

か ら

両 端

ピン

合 と して

め た

使 用 部 材

細 長 比

50

か ら

80

程 度

の もの に 限

す る

 

2.

既 往

研 究

よび 本 研 究

方 法

  2

1

研 究

 

トラス

解 析

く か ら

くの

研 究 者

っ て い るの で そのすべ

紹 介

を す ること は

不 可 能

る。 こ こ で は

最 近

研 究

か ら

代 表

な もの を

す。

 

ら3}

5)

げ を

考慮

し た

部 材

座 屈 荷 重

か ら

視 的 な 有 剛 性 あ

るい は

有 効 強

め るこ と を

し た

らe〕

7) は ね じ 込 み

立 体

トラ ス

実験

およ び

解 析

接 合 部

大 き さ

回転

耐 力

に及 ぼ す

影 響

検討

し た。

 

鈴 木

SL9] は

筒 ト

ラ ス シェ ル の

非 線 形 挙 動

解析

あ るいは

剛 接 度 を

評 価

し た

ラス モ

ル によ り

っ た

ま た

鈴 木

小 河

ら1°}

12}は

角 錐 集

合 要 素 を用

い て

個 材 座

塑 性 化

し た

解 析

部 材座 屈 後

荷 重 変 形 関係

表 現

で き ること を

し た。

 

ら13)

軸 方 向

お よ び

端 部

弾 塑 性 を考 慮

し たモデル によ り

単 層

トラ ス

球 殻

弾 塑 性 解析 を行

っ た

ま た

ら14) , ピン

接 合 単 層 ト

ラス

ムの

座 屈

一 109一

N工 工

Eleotronio  Library  

(2)

す る

や 形

初期

不 整

ぼ す

につ い て

考察

し た。

  半 谷

ら15 }は

剛 接 合 低

球 形

スペ

ス フ レ

ムを

対 象

続 体 置

換 法で評 価 し た 座 屈

荷 重

直 接 法

幾 何 学

的非線

考慮

して

めた もの と

比 較

し た

 

田 ら16, は

剛 接

トラス か ら なる

単 層 球 殻

実 験

び解

全 体 座

荷 重

比 較

し た

  Toader

ら1ηは

げ を

考 慮

し た

部 材

い て

端 部

回転 拘

影 響 を調

べ た。

  Smith

]8,

座 屈

考 慮

し た

部 材

い て 二

の トラス

搆 造 物

解 析 を 行

部 材 座 屈 後

の ダクタ

ルな

性 状

せ ること を

し た。

  Rashed

ら]9}

げ を

考 慮

部 材

力 を

曲 げ

メ ン

関 数

と お くこと に よ り

複 層

ト ラス シェ ル の

解 析

っ た。

  Madi

ら20 ]

ン接 合 ト ラス

造 物に 塑

した

部材

を用

2

板 ト

ラ ス お よ び

鉄 塔

材 座 屈

による

崩 壊 解 析 を行

っ た。

 

Collins

ら21)は

げ を

考 慮

し た

部 材

い て

2

層 平

トラ ス の

座 屈 解 析

部 材 端 部

の固

定 状

態の違い に

性 状

変 化

検 討

模 型 実 験

比 較

し た。

 

McConnel

らnL23 }

3 節点

梁要素

を用

イ ズ

の シェ ル の

座 屈 性 状

につ い て

検 討

し た。

  な

本 論 文

上 げ

て いる

部 材

破 断

ラ ス

構 造 物

崩 壊 現 象

っ た

研 究

見 当

た ら な かっ た

 

2.2

  (1 ) 本論文

で は

析 上

最 小 単 位 を

1

1

ラス

部 材

とする

部 材

独 立

うこ と は

任 意 形 状

の ト ラス

構 造 物

して

適 用

で きる

部 材

1

1

把 握

でき

塑 性 化

あ るい は

な ど の

非 線 形 性

入 が

容 易

であ る という

トラスの

性 質

連 続

性 質

のア

ロジ

して

トラス を運

続体

す る

れ てい る と

え る

々 の

部 材

独立

方 法

い ること は

知 数

増 大

す る とい

う問 題

が あ る が,

では

計算機

に よ り, こ の

しつ つ あ る と

え ら れ る

む し ろ,

単純

いとい

こと は

今後

ま す ま す

般 的

にな るで

あ ろ う

コ ン

タの

利 用

に は

して い ると

え る。

  (2 ) 本

論 文

で は

軸変

形 との

関 係

ご とに

独 立

トラス全

動 を あ る

程 度 簡

解 析

す ること が 目

る た め,

材 両 端

は ピン

接 合

さ れ てい る と

え る

部 材 間

剛接 合

さ れ てい ると

部 材

座 屈 現 象 を周 辺

部 材

きと

同 時

解 析 す

方 法

が 実 際 現 象 を表 す

には

厳 密

る が

部 材 を

3

次 元

と して モデル

化 す

必 要

じ る。 こ の

厳 密

方 法

適 用

す る た め に は

非 常

くの

計 算

量 が 必

と な る

一 110 一

筆 者

ら はス

コ ン ピュ

タの

利 用 を前 提

とし て こ の

方 法

に よる

値 解

論 文

とし て

発 表

ag〕 であ る

 

3.

解 析

 3

1

 

1〕

 

部 材 剛 性

マ ト リッ クス は

大 変

影 響

し た

理 論

に よ る

1

部 材

増 分 形

のつ り

方 程 式 と

し て

力の影 響 を

考 慮

し た

1 )

す もの を 用い る

部 材

部材両端 節

間 距 離

り,

部 材軸 力

いる

部 材

伸 縮 量

両 端

節 点

最 新

座 標

か ら

め た 長 さ と

長 さ との

に よっ て

す る

り  

  エ   シ   き

み ぬ

ゐ       κ κ

00

     

〇 〇 △ UtrAu ‘s ムu‘zAtt 丿工 △ Uiy △ u,z

0

     

0

   

− K

   

O

     

O

N

L

     

O

 

o

   

N

L

  O        O

N

L

   

O

 

O

   

N

L

OO

〇 〇 (

10KOo

1WL

   

O

 

O

    司

v

L

 

O

     

O

1

L

     

O

  o     

N

L

…一 一 ・

…………一

1

こ こに,

i

, 

j

は節 点 番 号

, 

x

, 

y,

 z は

局 所 座 標

x

部 材 軸 上

に と り

〃2

座 標

は コじ

直 交 す

面 上

にとる

そ の

記 号

意 味

以 下

  

1f

外 部 節 点 力

 

IAut

収 束 計 算 中

増 分 変 位

   K

材 料

断 面 形

長 を

部材

     

か ら

柴 田

t〕の

いた

式 に よっ て

め られ

     

剛性 (

3.

2

お よ

Appendix

 

1 )

   

L

直 前

収 束 計 算

結 果

か ら

め られ る

最 新

     

点 位

か ら

めた

部 材 長

  

N

直 前

収 束 計 算

結 果

ら求 め ら

れ る

最 新

     

力 (

これ

で の

部 材

伸 縮

履 歴

ら柴 田

2

        導

い た

関 係 式

に よっ て

め ら れ る

 求

っ た

部 材

のつ り

方 程 式 を組

全 体

つ り

方程

式 と

し て

連 立

1

次 方 程 式

得 ら

れ る

これ

を解

くことに よっ て

変位

め られ,

非線

解析

を進

め ること がで き る。

詳細

1

と同

じ で

りこ こでは

省 略

す る

 

3

2

屈 を

考 慮

した

部 材 特 性

  部 材

軸 力

部 材

軸 方 向

み お

軸 力

か ら

ま る もの と す る。 この

関 係

関 数

と して

柴 田

2 ;が

し た 理

を 用い る

現 象

は 圧

縮 変

力 低 下

する

 

この

関 数

鉄 骨 構 造

筋 違

解 析

の た めに

かれ た

の では あ る が

式 展 開 が 明

であ り,

屈 発

生 荷 重 あ

(3)

NII-Electronic Library Service

いは

座 屈

挙 動

な ど が

簡 単

せ る た め トラス

構造

に も

有効

であ る と

える

外 力

方 向

す る

場 合

ち ろ ん

外 力

1

方 向

調

作 用

す る

っ て

部 材

屈 あ るいは 塑

し た

場 合

そ の

辺の

部 材

の ひ

みの

進 行

は必

し も

単 調

であ る と は

らな い。 その た め,

で は

り返 しの

履 歴

で き るモ デル

を 用

い る

  部材

座 屈

進 行

し て いる

場 合

に は

伏 域

の進 展に

っ て

軸 方 向 外

へ の

変 形 増 大 が 原 因

軸 力 が 低

す る。 これ は

け 上

剛 性

と な ること

を示

してい る

こ こ で用い て いる

閧 数

座 屈 進 行 時

に は

の剛

と な る

Appendix

 

1

参 照 )

 

座 屈

進 行

して いる

部 材

につ い て は こ の

(1 )

に よ り

要 素 剛 性

マ ト リック ス を

め る

この

よ う

に して

め た

要 素 剛 性

マ ト リッ クス を

み 立て て でき

がっ た

全 体 剛 性

トリ

ックス は

正 値 性

保 証

さ れ ない。

本 論 文

で は こ のマ ト リック ス

を係 数

とする

連 立

次方

程 式

解 法

と して

軸 選 択 を行 う

ガ ウス

消 去 法 を

用 い,

てい る

  3

3 

部 材 破 断

解析

方 法

 

本 論 文

で は ト ラス

両 端

が ピン

接 合

さ れて いる

軸 力

軸 変 形

関 係

だ けでその

力 学 的性 質

えて い る

そのた

部 材 破 断 お よ び接 合 部 破 壊 を 区 別

初 期 部 材 長

する そ の

時 点

部材

と して

定義

さ れ るひ

みが

破 断

を超

えた と きに

破 断

発 生

す る

の と し

破 断 直後

瞬 間 的

負 担 軸 力

が ゼロにな る と

える

 

こ の

よ う

に モ

し た

場 合

, 図

一1

A

の よ う に

な ひ

み の

変 化

し て

き な

応 力

じ る。 こ のた め,

収 束 計 算

によっ て もつ り

ま ら ない こ と が

発 生 す

る。 こ の

解 決 法

と し て,

下の

手 法

1) を

す る

1

B

 

1

°

) 破 断ひずみ を 超 えた

部 材

存 在

す る

場 合

, そ れ σ

断ひずみ

ir

      ]

     

小 ひ

み 図

1

A

部 材の破 断によ る大き な応 力 変 動 σ

破 断

   ■

弾 性 剛

性で戻 る 塑 性 剛 性で進 行 する δ 図

1

B

) 階 段 状 除 荷 まで と

き に わ

か に

全 体 荷 重

除 荷

す る

 

2

°

 

しか る

加 力

方 向

載荷

す る。 こ の

破 断

を経 験

し た

部 材

除 荷

さ れ た

応 力

す る ように

塑 性 剛 性 を用

い る

  最 終 的

破 断

し たと

判 断

さ れ た

部 材

軸 力 を

ゼロ と す る まで

1

°

−2°

手 順 を繰

返 す

  3

4 加

 

幾 何 学 的 非 線 形の影 響によっ て生じ る

不 安 定 状

態お よ

外力低

挙動

た なパ ラメ

導 入 す

24)

,Riks25

〕 な どの

方 法

解 析

に より追

可 能

である。 しか し,

部 材

座 屈 や 破 断によ る 急 激 な

態の

変 化

へ の

は 困

で あ る

この よ う な

に は

,一

つ の

節 点

量 を

制御

す ることに より

追 跡

する こ と が

通 常 行

わ れ る

しか し

この方 法で は

各 節

点の

反 力 )

分 担

想で き ない。

  本

論 文

で は

点 間

っ た ま ま

節 点

変 位

を 制 御 す る 須

ら2fi}の 方 法

Appendix

 

2

を 用

い る

 

4,

析例

 4

1

大 変 形

こす

構 造 物

 

大 変 形

領 域

での

解 析 例

と して

2

示 す

ス パ ン 且0 11 13         43

3m                   q3

3m       25m        25m  

1

=’

e

e=

N

 

s

2

  解 析 例1

単 層 立 体 トラ ス構 造 P [10

5EA ] E 80 ・

   

ε

     ■

.一

      δ 600 4Do 20 囗

 

A

 

B

   

D δ[所} 口O    C  5

0      10

o F 図

3

荷 重

変 位 関係

111

N工 工

Eleotronio  Library  

(4)

100m

, ラ

8.

216

 m の ピン

接 合 さ

れた

単 層 立 体

トラ ス

構 造 を扱

う24;

2T )

部 材

べ て

料 (

ヤン

グ係

E

断 面 (

断 面 積

4

か ら

材 座 屈

じ ない

の と す る。

 

荷 重

中 央

1

だ けの

変位

制御

す るこ

させ δ

13m

まで の解

っ た

3

1

δとこ の

に お ける

荷 重

P

と の

関 係

す。

 

この 図

A − F

お け

変 形

軸 力

4

に示 す

こ の

形 図は図

2

11

4

1

2

13

お よ び

軸 力 を 表

した

の で あり

δ

 

P

3

あ る

 

本 解

果 は

Tachibana2

’)

っ た

解 析

と よ く

して いること

を確

i

して ある

  4

2

平 面

トラス

構 造

 

この

一5

すス パ ン

14m

せ い

3m

グ リッ ド

7

単 純 支

され た

トラ ス

構 造 物

しい

荷 重

作 用 す

る よ

変 位

制 御

す るこ と によ り

載 荷

し た

場 合

解 析

した もの であ る

1

使

し た

材 料

性 質

一2

面の性 能 を それ ぞ れ

こ の

では

下 弦

斜材

つ か

ご とに

の を

使 用

し た

こ こ では それ ぞ れ の

細 長 比

がほ ぼ

にな る よ うに

面 を

めた

 

6

荷重

P

下 弦

ほ ぼ

中 央

点 (

5

にお け る

力 方 向 変 位 と

関 係 を示 す

,,

 

こ の

で は

上 弦 材  

最 初

座 屈

つ い で そ れ に

す る

上 弦 材

   

座 屈

した。 その

下 弦 材

 

が 降 伏

し た

と き

最 大 耐 力

と なっ た。 これ

以 降

や かに

荷 重

低 下

し てゆ く。

むにつ れ

何 剛

影 響

で わ

か に

荷 重

増 加

す る。 さ らに

形 を

さ せ る

中 央 下 弦 材

 

の ひ

み が そ の

破 断

み と な り

急 激

低 下 す

これ

以 降

座 屈

し た

部材

大 変形後

存 耐

力 を

ほぼ

定 と し

て いる た め

し な く なる。

 

7

中央

弦 材  

中 央

弦 材

 

お よびそれに

す る

上 弦 材  

軸 力

変 化 を示 す

縦 軸

に は そ れ ぞれ の

軸 力

降 伏 軸 力

対 す

を と り,

横 軸

は 図

一6

1

料定数

         

4

   

   

2      

鹽1

5七 10

   

32t          A   δ=0

8 P=3

15 ;3 弾 性 剛 性 2100L/c旧1 愬 性 剛 性 21t/cm

降 伏 点 24t /cm

,。.

2

  断 面 性 能 (平 面 トラ ス)

   

8m

        B δ=1

9P

0

06

        C δ

3

O  P

2

76

        D δ

q

OP

0

00

        E δ

10

5P

88

65

… gt         F  δ

13

O P

2

80 図

4

 変

形お よ び

軸力

P

6P 一

201102001101102DO

一       単 位 :cm 図

 

解析

2

平 面トラス uler 面 別 材[c閉] 断 面 積 [c陽2]     2   

       4

靭 長 比 上弦材 200

012

26 146

057

i】62

57 下 弦 材 200

0L2

26 146

057

臼62

57 斜   材 360

630

13 952

o54

142

lo つ か 材 300

0 且9

13 438

σ 62

702

20 δ [Om 】  1    

40

10   C

 

 

 

@

一 B    

I

図一

6

1

) 荷重一

贈 靉

@

  

1<TAB><TAB><TAB>

  . @ 1<TAB>0<TAB>0<TAB>

 

 

   1− 一

w

    1<TAB>

:f<TAB>0<TAB>

一  

   

QQ 一 ォ 黶Q<TAB>. −

<TAB><TAB>

1<TAB><TAB>

 

  

@

: f〉尋

<TAB><TAB><TAB>

1<TAB>

30<TAB>o<TAB>

(5)

NII-Electronic Library Service

鉛 直 変 位

して い る。

 

一6

A − F

ステッ

に お

NノNy

一一一一一

一 一} 

r

 冖一

δ[

      

I

     

I

   

l

 一一

一一一一一

一『一一一

一一一一

1

卩         I          l       I

 一一

5 δ

:覇

膊一一

6

曹一一霹一一一

一一一一一一

400

10       

200

10      1  0o

____

L

_____

L

___掣

  

      【            1        

O       I      I

_

 

_

 

_

 

_

 

_

 L 

_

 

_

 

_

 

_

 

_

 」 

_

 

_

 

_

 

_

 

_

5

 一一

1

0 図

ア(

1

) 軸 カ

変形 関

7

(2) 軸 力

変 形 関 係

拡 大

A

δ

= −

3

7cmP

−30.5t

B

δ

=.

−46.

5cm

 

P

−28.Ot

C

 

δ

=−

46

7cm

 

P 三一

3

5t

tl

    

1

    

A      

lL   

1

   

1

 11   

 1 

  

 1

  

 1 

  

 1 

  

 1 

 

  1 

  1 

 

 

 

 

 

 

1

1

A

 

 

1 、

  1 

1 IA

1

   

1, 1

 ノ ノ

 、

1 

  、

聖    

_

L

一■

魃一

一 一

D

δ

325

7cmP

=−1.5

七  

11     

1

     ’1、    ’1、    111   

1

 

 1 

  

 I N  ’ 1 、  ! 1 

  

 1 

  

 1 

  t  Ni   Lt   Nノ ロ  Nノ 

 

 

 

 

 N /

へ IA   へ ’

へ 1

 

t

つ →

P

  図   形   変 コ 870

4

δ

E

を 図

一8

破線

形 前

実線

し て いる

この

で は

変 形 量 を誇 張

してい ない

破 断

し た

いていない。

 4

3

立体

トラス

構造

 

本例

一9.

すスパ ン

24mX24m

, せ い

2m

グ リッ ド

6

×

6

の正

形 平

トラス

上 段

しい

荷 重 が

か か る よ うに

変 位 を

      ↓   

i

   

t

   

5

   

1

   

i

幽 r

w

w

ザ 6 Y

LllCOQ

Llll

ll400400400400

Lgll

LwwusyU

8

8

8

8

8

寸 OO マ r ○ :鉛直方向拘束  単位:cm 図

9

 解 析例

3

立 体 ト ラス 表

3

 

断 面 性 能

立 体 トラス )     2

 

 

 、

 

 

 

 

 

 

 

 

4

種 別 材 長 [cロ】 断 面 租 [cm2] 紐 長 比 上 弦 材 400

022

了2 734

o 〒o

373

32 下弦 材 弓00

022

了2 734

0 70

373

32 斜   材 3q6

419

13 438

O 72

40 ヨ

i4 δ lcm亅 10 日 05

OI

OO8

1

400

0   

200

D     I      I     I        1

_

___

    i      l H    I  G    l I         I 」 

_

 

1

11

  

F

 

l l      I Do =

oo EOO P[t 】

10

1

荷 重

変 形 関係 δ cm 】 1 1 1  

80

0    

δ口

0    

40

0    

20

0      0 0       1      1      1      1       1        1        1        1

 

__

L

  

__

L

  

_

_

 

_

___

 

_

     l      l      1      1   

田 O       l         l         I         l       l         I         I         I

___

L

__

___

___

_

      1     

1  

20

O

      I

                  

l

  

E

   

D

  

B       P「t]

      C

A 図

10

2) 荷重

変 形 関 係

大亅

113

N工 工

Eleotronio  Library  

(6)

11

1

A

軸 カ

変形 関 係

1

下 弦 材 } 図

11

1

B

) 軸 カ

変 形 関 係

11

1

C

軸 カ

形 関 係

上 弦 材

11

2

A

) 軸 カ

変 形

係 (下 弦 材 )

拡 大

11

2

B

) 軸 カ

変 形 関 係 〔斜 材

) [

拡大

一一『

1

一一一一

1

− }一

一 一

一}、

      l      I      I      I    

− 一一

  l      I      I      I

r

− 一一

1

一一一

一一一

一一一

I       l      l      I      I δ [c

]  l       l       l       I

8

      1        1        1        1

___

1

____

1

____

___

4

_

N〆Nγ

}、 一

10

一一 一

〔15 1

D

 

 一

5  

一一 一

1

o 図

11

2

C

) 軸

形 関

係 (

上 弦 材

)[

拡 大

制 御

する こ

に よ り

載 荷

し た

場 合

挙 動

し た もの で ある

い た

材 料

性 質

4

2

と同 じで ある

3

に この

構 造 物

いた

断 面

性 能 を示

下 弦 材

斜 材

ご とに

部 材

使 用

それぞ れ の グル

につ い て

部 材

細 長 比

がほぼ

にな る よ

断 面 を定

めた

 

境 界 条 件

は,

下 段

の う ち

周 辺

す る

の を

鉛 直 支 持

水 平 方 向

へ は

下 段

節 点 を

一9

す よ

拘 束

した

 

10

全 荷 重

P

と下 段 中 央

一9

示 す )

にお

加 力方 向 変 位 と

関 係 を示

 

11

部材

軸 力

変 化

を, 上

弦 材

下 弦 材

斜 材

けて

は そ れ ぞ れの

力 の

降 伏

軸 力

対 す

一10

と 同

じで あ る。

 

以 下

対称性

によ り

置 関

にあ る

部 材

につ い て は

1

っ の

部 材

代 表

さ せ る

こ の

で ぱ

中央

の上

弦 材

 

最 初

座 屈

つ い で その

外 側

上 弦 材

 

座 屈

し た

その

中央

下 弦 材

 

し た と き に

最大耐

と なっ た

こ れ以

や か に

荷 重

下し て ゆく が

形 が 進

むにつ れ,

幾 何 剛 性

影 響

で わ

かに

荷 重 が 増 加

する。 さら に

む と

中 央 下 弦 材  

がそ の

破 断

み と な っ た ところで

す る た め

急 激

する

こ の

瞬 間

各 部 材

軸 力 状 態

き く

す る が

耐 力

残存

し て お り

破 断

し た

下弦材  

両側

弦材 

増 加

めてい るこ と が 分 か る

 

12

一10

A 〜1

ス テッ

にお け る,

部 材

降伏

座 屈

破 断

を示

 

一13

,F 〜1

ス テッ

に お け る

変 形 状 態 を示

繁雑

に な るの を

け る た め,

斜材

省略

し て あ る。

 

5.

結   論

  本論文

では

文献 1)

し た

解析

部 材

座 屈 を

考 慮

で き る

方 法 を導 入 す

るこ とに

立体

トラス

崩 壊 現

を ト ラスせいの

まで

す ること ができ るこ

と を示

し た

こ こ で

し た

1

114

(7)

NII-Electronic Library Service

A  δ

 

3

7cm   P

28L 且t

B δ

; ・

5

lc旧   P

27呂

6t

c  δ

 

M

且cm   P

28L

St       降 伏     :座屈

x

“F ;破 断

D δ

=−

tT

5cm   P

276

7t E6

=・

30

lcm   P

252

6t

F δ

287

8cm   P

236

3t

G   δ

290

9c

  P=

[53

3t

旺   δ

505

2c

  P

且5臼

3t

1   δ=

8qo

9c而   P

178

且t 図

12

 部 材の座 屈

降伏

破 断状 況

F  6

287

8c凋 P

236

3t  G δ

290

9c旧 P;

L53

3t

H δ

505

2c旧 P

且59

3t 匣 δ

840

9c国 P

178

1t       一 図

13

  変 形 図 の

例 題

全 体 座 屈

2

3

例 題

ではい

も部

材 座 屈

先 行

し た が

部 材

製 品 不 良

ま た は

構 造 物

不 良

が ある

場 合

に は

部 材 破 断

先 行

する こと が ありう る

こ の

場 合

っ て

本 手 法

で は その

崩 壊

まで を

跡 す

るこ

可 能

り,

事 故 時

安 全 性

検 討 等

ると

え る

  謝   辞

  繰 り返

軸 力 を 受 け

部 材

軸 変 形

軸 力 関 係 を 求

め る

ロ グ ラ ム を ご

提 供

く だ さっ た

摂 南 大 学 教 授 柴 田 道 生

士に深 く

御 礼 申

上 げ ま す。

 

Appendix

 1

部材

関 数

 

読 者の便を計る ため

こ こで

いた

り返し軸 力 を 受 ける部 材の復 元 力 関 数の要 点 を 以 下に示す

  (

1

の耐 力 曲線を次式で与える28 )

   

圧縮 側 :n

1

/〔ρ邑δ十p,) o

5

……

…・

…・

一・

……・

…・

a

1

   

1

張 但El:n

1ノ(ρ

δ十1)1

5

 

t

t・

t・

a

2

こ こ に

n は

次 元 軸 力 (= (軸 力 )/〔降 伏 軸

})

δ は 無 軸 方 向変 位 (

(軸 方 向 変 位

降伏軸 方向変

位 ))であり

PL

p、

Psは無 次 元

Eu

且er 荷 重 (

(π’

EV

(λ2σy

, 

E

:ヤ ング

λ ;細長 比

σv :降 伏 応 力 度)か ら定ま る定 数であ る

 

(2 ) (1)で与えら れ た耐 力 曲 線を 区 分線形化す る2)

に よ り n は

a

3

式のよ うな δ の関 数で与え ら れ る

n

1C 誕δ

δA)十dκ     δ

δq nq十       (nP

nQ)    δP

δo αノ(

cr

−−

bls

)十

b

, (δ≧ 酬

δ

0

}    [降   伏 亅 〔δP≦ δ ≦ δA

δ

0

) [引張 耐 力

(δρ < δ < δ,

a

>O ) [弾 性

除 荷] (δ≦δq

δ

0   

屈 ]        

P…一

(a

3) こ こで点

P

Q

は弾 性

除 荷

域の引 張 側お よ び 圧縮 側で の限 界 点 (耐 力 曲 線との交 点 )である

ま た aj

島お よ び Cs

 

ds

は そ れ ぞ れ

1

え た圧縮 側および引 張 側の耐 力 線 を 区 分 線 形 化し た時に生じる定

で あ る。  Appendix  

2

  荷 重 分 布 状 態 を設 定 した変 位 制 御 法

 

あ る物体内の点

i

に 作 用 す る 力 お よ び その点の変 位をそれ ぞ れ p‘

δ1で表すと

剛性マ ト リッ クスを κ

を 用い て 〔a

5

式 な る関

が あ る。 ユ

 

 

  リ PPPP Pn

K

δn

  

9…

  (

a

5)

この

物体

重が p2

α2p、

 Pa

asPl であ ること が分っ て いる と き

T

1000

: O

m

α2 − 00 :

0 α  

010

0 0001 …

0

OOOO

7

1

 (a

6) を用いることにより

(a

7)

(a

8}式 を導く ことができる

 

P

P

00P

P

TT

Pi P

 P3 P

ρ7

…・

a

7

δ,δ、 a,a,

剣』 T[δ{0: a,δ1

T

δ

…・

(a

8

) ここ に

    

δ

δ十azδ1十〇rsδ3

 

………

 

……・

…・

…・

…・

 (

a

9

し た がっ て

〔a

5} 式か ら (a

10)式のつ り合い方 程 式 を 導く こ と ができ る

  

P

T

「 κ

T

δ

K

77

…r…・

……・

…・

……

 

…・

(a

10

こ の方 程 式 を 通 常の変 位 制 御の手 法 を用いて

くこと に よ り

δ

を求 める

こ の δ

を用い て 〔a

7) 式 から δを 求めれ ば, こ の δ はρ2

alPl

ρ}

a3p 、を 満 た す 解 とな る

一 115一

N工 工

Eleotronio  Library  

図 一 11 ( 1 − A ) 軸 カ ー 変形 関 係 1 下 弦 材 } 図 一 11 ( 1 − B ) 軸 カ ー 変 形 関 係 ( 斜 材 ) 図 一 11 ( 1 − C ) 軸 カ ー 変 形 関 係 ( 上 弦 材 ) 図 一 11 ( 2 − A ) 軸 カ ー 変 形 関 係 ( 下 弦 材 ) [ 拡 大 ]図一11(2−B) 軸 カー変 形 関 係 〔斜 材) [拡大]一一『1一一一一1− }一「一 一寸一}、    l         I         I         I

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