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静水圧型外荷重を受ける円弧アーチの安定問題

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(1)

Architectural Institute of Japan

NII-Electronic Library Service

Arohiteotural エnstitute  of  Japan

研 究 論 文

UDC :624

Oア4

32 :624

074

43 :624

042 日本建築学 会 構 造系論文 報告 集 第 360 号

昭 和 61 年 Z 月

水 圧 型 外

円弧

安定

問題

正 会 員

  大

 

1.

の 研

究 と

目的

 

薄 肉 弾 性 体

に シェ ル

構 造 物

につ い ての

性 安

定 性

検 討

す る

そ の

限 界

荷 重

変 動

さ せ る

要 因 と

して は

歴 史 的

に も さ ま

まの

因が そ の

検 討

対 象

と し て

研 究

さ れ て き てい る

シェ ル

構 造 物

弾 性

す る

研 究

に つ い て は

とし て

実 験 値

論 値

のギャッ

を 埋 めるた めの

努 力

そ の

のが

こ の

分 野

こ こ

40

いえ

よ う

。 そ れ ら の

研 究

で も

力 的

研 究

され て

のと して

有 す

初 期 不 整

初期

あるいは

応 力

らには

境 界 条 件

影 響

す る

げ る

こと

で き る

こ丸 ら の

諸 要

因は

界 状 態

微 妙

響 を与

え る

の で

場 合

に よっ て は,

定 限 界 荷 重

き く

動 さ せ る

因に も な り

の で

る こと が

こ れ までの

研 究 報 告

に よ り

指 摘

さ れて きてい る】)

51

  本論

う,

荷 重

そ の

の の

特 性

しても

そ の よ うな

研 究

歴 史

問 題 意 識

が 生 ま れ, 研

と なっ た

1942

,H .

 

Tsien6

〕は

等 分 布 外 圧 を受

け る

球 殻

安 定 解 析

を 通 して

力の

特 性

評 価

相 違

な わ

圧 力型

外 力

形 依

存性

する か

か の

相 違

シェ ル の

限 界 を

変 動

させ る

場 合

初 期 不 整

初 期

応 力

あ るい は ひ

境 界 条

対 す

と 同様

検 討 を加

え ること が 必

で ある こと

を指 摘

して い る

外 力

特 性

弾 性 体

題 と を

こ うし て

ら か に

関 連 付

け て

議 論

した

研 究 報

告 は

お そ らく こ れ が

最 初

の で あ ろ う。 その

,G .

 

W .

 

H .

StevensT

弾 性

FL

布 荷 重 下

れ た

場 合

の限

荷 重 が

外 力の評 価

方 法

によっ て

き く

化 するこ とを

ま た

A

P

 

BoresiS

]は

 

Fig

1−

1

お よ び

Fig.

1

2

示 す よ う

円 弧

リン

3

種類

なっ た

特 性

等 分 布

圧 を

え た 場

弾 性

これ らが 互い に異 な る

と なるこ と を

し て い る。 ま た

G

 

A .

 

Wempner

N .E .

 

Kestig

) は,

両 端

固 定

々 の

開 角

円 弧 ア

チ が

,Fig.

1

3

す よ う な

3

種 類

の荷 重 を 受 け た 場

につ い て

方 向

み が ない と

え た

値 問 題

と して こ れ を

,Table

 

l

す ような

弾 性 安 定 限 界 荷 重

めて い る。 この

結 果

力の

評 価 方

法の

違に より

安 定 限 界 荷 重

変 動

生 ず

るこ と を

明 確

して いる。 さ ら に

,C .

 

Oran

R .

 

S.

 

Reagani

°1は

円 弧

チの

境 界

弾 性 支 持

さ れ た 場

につ い て

荷 重の

性 評

に よ り,

限 界

複雑

変化

ら れ ること

 ShnPE  oE EIasヒte  Rt1S

 Shnpe  gf Elss

ic  Rin巳

1 Cen

al⊥ア Di

ec

±onal  Pressure

〔b } ConStSn

ly  Dire

t ±e

al Ptessu

e

〔c} Pu

e N

mal  P

e

su

Fig

1

1 

Etastic

 

Ring

 sロ

b

ected  

to

 

Three

 

different

 

Types

 of        

Externa

PressureSl

4

5

     

D

              5       4            

 

3

国 』

8

づ 雪 昌 h 円 ¢ H 呂   0   3 凵 O 凵 U 悶 國 2

5

Cent

τally  Direc にioual  LoadB (り

0

00 )

Nor皿al 

Loads

(り

O

3D )

HG 

l

 

Loads

0

00 )

名 古 屋 大 学

 助手

  〔昭 和

59

年 ll 月

8

日原 稿 受 理

1

0          

0

05

              0

10    

Thickne55

 Divided  by 工nner  Radiu3   

h

/a

     

Fig

1

2 

κ

 

versus

 

h

aS

 

94

 

(2)

Architectural Institute of Japan

NII-Electronic Library Service

Arohiteotural エnstitute  of  Japan

f

1

SLi

ktch

n 「ormed  sh

P

 u 【 ElaS

t4 

L匚

h

) G

11

11y  Dir

c

ton

1  FrEsuur

一 一 一

… _

     

I

Fig

1

3

 

ELastic

 

Circular

 

ATch

 subjected  to 

Three

 

Different

       

Types

 of 

External

 

Pressureg

Table

 

l

 

Critical

 

Loads

 of the 

Circu

ar 

Arch9

) α: 

Opening

 Angle  of 

the

 

Arch

£

1

rec 口on    of   

Load

 

 

030

 

 

060

 

 

090

 

 

 

0180Fr 已eRing

Nor

1

73

318

18

03

03

O

Constanr

80

519

49

05

64

0

CentraL

80

520

2

]LO

96

54

5

報 告

して い る

 

変 形 依 存 型

外 力

形 シェ ル

あ る い は リン

グ等

弾 性

限 界 に影 響 を 及 ぼ す ことにつ い て は

上 述

の よ うに い くつか の

報 告

があ る が

これ らは その い

線 形 固 有 値 問 題

と し ての見

か らの

の であり

ま た

座 屈 時

に おい て

軸 方 向

ひ ず み を 起 こさ ぬ

い わ ゆ る

び な し

変 形

仮 定

し ており

に座

屈 前

におい て

非 線 形 性

伴 う曲 げ変 形

ず る よ う な 場

に は

き な 誤

生 ず

可 能 性

が ある

ま た

これ らの

報 告

において は

外 力

依 存 性

学 的

のつ り

か ら

評 価

す ること に よ り

基 礎

を 定式 化

してい る が

形 シェ ル

円 弧

チ あるい は リン

の よ うに

弾 性 体

境 界

変 形 拘 束

]4)

て い る よ う な も の に

す る 圧

力 型

外 力

ポ テンシャ ル

と な り

これ を

離散

して

基 礎 式

と す る 正

いが

能である

  本

では

両 端 ピ

弧 ア

チ を

題 と して

その

定 式 化

その

め ら れ る

基 礎 式

を も と に し て

外 力

を 正

に評 価 し た幾 何 学 的 非 線 形 解

外 力

変 形 依 存 性

弾 性 安 定 性 状

影 響

につ い て

検 討

え る と と

弾 性 安 定 解 析

用 さ れ る 固

関 数 展 開 を 用い たノ

マ ル モ

ド法 がこ の

の問 題に

用 され た 場 合の

度 を 検 討 す る た めに

要 素

を 用い た 場

との比

につ い て も

言 及

す る。

 

2.

圧 型

テ ン シャ ル

表示

 

本 論

で は

シェ ル等の

性 体 表 面に対 して

方 向 に

作 用

する

変 形 依 存 型 外 力

な もの と し て

水 圧 (

従 動 型 等 分 布 荷 重 ) を 考

以 下

これにつ いて の

定 式 化 過 程

 

2

1

曲 線 座 標

対 す

テン シ ャ ル

表 示

  今

静 水

厳 密

に は

液 体

深 度

変 化

す る が

こ こ で は こ の

影 響

考 慮

か ら

除 外

,一

とし て

扱 う)

受 け

弾 性 体

べ て の

境 界

変 形 拘 束 を 受

けて いる

の と す れ

単 位 表 面 積

あた り に

作 用 す

圧 を ρ

そ れを

け て

弾 性 体

変 形

そ の

結 果

その

基 準 面

移 動

し た

部 分

Fig

2

1

微 小

面 体

P

Q

S

R

PgRS

部 分 )

体 積

AV

と す れ ば

力 仕

lj

 

AW

式で

され る11)

   

W

P

V ・

9・

 

9・

 (

2−

1

こ の

表 式

か ら,

静 水 圧 型

外 力

仕 事 量 を

め る た め に は

弾 性 体

変 形

っ て

そ の

圧 力 を受

ける

表 面

し た

部 分

体 積 変 化 量

AV

め て

こ れ に

外 圧

p

を乗 ず

れ ば

いこ と が

る。 こ の

よ う

え れ ば

結 局

題 は

Fig

2

1

に お い て

微 小

面 体

PgRS

P

9

R

S

体 積

変 位

ベ ク トル u に よっ て

表 現

こ とに

さ れ る。 こ の

におい て

ベク トル は

こ の

曲線 座標 系

共 変基 底

ペ ク トルを

g

 

g

、と す る と

次 式

の よ うに

さ れる。

    PP

u

 

QQ

u 十 u

tAxi

   

ss ’

u + u

2Axt

 

RR ’

u + u

iAxi

+腿

2△げ

     

PQ

91

ムコ

c

 

PS

92

ムコ

cz

       

 

一・

 

 

2

2

P s

R

torVeo しor   oFig

2

1

 

Shift

 of 

the

 

Infinitesimal

 

Surface

 

ln

 

the

 

Curvilinea

[        

Coordinates

95

(3)

Architectural Institute of Japan

NII-Electronic Library Service

Arohiteotural エnstitute  of  Japan

こ こ に

μ

t

u

 

こ の

表 現

い て

微 小

体 積

める と,

高 次

微 小 量

省 略

し て

次式 を得

るf

ten1。

   

AV

u

91X

・+

(u

1X ・・

Xgl

 

    

x

△・・ム

…・

ttt

……一

2

3)

ゆえ に

全 体 積

V

次 式

される。

 

  

v

u・

u

xgl

 

   

 

Un ・ u

d

・・

dX2

………・

………・

2

4)

テ ン ソ ル

で は

    

u

utgt

 

UJ

uS

gi

十衡 ‘

1「

i

9

 

tt・

2−

5

であ るか ら, これ

を (

2

4

に用い れ ば

式 を

 

  

v

rf

fg

 

u

・ +

1

5

・・バ ・

・ 、、

  

   

u

u

’ (

rl

・E・・厂

r

… ’

 

・ ・

        

駕」

rl2

ε‘犀躍十

utuftFi

εtjic

  

   

u

u

r

Fh

・m ・h

d

・・

d

・’

……

2−

6 )

これ が

積 変 化 量 を

すテ ン ソ ル

表 示

である。 ただし,

底ベ ク ト

g

、の

第 」成 分

g

、」 とし

g

det

9

‘J

で あ り

,FS

Christoffel

記 号

  ewrc は

Ed ・

dington

記 号

であ る。

  2

2 

線 座 標

に よ るつ り

合 式

表 示

 

性 系

つ ひ

みエ

ルギ

U

外 力 仕 事 を

W

と す れ ばつ り

合 式

次式

さ れ る

    

δ

U 一

 

O

るい は δu

grad

U −

W

=0

       

 

P7・

 

r777

 

一・

 (

2

7

こ こ に

δ

u

位ベ ク ト

u

変 分

grad

U

W )

は汎

関 数

H =

σ

W

の こう

】9}

静 水

外 力

け る

場 合

単 位 面 積 あ

た りに

作 用

す る

圧 を

p

と する と

外 力

仕 事

W

2

4

)式

か ら

次式

され る

  

 

w 一

・× ・・

・×

9i

  

   

馬 ・ u

i

d

……・

一 …一

2

8)

変分

を と る と

  

 

W

 

f

, ・

U

19i

9

・+ ・・

Xg2

u

X

・・

+ Un

  

    

・・

…+

Lf

・u

S

Xu

  

    

9

 

・× ・

司:

1

δ・

  

    

×

91

・×・・

d

・・

11

1

               

 

t・

 

2

−9

こ こ に

Ii

歪2

は それ ぞれ

xl

, 

x2

変 域 境

に お け る

さ れ た

であ る もの と

る。

Ou

x

 

96

ゴ の

消 失

す るこ と

を考 慮

する と,

結 局

つ り

次 式

現 さ れ ることにな る。

      grad

 

l

p

g

十 u

i

x

9i

十 u

z

O

 

2

10 )

あ る い は

     

grad

 

I

P

δ

utL

u

「Crl ,

)(

δ

S

uf2

       

+ utrll

ε iJ.

gM

0

……・

…・

…………・

tt

2

1

2

−10

あ るい は

2

11

)式

に お い て

第 2 項

外 力

す る

け ば

通 常

定 方 向 型

す る

式 と な る。

結 局

91

十 U

1

×

g

:+ U

2

変 形

す ることに より

外 圧

p

の か か る

部 分

面 積

変 化 す

るこ

よ る 影 響 を表

す ること がで き る

 

3.

有 限 要 素 法

による

円 弧

チ の

弾性 安定

  本 章

で は

シュ ル

構 造 物 が 面 外 方 向

静 水

の分

受 け

場 合

の モデル

して

最 も 簡 単

両 端

ピン

持の 円 弧ア

チ を

設 定

局 部 的

不 安 定

を も

対 象

と す る た めに

要 素 法

い て

数 値 解 析 を行 う

外 力

前 章

め た

積変化

暈 の

づ く ポ テ ン シ ャ ル を

直 接 変

分 す ることに よ り求 め ら れており

静 水

型 分 布 力

評 価

めて

簡 単

るこ と が 示 さ れ

わ せて こ の

外 圧

変 形 依 存 性

弾 性 安 定 限

ぼす

影 響

につ い て の

検 討

え ら れ る

  3

1

有 限 要 素 法

に よ る

基 礎 式

定 式 化

 

こ こ で は

前 章

め ら れ た

静 水 圧 型

圧 に

す る

テ ン シ ャ ル の

表 示

づ いて

通 常

の は り

要 素

に よ る

有 限 要

い て

散 化

する

 

は り

要 素

変 位

規 約

Fig.

3−

1

す と お り で あ り

常 扱

わ れ て いる よ うに

面 内 変 位

u

に つ い て は

1

面 外 変 位

w につ い て は

3

代 数 内 挿

い る。 こ

し た

規 約

づい て

変 位 関

係 式

式で

さ れ る

 

 

 

轍繍嬲

ll

v2

       

…・

………・

3

こ こ に ε は

x は

曲 率 変 化 率 を表 す

要 素

あ た り

ー ue

有 限 要 素 法

通 常

手 続

っ て

式の よ うに

め ら れる

     

ue =

H

d

£

df

H

d

d

d

8

dfd

d

d

       

…・

…………一 ・

…・

…・

…・

3

2

こ こに

Hf

 

H

 

H 融

は,

要 素

節 点

変位

ベ ク トル

df

の並 びに

じて

作 成

さ れる

1

2

3

の ひ

Vi w ]

W

Fig

3

1

 

Beam

 

Element

ec匸±on  八rea gment  of  Inertia

(4)

Architectural Institute of Japan

NII-Electronic Library Service

Arohiteotural エnstitute  of  Japan

みエ

す る

係 数

ト リ クス で

る。 な お

こ こ で

下 添 字

i,

,h,

し て は

総 和 規 約 を適

するものと し

以 下 特

わら ぬ

こ の

約 束

う も

す る

 

静 水 圧 型 外 力

要素

あ た り になす

外 力仕 事

we

2

8

) 式

づ い て

評 価

すれ ば

次 式

る懈 2 。

     we

t

E

d

 

f

Pf

…………・

…・

3

3

こ こ に

,A

静 水 圧 型 外 力

単 位 面 積

あ たり の

を 表 し

A

こ れ が

0

時 定 方 向型

ま た

1

圧 型

外 力

すなわ ち

法 線 方 向 変形 依 存

力 を

便 宜 的

指 標

で あ る。 ま た

Pf

通 常

い での

価 節 点 力

,E

外 力

変 形 依 存 性 を表

係 数

マ ト リクス で

これ ら は そ れ ぞ れ

次 式

の よ

さ れ る

   

lP

γ δ

0,1

2

,1

12

0

2

− li

12

…・

3

4 )

E

島]

b

0

 

0

   

− l

12

   

0

     

0

     

0

sym

0

   

− 1

2

1

2

   

0

♂/

12

 

00

   

0

     

0

9

12

 

0

 

0

 

1

12

 

0

 

0

                 

 (

3

5

こ こ に

,b

は は り

要 素

1

は同 じ く 長 さ を 表 す

 

3−5

)式

表 現

さ れて い るマ

トリ

EZ

非零

位 置

は,

要 素 剛性

マ ト リク ス の

非 零

要 素

置 と

すべ

依 存

外 力

特 性

す もの で ある

3

2)

3

3

)式

され る

のひ

みエ

ル ギ

外 力 仕 事

表 現 を

座 標 変 換 を

して

全 体 座 標 系

での

表 示

とし

こ れ を

構 造 全 体

わせ て

ら れ る

ポ テンシャ ルエ

節 点 変

ク トルで

さ せ ることに

つ り

合式 と

して

式 を得

     

(κσ

ム五

El

d

,十

KWit

1

d

κ十 κ‘瑠 〔

d

κ

d

LPi

       

 

77・

7r・

 

一・

3

6

 

こ の

表 現

か ら

る と お り

,A

1

す な わ ち

外 力

依 存 性

考 慮

す る

場 合

に は つ り

式の

d

‘に

す る

非 線 形 項

荷 重

パ ラメ

A

し て も

,nd

‘の

んでお り

荷 重

パ ラメ

を も 未 知パ ラメ

え れ ば

それ

自 身

, す

非線 形

と なる

んでい る

 

3

6

)式 を変 位

し て

形 化

し た, いわ ゆ る

線形

つ り

合式

次 式

され る

    

K

‘丿

AAE

d

丿==

AP ,

…・

…・

…・

…・

…・

3

7

こ の

か ら

る と お り,

辺 の

係 数

マ ト リ クスは

各荷

重 値

じ て

漸 次 変 化

す る もの で

意 眛

で の

解は

存 在

し ない

し た が っ て

物 理 的 考 察によ り

3−

7

式 左

2

非 線 形 項

影 響

無 視

で き る と

判 断

で き る

場 合 (

具 体 的

に は

線 形 膜 解

十 分 近 似

でき る

場 合

等 )

以 外 は

こ の 種の

題に は

安 定 解 析

手 法

と し て の

PIN

E

Fig

3

2

 

Circular

 

Arch

有 値

問 題

と して の

本 来

用で きな い

 

3

2

 

数 値

解析

 

数 値 解 析

い たモデル は

Fig

3

2

す よ う な

ピン

支持

の円

チであり

はり

要 素

に よる

分 割 を

20

均 等

と し

対 称 変 形

追 跡

する

に は

対 称

条 件

け,

10

分 割

解 析 を実 行

し た

 

な お

3

6 )

さ れ る

非 線 形 代 数 方 程 式

数 値 解

に は

帯 行

列 を 用い た 弧 長 法

t

ne3

い ら れ て お り, さらに

岐点

め る

手 法

につ い て は

通 常

行 列 式 を

チェ ック す る 方 法 に よっ て い る が

分 岐 点 近 傍

に お け る 分

岐 方 向

の探 索に は

普 通 よく

い ら れ る固

有値

解 析

に よ る

方 法

, あるい は摂 動

手 法

121 によ ら

有 値

を持

つ マ

トリ

クス の

性 質

し た

簡 便

方 法

臟 4

い ら れ て い る

 

数 値 解 析

定 方 向 外

圧 と

形 依 存 型 外

圧 が

安 定

す影 響 を把 握

す る た めに

チの

形 状

す よ うに

変 化

さ せ て

っ た

    

荷 重 :定 方

圧,

水 圧

    

HIR ≡

1

50

1

IOe

1

200

      Rise

Span=

0

5

10

1

10

2

10

,3

10,

                4

10

 5

10

こ こで は

紙 面

都 合

か ら

,Rise

Span=

2

le,3

10,

4

10

5/10

場 合

割 愛

りの

6

ス に つ いて

果 を 示 す

文 献

18

にすべ て の

果 を

掲載

してい る。

Fig.

3−3r1〜

Fig

3−

4

−3

に そ れ ぞ れの

場 合

のつ

合曲線

全 貌

と 分

岐 点 付

近の つ り

合 曲線

詳 細

を 示 す

各 図 と

実 線

すつ り合

線 は 定 方

型の

圧に よる

場 合

破 線

静 水 圧 型

圧 に よ る

場 合

示 す

詳 細 図 中

点 鎖 線

,Timoshenko

Gere13

} に ょ る

線 形 膜

か ら の

固 有 値 閥題

と し て

ら れ る 古 典 的 座 屈 荷

重 値

してい る が

これ は

次 式

か ら

め ら れ る もの で あ る

 

 

 

Per一

4

π2

 

2

1

φ

…一 …・

…・

…・

……

3

8)

こ こに

EJ

 

R

φ

は そ れ ぞ れ

チの

剛 性

半径

開 角

表 す

。 また

,Fig.

3

3

1

 

H

R

O.

02,

Rise

Span

0

5

10

場 合

であ る が

こ こ で は

飛 移

点 に致 る まで の メ

ンパ ス

に分

岐 点

し な かっ た。

同 図 中

P

r と

る の は

上 述

Timoshenko

Gere

によ る 値 を

す。

 3

3 

解 析 結

果の

考 察

97

 = N工 工

Eleotronio  Library  

(5)

Architectural Institute of Japan

NII-Electronic Library Service

ArchitecturalInstitute of

(PRIEHxMS

O,40

O,]2

O,2"

O,16

D,08

o,ae

Japan

o,Do

o,os

o,16

o,2q

'o,32

o,qo

o,qs

Fig.3-3-1

{PWEHslor)

1[!ll

:I

D

,

[IIii-1・11j

:

1'

ff

F

ij・r

L

l

"

/f

:r,t:/:Di;NGr

RlsEfSpAN-,DS

o,2"

---r

'

l[

l

")

2,15

'..

!-

s

H-X

x

Pcr=O.825xlO-2(T

±moshenko and

'

W:

Vertical

Displacement

at

the

Apex

ef

the

Circular

Rt

Radius

H: Thickness

E:

Young's

Modulus

(HfRxlo't)

P:

External

Pressure

per

Vmt

Equilibrium

Path

CPRtEHxlcr)

o,2

,e

I7T+

l

-l

l

Gere13)

Arch Area

;/::[:oli/gio:IE:・:,l?:DTNG

-"i.;

'

±

1

.-.L.-.

xr'"

-a-.'p

7

--・--・-・

-rl

RrsEfSpAN=O,05

}

o,es

G.oe

-o,es

v1

'rr

r

'.. SN

O,08

O,l5

e,24

"..

o,4o

G・VRtlO")

-'mL

p;.mx

Fig.3-3-2a

Equilibriuin

Path

CPRI[HilD-i)

II

e,]2

,NoN-FouaHER

1111

---

/

FoLLoHER

LuAn]Ns

Tl

L-Ll

.]

T"r-tHiR=D,9D5

I

O,2t

a,2-'

O,1

O,1.

o,o

O,O

a,oe

11 ;:

1,

...

t

IV

.LP.C-R.10,[L2,CtE..x-i-(i

'1i

.,

l

t.

Ir

L

O,l6

o,og

'O,DO

-O,08

-O,16

t.---I-M

T

1

ii1-1

/

LL

o,oo

o,lo

o,2o

e,]o

O,04

O,OS

D,1

T

i

Fig.3-3-3a

-98-{PRIEHxle")

1,12

2

O,ISl

Equilibrium

Path

tlO-L}

O.9,

O,8

O,6

o,"

os

O,1

o,o

Fig.

3-3-2

b

,I

[

nPcR=O =

1

e,4o

o,so

Equilibrium

,

FoLLovERLHIR=O,e05

1RrsEISpAreO,OS

515xlO

7 f r

l

'r

e,6o

o,7o

Path(VVRHIO{)

ll

OLLoWER11LeAD]NG'

't111-

1...-VERLeADING/'11

5

t1f

''F

rl

±

O,OS.A''tl

' '

F

1

'

x

,

t F 1 If1

llu-mm[iL'

r

..wh1

'

.-u-r't-[1.m

ll1'

(wfRxi,e")

o,eoo,oq

o,Ds

o

Fig.3-3-3b,12

O,16

g.20

O,2i)

EquiLibrium

Path

"H-

1o,2g

(6)

Architectural Institute of Japan

NII-Electronic Library Service

ArchitecturalInstitute ofJapan

o,sc

O,6C

P,40

O,2

o,o

-O,2

-o,g

RIEH.10-,)I,"・,,I1

llri'

1),"eH-FoLLoH'ERLo.xmelG

11

1FoLLo,HERLoADING

'tt

'

:

1ttt..tLtt.T-t:mtittmtu'tti"'i[[

1HIR=O,02RIsE/SpAN=O,10r

-1'---i''Lr

l...t

ttt

・!'Tjlrttttt

1lt'1-['il・7r

'r-'-T"L"'

l

.--tL-H-7.tltt...H...

[-.

1

o,i6o,32o,4so,6q,soo,96cw

..t.-t1""'

'

L1

Fig.3-4-1

a

Equilibrium

Path

CPR!Ell'・・10")

:

itoN-FoLLov!ER

LoAolNG

r-

/),2q

---l--/

FoLloHER

LoAD[NGTi..."'

l'

1

..I

I;:

2

,

.I

"

i

"

2

-Iil

yL'-ii

I

m

'

t

/

'

i

]

r'-Ctl

L'll-'i""'.rr..----.・---.

±

N

1

'

J----.--J-rte

"

7"IZ-

'lt--1

f・

HfR-O,Ol

i

'

1

RIsEfSpAN=O,10

CW/Rx!O-,1

.

(PRIEH'11

'

O,S6

O,48

O,40

O,32

O,2"

O,16

1)

1T...-.LF7-m.L

1lt-i

l'

1s

t

x

-

1FoLLokeERLoAD]NGx'

[1

LewERLoADI 11'fm'

ptG-11xx/t'T-t/

J"t7

lr1H/R=O,021---RlsEISpAN=O,10

l

,

l1-ti'x1-

'71-PcRta1F-,20]lt10-i

e,9E

O,08

o,oo

O,OO

(PRIEHxlO':)

1

1

7 ±

O,16

O,]2

Fig.3-4-1

ll

1`

Ll

-.-tttT

dEt--tt

(WfRxlO-2)

T

o,s

'[---e,o"

e,E-O,48

O,E4

O

b

Equilibrium

771

"-L.r"

,80

O,96

Path

l1/1111lI :/

j・

1

t"ot"-FoLLoltER

LeAD!NG

FoLLqLER

LoADI[NG

l

//

lt1

I-l--

j

1,12

o,gs

,i2

O,48

0,6"

{W)RxlO.)

Equilibrium

Path

O,]2

-O,16e,oo

o,16

o

Fjg.3-4-2a

e,IE

o,o

1l

:PcR-O

1 p

I,519xlOf]

t-111

f

7 r FTe

r

-l1n..'7.

.1

L----'

.

/

lrlR#O,Ol

1R]sE/SpAN=O,10

tr

L

{PRt1l

O,20EHilO-i}

I

il

t:oN-Foi/LowER

LaAD[NG

--l

]

l

l

1

---

:

FoLLowER

LoADING

l

'l

[l

O,IE---THfR=o,

"'

I

R[sE/SpAN=O

O,l2-t--[---

--..

i

,ooO,14o,2s

o,g2

o

Fig.

3-4-2

b,5S

O,]O

Equilibrium

O,84Path"・VRslO'])

r7.

,t

1/rXTtt"

-'-O,08r-o,e[4

05AN=O'10

1

...[---"

"t

r

-o,ego,eo

o,eg

Fig3-4-3a

O,OS

O,12

・O,15

(WfRnlO-L)

Equilibrillm

Path

:Ner"-FoLLoNERLeADING(PRIEHxlO-])

l:11LoADING1O28

,'

・1-..-..L1=:-..L1iEE

/i1

FoLLowER[1

ttt'l

'r"1-O2"

iE]'

E

"'F1

..-xLi)i-ts.E;s.E

/liNs's.

i/x

ll'

O20

:1I:

r-t//1Nx'

l'tt

/!/i x

l/・HIR=O1'eos/ii/JIxNR

Jl

1'

'

l・R[sEISpAN[O,IOIiiENNNo,l6-:1--t

i1'pcR=a,129'iD-1

1/i'.lttt-tt-

'j'L-.r'-t-LrJ

''/t'

O,l21

1!/

1

L

l/1

li;,1:r

, 4

//

O08'b

l

'''

i1'

F

{1・!l///] /t

L・111[.1t

'u

t-e

tro',04

(vrIRtlO'])

E

-O.80-O,54

-O,-8

Fig.

3-4-3

b

-e,32

-o,

EquiLibTium16

Patho,ooO,16

99

(7)

Architectural Institute of Japan

NII-Electronic Library Service

Arohiteotural エnstitute  of  Japan

 

解 析

果 か ら

定 方 向 型

静 水 圧 型

外 圧

円 弧

チの

性 安 定 性 状

ぼす

影 響

につ い て

の よ う なこと がい え る

 

, メ

ンパス につ い ては

各 形

じ て

圧 形 式

に よっ て

H

R

さ く

 

Rise

S ・

pan

きい ほ

, す なわ

部 材 成

さ く

が 大

きい ほ

両 者

差 異

ず る よ うにな る。 ま た,

両 外

形 式

わ ず,

Rise

Span

き く な る につ れ て, 飛

移 点

分 岐 点 と比

べ て

めて

荷 重

レベ ル に

位 置

す る よ

に なり

Rise

Span

きいア

チで は, 分

岐 点

の み に

焦 点

わ せ た

議 論

用 的に は 十 分で

また

Fig

3

4

ら れ る よ う なメ インパ ス

複 数

極 限 点

小規模

分 飛 移 座 屈 を生

しつ つ

つ り

合 形 状

化 させ てい くこと を

す もの で

ズの

きいア

チに

こ る もの である

 

分 岐 点

定 方

型 外 圧

べ て

静 水 圧 型 外 圧

その

荷 重

レ ベ ル に おい て

こ こ で

っ たすべ て の ケ

ス に つ い て

回っ て お り そ の

低 下

度 合

H

R

さ く

,Rise

Span

きい ほ

ど大 き

くで て い る

これ は

用 的に は

外 力

変 形 依 存 性 を無 視

する

と限 界 圧 力

危 険 側

こ と

を示

す もの で

注 意

要 す

場 合

が あり

るこ と を

意 味

し てい る

 

分 岐 点 付 近に お ける円

チの

挙 動

につ い て

てみ る と

こ こで

っ た

形 状

で は

H

R

1

100

Rise

Span=0.

5

10

場 合 を 除

い て

場 合

で は す べ て

安 定

岐 点

と な っ て い る こ と が

つ り合

曲 線

か ら

で き る

こ の

安 定 分 岐 点

においては

岐 点

対 応 す

荷 重

レ ベ ルか らのわ

か な

し て1

理 論 的

にはメ

ン パ ス以

分 岐 点 近 傍

うひとつ のつ り合 状 態 を

そのた め 円

チは

き な

を 生

ること な く,

にそ れ

様 式

変 形

進 行

さ せ るに

ぎ ないこ と

を 意

し てい る

し か し

え ば

Fig

3−3−3

Fig.

3

4

1

され て い る

分 岐

パ スは

で の

荷 重

レベ ル よ りもわずか に

重 レ ベ ルに おい て

分 岐

パス

での

飛 移 点 を持

の で

定 分

と はい え

象 的

に は

通 常

不 安 定 分 岐 点

とそ れほど

な る もの で は な い

ま た

形 状

場 合

でも

岐点

が その

変 形 能 を大

き く

変 化

させ る こ とは

事 実

であり

実 際 的に は や は り不

安 定 点

え るべ きであ る。 な お

微小振 動

法 を用

いたつ り

合 点

安 定 判

につ い て は

5

詳 述

し て い る

HIR

お よ び

Rise

Span

の それ ぞれ の

する

弾 性 安 定 限 界 荷 重

につ いて

前 述

Timoshenko

比 較

つ つ

方 向 型 外 力

静 水 圧 型 外 力

につ い て

Table

 

2

にそ れ ら の

数 値

 4

マル モ

によ る 円 弧ア

チの

弾性 安 定

 

構 造 物

弾性 安定

解析

す る

自由

振 動

ド を

い た

低 自

由 度

で の

安 定 解 析

わ れ るこ

これ は 普 通

マ ル モ

ド法 と 呼 ばれ てお り

と す る

自由

き 固

線 形 和

近 似

す る もの であ る。

通常

採 用

す るモ

ドは

の モ

か ら

順 次 採 用 項

数 を 上 げてゆ く た めに

特に系 が 局

部 的

変 形 を伴 う

不 安 定 挙 動

には

これ を

の モ

ドだ けで

近 似

す るこ と が 困

で あ る た め

良 好

精 度

る た めに は

用モ

ドを

や す 必

生 ず

。一

3

っ た

要 素 法

場 合

に は,

変 位 場

が ス プラ

関 数

とし て

えられている の で

局 所 的

形 挙 動

対 応

で き るとい

う長 所

系 全 体

ら かに

変 形 す

場 合

に は そ れ を 正 し く

表 現

す る た めの ス

関 数 群

を 扱 わ

る を

得 ず

所 要

保 持

し よ う と す れ

自由

き く な る

こ の よ うに

有 限 要 素

とノ

マ ル モ

は互い に

相 補的

である と

え る

Table

 

2

 

Cornparison

 of 

Critical

 

Leads

{PR/EH)   Rise /

Spa

ロ H /R    

0

5

101

10

2

/ 10

3

IO

4

10

5

/10 2

07xlO

35

34

κ10

h2

48

κ

0

L47x

0

1

oo×

1

σ貼

1

50

2

D4xlO

5

59

10

2

78 ×

IO

1

70

×lD

1

8

×

10

り 1

92x 工0

a4

97

×

10

−」

2

35

×

10

1

43

灯 σ隔 8

36

×

10

2

G6xlr35

19Kl

σ』 1

33x10

6

20x

O

53

68

耳ユ0

52

50xlO

5

VIOD

1

78 署

IO

35

9xlO

L42

10

7

lO

10

54

64xlO

52

84

×

1

σ5

L70xlO

4

80xlO

1

21xlO

5

44xlO

53

60xlO

三 L97

×

IO

5

5

15

×

10

1

29xlO

3

34xlO

51

55xlO

59

20×10

6

25

×

10

5

V200

4

95xlO

27x 上σ』

3

84

×

10

51

80xlO

51

9

κ

10

56

90N ユ

0

5

4

80xlO

1

22x1 σ

3

24xlO

5L47

×

10

58

76

κ10

54

56 ×

10

6

      13 }

Upper

 

Row ;

 

TimoshenkoIs

 

Solution

Middle  

Row

: 

Non

Follower

 

I

oad  (

Present

 

Anialysis

Lower

 

R

w

F

ll

。wer  

L

。ad 

Cpresent

 Analysis }

100

Table   l   Critical   Loads   of   the   Circu 旦 ar   Arch9 )

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