局部座屈と全体座屈の連成を考慮した鋼構造物の弾塑性有限変位解析プログラムの開発

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08650557
• 研究機関: 大阪市立大学
• 研究代表者: 北田 俊行 大阪市立大学, 工学部, 助教授 (30029334)
• キーワード: 連成座屈 / 局部座屈 / 全体座屈 / 鋼構造物 / 薄肉断面 / 部材座屈 / 弾塑性有限変位解析 / 解析プログラム

研究概要

(1)局部座屈が起こらない骨組構造の弾塑性有限変位解析の専用プログラムEPASSと補剛板構造の弾塑性有限変位解析のための専用プログラムUSSPとを結合し、局部座屈が問題となる薄肉骨組構造の弾塑性有限変位解析の専用プログラムEPASS plusを開発した。
(2)そして、EPASS plusを用いて、局部座屈と全体座屈との連成が問題となる薄肉箱形断面柱の弾塑性有限変位解析、および兵庫県南部地震によって下横梁にせん断座屈が発生した2層1支間のラーメン橋脚の弾塑性有限変位解析を行った。
(3)薄肉箱形断面柱の弾塑性有限変位解析においては、すべてを板要素モデル化したUSSPで解析した結果と、柱の両端部を梁・柱要素でモデル化してEPASS plusで解析した結果とがわずかに異なった。これは、梁・柱要素でモデル化し部分において、局部的な初期たわみが考慮できないためである。しかし、その誤差は、実用的には、無視できる程度であり、柱中央部のみを、板要素でモデル化する効率化が、可能であることを示した。
(4)2層1支間のラーメン橋脚の弾塑性有限変位解析においては、せん断座屈が発生した下横梁の部分のみを板要素で、他の部分は、梁・柱要素でモデル化してEPASS plusで解析するケースと、すべてを梁・柱要素でモデル化してEPASSで解析するケースとの2ケースについて、検討した。EPASS plusで解析した場合、板要素でモデル化した部分が終局限界状態に達した状態で、収束解が得られなくなった。これは、この部分がせん断ヒンジ的な挙動を呈し、この部分の接線剛性マトリックスのせん断変形に関する対角要素が0に近くなるためである。今後は、このような状態以降の解析も可能となるように、プログラムを改良する必要があることがわかった。
(5)DASt Ri012の座屈区分相関図を用いると、解析に先立って、対象部材に発生する座屈区分を予想することができる。すなわち、板要素でモデル化する必要のある部材を決めることができることがわかった。

研究成果

• [文献書誌] 北田俊行・中井 博 狩野正人・水越牧郎: "薄肉箱形断面柱の局部座屈と柱座屈との連成現象に関する基礎的研究" 平成9年度土木学会関西支部年次学術講演会講演概要集. I-72-1-I-72-2 (1997)
• [文献書誌] 北田俊行・丹生光則 狩野正人・山野敏郎: "有限要素法による局部座屈と全体座屈との連成を考慮した薄肉骨組構造物の弾塑性有限変位解析" 計算工学講演論文集. 2・2. 925-928 (1997)
• [文献書誌] Kano,M.,Yamano,T.,Nibu,M.and Kitada,T.: "A Computer Program,USSP,for Analyzing Ultimate Strength of Steel Plated Structures" Proc.of 5th Int.Col.on Stability and Ductility of Steel Structures. 2. 763-770 (1997)
• [文献書誌] 水越牧郎・北田俊行 中井 博 狩野正人: "薄肉箱形断面長柱の終局強度特性と座屈現象に関する基礎的研究" 土木学会第52回年次学術講演会. 1A. 124-125 (1997)
• [文献書誌] 北田俊行・丹生光則 狩野正人・山野敏郎: "薄肉骨組構造物の連成座屈強度解析" 応力力学連合講演会概要集. 47. 177-178 (1997)
• [文献書誌] Kano,M.,Nibu,M.and Kitada,T.: "Elasto-Plastic and Finite Displacement Analysis of Thin-Walled Framed Structures by Finite Element Method" Proc.of 7th KAIST-NTU-KU Tri-Lateral Seminar / Workshop on Civil Engineering. 7. 75-80 (1997)