| 研究課題/領域番号 |
26420457
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| 研究機関 | 信州大学 |
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研究代表者 |
清水 茂 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (90126681)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | フランジ垂直座屈 / 鋼Ｉ桁 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、曲げを受ける鋼Ｉ桁上フランジの垂直座屈について、（１）その発生メカニズムや垂直座屈強度を支配する要因を数値解析により調べ、（２）フランジ垂直座屈の力学的モデルを提案し、（３）慣用の照査式に替わる照査式を考察することである。
２７年度は、引き続き（１）を行ったほか、（２）について、Timoshenkoのモデルの適用についての考察を行った。また、（３）については、その準備的な研究を行った。
（１）では、現実に架設された鋼橋をもとにしたモデルに対し、前年度と同じく数値解析により、垂直座屈の発生の有無、発生する場合の座屈強度などを調べた。本研究は、過去の実験で予期せぬ垂直座屈が発生したことが契機となっていたため、これまでの解析モデルは、いずれも実験用模型を基に、かなり小さなものを設定していた。そこで、２７年度は、実際に架設された橋梁のデータを基に解析モデルを設定した。解析の結果、実際の橋梁でも垂直座屈が発生しうること、その発生位置は、実験用モデルで観察された位置と異なる場合もあることが確認された。
（２）のTimoshenkoのモデルについては、その中で必要となるバネ定数を求めるための準備として、前年度と同様に、（１）で得られた解析結果からバネ定数を逆算した。その結果、バネ定数は桁高には依存せず、腹板の上部のみが関わっているらしいことが確認できた。また、２６年度に実施した実験用模型を基にした小さなモデルの場合と同じく、実橋サイズのモデルでも、バネ定数の値はフランジ剛度と線形の関係があることが確認できた。
以上のことから、垂直座屈については、Timoshenkoのモデルを適用する場合、腹板全体を単純にバネに置き換えるのではなく、その上部のみの変形性状とフランジ剛度からバネ定数を求める必要があることが分かった。これが上記（３）に関する結果に該当する。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究実績の概要で述べた研究目的の（１）～（３）それぞれについて達成度を説明する。
（１）については、２７年度は特に、解析モデルの大きさを実橋梁にあわせ、現実に架設される桁でも垂直座屈が起こり得るか調べた。具体的には、橋梁関係企業の技術者から実際に架設された橋梁のデータを入手し、それをもとにモデルを作成した。解析の結果、実橋梁でも垂直座屈の発生することを確認した。その発生箇所は、小型模型の場合は桁の中央パネルのみであったが、実橋梁ではそれに隣接するパネルで発生する場合が見られた。以上のことから、実橋梁においても垂直座屈挙動を支配する要因がある程度分かってきた。これらのことから、（１）に関しては、達成しつつあると考えている。
（２）については、（１）の解析結果などから判断し、フランジ垂直座屈をTimoshenkoの弾性床上の柱の座屈でモデル化すること自体は適切であると判断した。ただし、Timoshenkoのモデルで必要となる弾性床のバネ定数については、その扱いが、まだ定まっていない。実橋梁について、前年度と同様にバネ定数を逆算し、そのバネ定数の値をフランジ厚に対してプロットすると、桁高、桁長（曲げモーメントの大きさ）、腹板の鋼種等に関わらず、ほぼ１本の直線で近似できることがわかった。以上のことから、（２）に関しては、目標の７０％程度まで達成できたと考えている。
（３）については、（２）の成果を元に、今後、必要な照査式の提案について考察を進めることとなる。最も重要となるバネ定数の決定について、鋼種や桁高とは無関係に１本の線で近似できる可能性が分かったため、今後はこのバネ定数の値を有するバネのモデルを考察することとなる。
以上のように、２７年度は、２６年度の成果を踏まえて研究が進んでいると考えているため、概ね順調と判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
最終のとりまとめを念頭に、次の通り研究を進める。
（１）実際の設計で使われる荷重による垂直座屈挙動を調べる。（２）バネ定数のモデルを考察する。
（１）について、これまでは、垂直座屈が発生した実験と同じく、２点載荷の状態で解析を進めてきた。しかし、道路橋示方書のＬ荷重は、基本的に分布荷重である。そこで、実際に道路橋示方書を適用することを踏まえ、解析モデルに分布荷重を載荷し、垂直座屈発生の有無や発生する場合の座屈強度・桁の挙動を調べる。これまでの２年間の研究により、２点載荷の場合、その２点の荷重のわずかの違いに起因する荷重の非対称性が、垂直座屈発生の有無に大きく関わっているらしいことが分かってきた。これは、この研究のそもそもの契機である清水らの実験において、２点載荷の荷重が左右で１％程度異なっていたことを念頭に置いた研究であった。しかし、分布荷重の場合、垂直座屈に関係する非対称性をどのように設定するか定まっていない。そこで、まず、荷重を完全に対象とした場合について、垂直座屈発生の有無と、その座屈強度を調べることとする。ついで、道路橋示方書のＬ荷重のうち、橋上全体に分布させるP2荷重と、長さ10mのみに分布させるP1荷重を組み合わせ、非対称性の影響などを調べることとする。
（２）については、Timoshenkoのモデルにおけるバネ定数を決定するにあたり、腹板をそのまま、例えば板の面内圧縮に対する剛性を用いることは不適切である事は、これまでの２年間の研究で明らかになっている。そこで、得られた解析結果から、そのバネが持つべきバネ定数の値を逆算し、そのバネ定数を有するようにバネのモデルを設定することを考えている。現在までに、このようにして求めたバネ定数は、他の条件にあまり依存せず、フランジの剛度に対してほぼ線形に変化することがわかっているので、２８年度はこの方向で研究を進め、最終的な総括とする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
物品購入および外国出張に当たり、予定よりわずかに安価で済んだことにより、端数が生じたため。
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| 次年度使用額の使用計画 |
28年度分とあわせて物品費として使用予定である。
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