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本研究の目的は、実橋梁に近い大きさを持つ鋼桁について、実際の設計に用いる荷重に近い荷重条件のもとで数値解析を行い、垂直座屈が発生する条件や垂直座屈挙動の詳細を調べることである。研究は、橋梁会社から提供を受けた、実際に架設された鋼桁をもとに設定したモデルについて行った。結果は、研究代表者の清水らが過去に行った実験の結果や、その実験用模型をもとに設定した比較的小さな数値解析モデルに対する結果と比較した。
その結果、これまで得られた、実験区結果とほぼ同様の座屈モードに加え、フランジに座屈半波が複数生じる、高次の座屈モードによる変形も確認された。また、垂直座屈ではなくフランジねじれ座屈が発生したモデルについて、フランジのねじれを拘束したところ、本来のねじれ座屈ではなく、垂直座屈が発生した。一般に、道路橋に用いられる鋼Ｉ桁では、上フランジは、床版により座屈が拘束されるため座屈は発生しないとされている。しかし、フランジ垂直座屈は、上フランジが床版から離れ、沈下する座屈変形を呈するため、床版による座屈抑制効果が期待できない。また、垂直座屈は、フランジねじれ座屈に比べ、座屈発生後、桁の耐荷力が極めて急速に低下することが、この研究から明らかになっている。
上記の結果は、鋼Ｉ桁の設計において、フランジ垂直座屈に対しても注意を払うことの必要性を示している。
一方、フランジ垂直座屈では、フランジは、Timoshenkoにより提案された、弾性床上の柱の座屈でモデル化できると考えられる。この場合、弾性床に相当するばね定数が重要となる。本研究で、Timoshenkoの式におけるバネ定数を求めたところ、モデルの条件にはほとんど依存せず、フランジ厚に対しほぼ一つの直線で表すことができた。
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