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    CIVIL NXで学ぶ構造力学
    構造編 - 第8章 バネの解析

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    AI 要約

    第8章では、周辺構造物や地盤の剛性、部材間の弾性的な連結を表現するバネ要素の基本的な性質を学びます。

    CIVIL NXを使用してバネ剛性の異なる複数のモデルを作成し、集中荷重に対する反力・変位・部材力を比較します。さらに、剛性比と変形の適合条件を用いた理論計算を通じて、バネを介した荷重伝達の仕組みを確認します。

    概要

    第8章では、東京電機大学 理工学部 建築・都市環境学系 准教授 宮地 一裕先生の監修のもと、構造物に隣接する地盤・柱・杭などの剛性や、部材間の弾性的な連結を表現するバネ要素について解説します。バネは、変位を完全に拘束する一般的な支点とは異なり、設定した剛性に応じた変形を許容しながら反力を発生させます。並進方向と回転方向の各自由度に剛性を設定でき、地盤のように引張力に抵抗しない特性は、圧縮専用バネとしてモデル化できます。

    チュートリアルでは、端部の回転・鉛直方向のバネ剛性と、左右の梁を連結するバネ剛性が異なるモデル1~3を作成し、両端固定で中央に内部ヒンジを持つモデル4と比較します。梁の連結部に集中荷重を作用させて、反力、変位および部材力を確認します。

    解析結果から、連結バネが柔らかいモデル1では荷重が右側の梁へほとんど伝達されないのに対し、連結バネが硬いモデル2とモデル3では左右の梁が連動して変形することを確認します。また、端部と連結部の剛性がともに大きいモデル3は、両端固定で中央に内部ヒンジを持つモデル4に近い挙動を示します。

    構造計算では、左右の梁の変位差が中央バネの変形量となる適合条件を用いて、左右の部材と中央バネの荷重分担を理論的に求めます。

    主なポイント

    バネを、設定した剛性に応じて変形を許容する弾性支点・弾性連結要素として理解する。

    バネ剛性と梁の曲げ剛性の相対関係が、反力・変位・荷重分担に与える影響を理解する。

    CIVIL NXの節点バネ支持と弾性連結要素を使用し、並進・回転方向のバネ剛性を設定する方法を学ぶ。

    バネが柔らかい場合と、剛支点・剛結合に近い大きな剛性を与えた場合の挙動を比較する。

    変位の適合条件を用いた理論計算により、左右の部材と中央バネの荷重分担を求める。

    講演者

    宮地 一裕 東京電機大学 理工学部 理工学科 建築・都市環境学系 准教授

     

    現在の専門分野

    構造工学、地震工学 キーワード([現象・力学特性] 疲労、腐食、腐食疲労、疲労強度、寿命予測、S-N曲線 [材料・対象要素] 高強度鋼線、ケーブル、ケーブル破断 [実験・計測・調査] 疲労試験、腐食促進試験、腐食調査、腐食解体調査、腐食表面測定、 錆組成分析、錆色解析、錆色分布率解析、画像解析、3Dスキャナー [解析・評価手法] 非線形解析、崩壊解析、連鎖崩壊解析 [対象構造] 橋梁構造(トラス橋、斜張橋、吊橋、アーチ橋[連続アーチ橋、タイドアーチ橋、斜吊りアーチ橋]))

     

    受賞学術賞

    2019年11月 JSCE 土木学会全国大会第74回年次学術講演会 優秀講演者賞受賞

     

    略歴
    2016年に東海大学博士課程を修了後、(一社)日本建設機械施工協会施工技術総合研究所にて研究員を務めた。 同研究所でのプロジェクトでは、実物大構造物の強度試験や実橋のモニタリング調査などの業務に努めた。 2017年に岐阜大学助教授として経験を積み、2022年に東京電機大学理工学部建築・都市環境学系の准教授に着任し、教育・研究および大学経営に従事している。 専門分野は、鋼構造、構造力学、橋梁工学、維持管理工学。 IABSE 会員、土木学会会員。

     

    研究内容

    個人の研究は主に3つのトピックに分類されます。 トピック 1 では、橋梁の進行性崩壊挙動と終局強度に関する解析研究に焦点を当てています。 トピック 2 では、新形式橋梁を提案するための解析および設計研究が含まれます。 トピック 3 では、吊形式橋梁の腐食・破壊および維持管理に関連する研究に取り組んでいます。

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