合成桁の設計で考慮する温度差や温度変化の影響ではなく、別の理由です。

ある論文を読んでいて、微小ながら端支点付近で上フランジに引張応力が発生しており、固定観念が覆されました。

「活荷重による非合成桁ずれ止めのせん断力応答と疲労強度の比較検討」1)

という論文で、ずれ止め、床板、鋼桁をモデル化して数値解析した結果にその現象があります。

理屈として、以下のことが記載されていました。

「・・ずれ止めのせん断力がコンクリート床板あるいは鋼桁の重心とずれ止め取り付け位置の距離を介してコンクリート床板あるいは鋼桁の曲げに影響する・・」

非常に納得できる解釈です。私は、この文章を読む前に自分なりに考えたのですが解釈ができず、

悔しい思いをしました。日々、平面的にしか構造を考えてないという、技術者としてあるまじき人間です。

この論文を読んで、立体的な挙動を考えることの重要性を改めて知ることができました。

実現象としても、同様の現象が起こるのかは気になるところです。

余談ですが、格子解析をすると端支点で影響線載荷による負曲げが出てしまうことがあります。

立体的な挙動を考えているわけではないのでずれ止めとは関係ないですが、気になっています。

1)桑原ら 「活荷重による非合成桁ずれ止めのせん断力応答と疲労強度の比較検討」構造工学論文集 vol63A p899-909

格子解析は主桁や横桁などを梁要素でモデル化したものです。

そこで得られた断面力から中立軸位置、断面二次モーメント等を考慮して応力を評価します。

しかし、立体的なものを梁に置き換えているため、立体解析(3次元FEM等)との差が生じることが考えられます。

技術者として、格子解析はどの程度安全側に算出されるのかは気になるところです。

鈑桁では、主桁のねじり剛性を考慮しない。解析モデルでは横桁を考慮して対傾構、横構、床板は考慮しない。(ただし、合成桁では床板あるいは鉄筋と鋼桁による剛性をはり要素に与える)

などなど一般的に行われるようです。

したがって、実挙動とかけ離れた応力状態になるのは間違いありません。

そんな中、安全側の結果を提示しているのを見つけました。

支間36m4主桁の単純活荷重合成桁について、格子解析と立体解析を行った結果1)があります。

それぞれに、幅員中央に対して左右対称に分布荷重を載荷した中央載荷と、

幅員中央に対して左側に分布荷重を偏載荷した場合について比較しています。

主桁に関しては

中央載荷では、立体解析に比べて約1.08～1.2倍、

偏載荷では、厳しい主桁に関しては約1.1～1.45倍ほどフランジ応力が大きくなります。

横桁に関しては

中央載荷では、立体解析の約2.5～2.9倍、

偏載荷では、約5.7～14.5倍フランジ応力が大きくなります。

つまり、格子解析では立体解析よりも安全側の値を与えるということがいえます。

特に、横桁は差が非常に大きいです。格子解析では床板や横構による影響を考慮していないことが要因となっています。

それを考えれば、横桁に関しては断面寸法および継手は更に合理化できそうな気がしてきます。

しかしながら、継手に関しては亀裂の発生事例があるようなので、安心はできません。2)

留意点として、橋には様々な条件があり、それに適応した構造形式となっているため、全ての橋で同じことがいえるわけではありません。

なお、前述の数値実験では下横構ありとなしのパターンを比較しています。

下横構が無い方がフランジ応力が大きくなるわけですが、格子解析は下横構がないものよりも安全側となります。

したがって、下横構が無い方が格子解析に結果は近づくということになり、合理的な設計となり得ることがいえます。

1）橋梁と基礎 報告記事「下横構を省略したプレートガーダー橋の提案」　1993/11

2)鋼道路橋疲労設計便覧　R2 p.48

都合上、鋼橋に着目して行う予定です。

・設計に関する気づいたこと

・各種基準(道路橋示方書など)に対する考察

・論文や専門誌を読んでの感想

について書いてきます。

自分の勉強のために行っていきます。

なお、このブログで書かれることは全て私の見解となりますので、ご容赦ください。