2017
04.06

単純塑性設計とは?

Category: 用語
前回の記事に出てきた「単純塑性設計」という言葉について、手近な資料に出ている説明を示しておこう。

文献 1 の Chapter 2 "The Plastic Hinge" のサマリー(2.11 Summary)に以下のような文がある(拙訳と原文)。

塑性ヒンジモデルは、骨組構造物の塑性解析を大幅に単純化し、準静的な過程としての崩壊荷重を決定する。それは単純塑性論の基礎をなす。

The plastic hinge idealization drastically simplifies the plastic analysis of framed structures and makes the full collapse load determination as a quasistatic process. It forms the basis of the simple plastic theory.

Chapter 2 ではそのような塑性ヒンジに基づいた手法を説明した、との後に以下のように書かれている。

しかし、重要度としては二次的な因子の中には、部材が全塑性モーメントに達することを妨げるものがある。軸力、せん断力、座屈および接合部の詳細といったものがそうである。これらの因子は、"単純"塑性論には含まれないが、実際の設計では考慮する必要がある。

本章では、以下の因子の影響と特性について議論し、適切な設計手順によって元の単純塑性設計と適合しているかを確認した。

・塑性モーメントを低減させる軸力とせん断力
・薄肉断面の局部座屈を生じ得る不安定性
・塑性モーメントを適切に伝達する部材の接合

However, several factors of secondary importance will prevent the member from reaching the full plastic moment. These factors include such things as axial load, shear, buckling, and connection details. These factors are not included in the "simple" plastic theory, but we must take them into account in practical design.

In this chapter, the effects and characteristics of the following factors were discussed and appropriate design procedures provided for checking the suitability of the original simple plastic design:

・ axial load and shear force that will reduce plastic moment.
・ instability that may cause local buckling of thin-walled sections.
・ connections that are properly proportioned to transmit plastic moment from one member to the other.

文献 2 の "4.2.1 鉄骨造骨組解析用の部材モデル" の (b) では以下のように「単純塑性ヒンジ」を説明している。

... 部材端部に回転の自由度だけを持つ長さがゼロのヒンジを設定し、部材軸部を弾性棒または剛棒にモデル化する。曲げに伴う塑性挙動はヒンジのモーメント-回転角関係で規定される。この関係を工夫すれば、局部座屈に伴う劣化などの複雑な挙動を、便法であるが少ない計算負荷で表現可能である。

こちらでは、軸力やせん断力を省いているという点で上記の"単純"と同様だが、局部座屈に伴う劣化までも含めている点では上記のものとニュアンスを異にするようだ。


参考文献

  1. W. F. Chen and I. Sohal : Plastic Design and Second-Order Analysis of Steel Frames, Springer-Verlag, 1995

  2. 日本建築学会 : 応用力学シリーズ 4 構造物の崩壊解析 基礎編 1997




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