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新製品紹介

●UC-win/FRAME(3D) Ver.1.08 3次元動的非線形解析プログラム

UC-win/FRAME(3D)は、汎用3次元骨組構造解析プログラムです。Lite版では静的線形解析と影響線を用いた活荷重の計算をサポートします。
Advanced版ではLite版の機能に加えて、材料非線形と幾何学的非線形(大変位理論)を考慮した静的および動的解析をサポートします。
両版ともフレーム計算後に応力度や耐力等を照査する断面計算機能があります。

今回の改訂では、荷重の表形式入力画面追加と動的解析機能の強化を行いました。


●節点荷重、部材荷重の表形式入力画面を追加

 本プログラムの荷重載荷方法は、節点や部材を選択した後に荷重の編集画面を呼び出して各荷重値を設定することが基本ですが、多くのユーザー様から"表形式でも入力したい"とのご要望をいただきました。
これに応えるため、今回は従来の入力方法も維持した上で、新たに荷重の一覧表入力画面を追加しました(図1)。
この画面では、
 ・すべての荷重ケースを表示
 ・節点荷重や部材荷重を同時に表示
 ・集中荷重や分布荷重などの荷重タイプを同時に表示
 ・i端からの距離、j端からの距離で入力可能
 ・部材番号(=名称)が連番の場合は、複数部材への一括定義が可能
 ・行のコピー/貼付けが可能
 ・表計算ソフトとのコピー/貼付けが可能
 ・表中で選択している行の荷重図を同時に表示
に対応しています。

 これらの機能は、弊社現行製品「UC-1/FRAME(面内)」や旧製品「UC-1/FRAMEマネージャ」の荷重入力方法を拡張・発展させたものとも言えますので、それらに慣れたユーザーの皆様にも違和感なくご利用いただけることと思います。

▲図1 節点荷重、部材荷重の表形式入力画面

●ばね要素を用いたM−θモデルの機能強化

 動的非線形解析モデルの1つに、曲げモーメント−回転角関係を用いた非線形特性を定義するM−θモデルがあります。
本プログラムでは、二重節点間にばね要素を置くことで、これを表現します。
しかしながら、ばね要素の向きを正しく配置することなど難しい面がありました。
これまでに、M−θ特性の算出元となる断面の形状や配筋状態を表示する機能や隣接部材を指定することでばね要素座標系の自動設定機能を搭載してきました(Ver 1.06.00)。今回はさらに3つの機能を追加しました。

 1つ目は、損傷状態の表示機能です。
たとえば、ばね特性がトリリニア型の場合、ひび割れ・降伏・許容・終局・2x終局・破断の6つの損傷状態があります。
計算結果後のメイン画面では、それぞれの状態に対応する色がばね要素を表す断面の絵に着色され、簡単に損傷レベルを識別できるようになりました(図2)。
さらに、損傷を表す凡例をクリックすると、それぞれの損傷が発生したステップやばね要素の名称を確認することもできます。

 2つ目は、軸力自動算定機能です。
これまでは、フレーム計算を行ってばね要素に生じる軸力を事前に把握し、その後M−θ特性において軸力を手動で入力する必要がありました。
今回は、その軸力を自動的に求める機能を追加しました。
操作方法は、モデル設定で荷重ケースを指定し、ばね要素の編集画面において、軸力を自動算出するという設定にしておくだけです(図3)。
すると、ばね要素に隣接している部材の材端に生じた軸力を用いてプログラムがM−θ特性を自動的に生成し、続けて動的解析を開始します。
これは、M−φ要素を対象にしていた軸力自動算定機能をM−θモデルにも拡張したものです。

 3つ目は、残留変位照査機能です。
以前のバージョンでは、M−θモデルに対して残留変位照査を行うことができませんでした。
この理由は、上述のばね要素に対する損傷状態を把握する仕組みがプログラムになかったためです。
今回、それを追加したことによって、M−θモデルに対しても残留変位の照査を行うことができるようになりました。

 これらのばね要素を用いたM−θモデルの機能強化は、全ての非線形モデル(ファイバー要素、M−φ要素、M−θモデル)に対する損傷表示や残留変位の照査を可能にしました。
これまで、M−θモデルを採用して不便を感じておられたユーザー様には便利にお使いいただけると思います。
   
▲図2 M−θモデル(ばね要素)の損傷表示    ▲図3 ばね要素(M−θモデル)の軸力自動算出設定



●コンクリートヒステリシスの新規追加

 
ファイバー要素に用いるコンクリートヒステリシスに、次の2種類を追加しました。

 1つは、横拘束されたコンクリートの除荷・再載荷履歴モデルです(図4)。このモデルは、下記文献を参考にして作成したモデルです。
 堺淳一,川島一彦,庄司学:横拘束されたコンクリートの除荷および再載荷過程における応力度〜ひずみ関係の定式化,土木学会論文集,No.654/I-52,pp.297-316,2000.7

 もう1つは「2002コン示[耐震]」モデルです(図5)。これは、下記文献に示されているもので、本プログラムに従来から搭載している「COM3コンクリート型」を簡略化したモデルです。

土木学会:2002年制定コンクリート標準示方書[耐震性能照査編]、図4.1.1
     
▲図4 横拘束されたコンクリートの
                除荷・再載荷履歴モデル
      ▲図5 2002年コンクリート標準示方書
                    [耐震性能照査編]モデル



●M−φ特性に降伏剛性を追加

 M−φ特性に線形タイプを追加しました。
これを選択すると、プログラムは、M−φ特性に使用している断面の降伏曲率と降伏曲げモーメントより降伏剛性を自動的に求めます。
この用途は、柱部材の降伏剛性を考慮した固有値解析や水平震度1.0のフレーム解析を行うときに便利です。
操作手順としては、柱部材の部材タイプをM−φ要素に設定して、それが使用するM−φ特性を線形タイプ(=降伏剛性)にしておくだけとなります。



●ファイバー要素、M−φ要素を用いたモデルの処理速度向上


 ファイバー要素やM−φ要素に対するポストプロセスの処理速度を改善しました。これにより、ファイバー要素やM−φ要素が多いモデルのフレーム計算時間が大幅に短くなりました。最も顕著な例を挙げると、動作環境が
 CPU:PentiumIV, 3.2GHz メモリ:2.0GByte
 オペレーティングシステム:WindowsXP(SP2)
の場合に、製品添付のサンプルモデル「s04__MetalPier_要素比較.f3d」では、従来7分強だった計算時間が3分程度に短くなりました。
この例では約2.3倍早くなったことになります。(注:モデルや動作環境によって、処理速度改善効果が異なることを予めご了承ください)



●許容曲率の照査と降伏曲率の同時照査

 現行版では曲率照査を行う場合に、照査する曲率として、ひび割れ曲率φc、降伏曲率φy、許容曲率φaのいずれか1つを指定するものでした。今回の改訂では、それら3つの照査を同時に行うことができるように拡張しました。照査結果では、フレーム計算結果として得られる応答曲率φに対して、φ/φc、φ/φy、φ<φaを表示します。これにより、部材の応答塑性率μ(=φ/φy)の値と許容曲率の照査結果を同時に確認することができるようになります。

▲図6 ばね要素の時刻歴グラフ
●ばね要素結果の時刻歴グラフ出力

 ばね要素の時刻歴グラフを結果画面とレポート出力に追加しました(図6)。節点や部材の時刻歴結果画面と同様に、複数のラン(たとえば、3波形の地震動に対する動的解析)にも対応しています。



●既設RC橋脚断面に対するタイプII設計時の終局ひずみ

 道路橋の既設RC橋脚の照査などでは、準拠基準が「道示-V(タイプII)」の場合に横拘束効果を考慮しないとして、コンクリートの応力ひずみ曲線の終局ひずみεcuに最大圧縮応力時のひずみεccを指定することがあります。
従来はそのような指定ができなかったので便宜的に準拠基準を「道示-V(タイプI)」に指定する必要がありました。
今回の改訂により、そのような入力上の工夫をする必要がなくなりました。




●その他


 上記以外では、次のような機能追加を行いました。

・メイン画面の要素表にi端とj端で使用されている断面名称を一覧形式で表示
・名古屋高速ゴム支承型の平成15年版対応(名古屋高速道路非線形動的解析実施要領(案)、平成15年10月、名古屋高速道路公社)

 今回の改訂では、フレーム計算には欠かせない荷重入力部分に関する大幅な機能追加と動的非線形解析機能の強化を行いました。
これにより、従来の版よりも使いやすく、また、解析モデルの選択肢も増えたと思います。今後も継続して機能追加・改善に取り組んで参ります。
特に、表形式入力に関しては、荷重以外の入力項目に対しても拡張していきたいと考えています。どうぞご期待ください。


■UC-win/FRAME(3D) Ver.1.08 リリース予定日:2006年5月末

(Up&Coming '06 春の号掲載)
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