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New Products
Engineer's Studio® Ver.2
平成24年道示対応
3次元プレート動的非線形解析

最新版製品価格
●リリース 2012年7月19日
UC-win 動的非線形解析

 はじめに
Engineer's Studio® Ver 2.00.00の主な改訂項目は次の3点です。
  1. 平成24年道路橋示方書への対応
  2. 平板要素のメッシュ分割アルゴリズムを改善(四角形、四角形+三角形での自動分割)
  3. 減衰要素(F = C * V^a)対応

 平成24年道路橋示方書
平成24年道路橋示方書では耐震設計編の内容が大きく変わりました。本製品の動的解析に関しては、「新道示の地震波形収録」、「鉄筋コンクリート断面のM−φ」、「鋼製橋脚断面のM−φ」が主な対応項目です。残留変位の照査も対応しています。

新道示では、レベル2地震動のタイプI波形が一新されました。動的解析に必要な全ての波形は、製品をインストールしたフォルダ(C:\Program Files \FORUM 8\Engineers Studio 2.0.0\Samples\Waves\)に納めています。

鉄筋コンクリート断面のM−φに必要な入力画面は図-1です。ここで、鉄筋の許容ひずみに関する入力を行います。コンクリートの応力ひずみ曲線は、従来の終局ひずみ0.8σccが0.5σccに変更されています。これらの条件から、M−φ特性(図2)が得られます。これは新道示で規定されるバイリニア型の非線形履歴モデルです。

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■図1 鉄筋の許容ひずみεstを算出するための
入力画面
■図2 鉄筋コンクリート断面のM−φ特性

鋼製橋脚断面のM−φに必要な入力画面は図3です。これはコンクリート充填なし矩形断面の場合です。ここで、鋼製橋脚の許容ひずみεaに関する入力を行います。εa算出時の各パラメータが適用範囲内かどうかの判定も確認できます。非線形履歴モデルは図4のようになります。

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■図3 鋼製橋脚断面の
許容ひずみを算出するための入力画面
■図4 鋼製橋脚断面のM−φ特性

 平板要素のメッシュ分割
平板要素のメッシュ分割アルゴリズムを改善しました。任意形状の図形(アウトライン)を四角形要素で自動分割できるようになりました。従来版では三角形による自動分割のみ対応していました。四角形と三角形を混在させた自動分割にも対応しています。自動分割の品質も向上しました。図5は、アウトラインで作成した円形や楕円の中空部分を持つ長方形の壁を四角形2次要素で自動分割する様子です。

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■図5 平板要素の自動メッシュ分割を四角形2次要素で行なう様子

 減衰要素
速度べき乗型粘性ダンパーと呼ばれることがある減衰要素に対応しました。この減衰要素の特性は、速度と力の関係が下式で表されるモデルです。



ここで、
 F :減衰抵抗力(kN)
 V :速度(m/sec)
 C :減衰係数(kN.sec/m)
 α :速度指数(たとえば0.3など。1.0だと線形粘性ダンパーになる)

減衰要素は、ばね要素のようにi端側節点とj端側節点の間に配置します。動的解析中には生じる2つの節点の速度差、つまり、相対速度に応じて力が生じます。この力は減衰力となります。ちなみに、ばね要素は相対変位に応じて力が生じる要素です。減衰要素もばね要素と同じように要素座標系を持ちますが、速度と力の関係はi端側節点からj端側節点へ向かう一軸方向(xl)に発生します。もし、両節点が同じ座標のときは、別途座標系を与える必要があります。

上式中のCとαは、速度べき乗型粘性ダンパーを製造しているメーカーから提供される値になります。

図6は、鋼逆ローゼ橋の端柱対傾構に減衰要素を配置して動的解析を行なった一例です。図中のグラフは、左が「変位δと力F」を、右が「速度Vと力F」の応答を表しています。減衰力が発生すると図のような曲線になります。

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■図6 鋼逆ローゼ橋の減衰要素の動的解析結果

 その他の機能追加
その他に、以下のような機能追加を行なっています。
  • 変位図のアニメーションを録画する機能(図7)
  • 初降伏曲げモーメントMy0計算にコンクリートひずみを指定することが可能
  • フレーム計算後に最大応答発生時の軸力を用いて、許容曲率や許容回転角を再算出する機能(図8)

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■図7 果のアニメーションを録画する機能 ■図8 許容曲率を再算出したときの詳細情報

 おわりに
今後も、計算機能の強化や入出力画面、レポートの改善を行なっていく予定です。ぜひ、ご期待ください。
(Up&Coming '12 秋の号掲載)
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