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揚排水機場の設計計算
「河川構造物の耐震性能照査指針(H24)」に準拠し、揚排水機場の設計計算を行うプログラム

最新版製品価格 ●リリース 2012年10月
UC-1 水工

 配水池・排水機場の設計セミナー CPD
●開催日 : 2012年11月16日(金) 9:30〜16:30
●本会場 : フォーラムエイト東京本社GTタワーセミナールーム
 ※TV会議システムにて 東京・大阪・名古屋・福岡・仙台にて同時開催
●参加費 : 1名様 \18,000 (税別) 

 はじめに
揚排水機場の設計計算」は、河川構造物の耐震性能照査指針・解説 V揚排水機場編 平成24年2月に準拠し、揚排水機場の設計計算を行うプログラムです。

画像をクリックすると大きな画像が表示されます。
■図1 メイン画面
 適用形状
平面形状は、機場本体部における水路直角方向の検討断面位置を考慮するので、平面的な制約はありません。取水路、放水路部分についても検討断面位置として考慮することで設計計算は可能です。

断面形状は、鉛直方向5階層、水平方向15スパンまでの版ラーメン構造とします。版部材は個別に部材厚の変更または削除ができ、部材厚の不均一な個所を有する版ラーメン構造にも適用可能です。

基礎構造は、直接基礎または杭基礎に対応可能です。

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■図2 躯体形状画面

 計算機能
設計の考え方は、震度法または応答変位法による設計に対応し、常時、レベル1地震時、レベル2地震時の設計計算を行うことが可能です。地震時の部材の非線形性を考慮するため、本プログラムではファイバーモデルを適用した構造解析(弊社Engineer's Studio®による解析)を行います。また、直接基礎の安定計算、液状化の判定、杭基礎の設計用反力の算定を同時に行うことが可能です。

 解析モデルと解析機能
本プログラムでは、設計対象として地上構造物または地中構造物のいずれかを選択し、それぞれ震度法の適用または応答変位法の適用により設計計算を行うしくみとしています。

震度法を適用する構造物
震度法は、構造体に生じる断面力に及ぼす影響が地盤変位よりも構造体に作用する慣性力の方が支配的と考えられる構造物に適用します。本プログラムでは構造物が地上に構築されているものだけではなく半地下構造物に対しても必要に応じて地上構造物の扱いとすることが可能です。

応答変位法を適用する構造物
応答変位法は、構造体に生じる断面力に及ぼす影響が構造体に作用する慣性力よりも地盤変位の方が支配的と考えられる構造物に適用します。したがって、構造物が地中にあり、かつ、構造物が地盤の変位に追随するように変位し、この変位に伴い大きな断面力が発生する構造物が主になります。周辺地盤の影響については地盤バネを適用して考えますが、この地盤バネは地震時受働土圧を上限とするバイリニアバネとして考慮可能です。
 揚排水機場の耐震性能
「河川構造物の耐震性能照査指針・解説」では、揚排水機場の耐震性能として次に示す3段階が示されています。

耐震性能1:地震によって揚排水機場としての健全性を損なわない性能
耐震性能2:地震後においても、揚排水機場としての機能を保持する性能
耐震性能3:地震による損傷が限定的なものにとどまり、揚排水機場としての機能の回復が速やかに行いうる性能

また、要求される耐震性能について、次のとおり規定されています。

レベル1地震時 すべての揚排水機場に対して  : 耐震性能1
レベル2地震時 常用の揚排水機場に対して   : 耐震性能2
それ以外の揚排水機場に対して : 耐震性能3

本プログラムでは、レベル1地震時、レベル2地震時のそれぞれに対して設計者の判断で耐震性能を任意に設定可能としています。

レベル1地震動に対しては「耐震性能1〜3」のいずれかを設定可能であり、レベル2地震動に対しては「耐震性能2〜3」を設定可能としています。常時およびレベル1地震時「耐震性能1」では構造物を弾性体扱いとして線形解析、「耐震性能2」または「耐震性能3」では部材剛性の低下を考慮した非線形解析を行います。

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■図3 揚排水機場の解析モデルと解析方法

 荷重
設計に考慮する主な荷重は、躯体自重、上載荷重、外圧(土圧・水圧)、内圧(水圧)、および、地震時の慣性力、土圧、水圧などとします。これらの荷重を組合せて載荷し、各部材に発生する断面力に対して、断面照査(許容応力度法、限界状態設計法)を行なうものとします。

常時の照査に考慮する荷重
荷重項目 生成方法
1 躯体自重 自動算定
2 上載荷重 任意入力
3 土圧 自動算定(静止土圧)
4 外水圧 自動算定(静水圧)
5 内水圧 自動算定(静水圧)
6 その他 任意入力(任意荷重データとして入力)

地震時の照査に考慮する荷重
荷重項目 生成方法
1 躯体自重 自動算定
2 上載荷重 任意入力
3 外水圧 自動算定(静水圧)
4 内水圧 自動算定(静水圧)
5 その他 任意入力(任意荷重データとして入力)
6 地震時慣性力 自動算定
7 地震時土圧 自動算定
8 地震時動水圧 自動算定
9 変位振幅荷重 自動算定

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■図4 地震時組合せ画面
 結果確認/印刷
画面上での結果確認および印刷プレビューを行なうことができます。結果確認としては、安定計算結果、断面照査結果、フレーム解析結果などを用意しています。
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■図5 骨組解析結果画面 ■図6 計算書プレビュー画面
 液状化の判定
液状化の判定は、液状化抵抗係数FL=R/Lが1.0以下である場合に、地盤が液状化するものと判定します。Rは地盤の液状化に対する抵抗力を表す指標(動的せん断強度比)であり、Lは地震動によって地盤中に生じるせん断応力を表す指標です。本プログラムでは、各地層ごとに液状化の判定を行なう/行なわないの指定が可能で、N値は層ごとの平均N値を用いる場合と、任意深度ごとに細かく入力したN値を用いる場合との選択が可能です。
 杭基礎構造に対応
揚排水機場では多くの場合、軟弱地盤または液状化の可能性のある地盤とみなされ、杭基礎構造の検討が必要となります。本プログラムでは、任意の杭配置、任意の杭頭条件で支持された揚排水機場の設計計算が可能です。本プログラムからは各杭1本ごとの杭頭反力を出力しますので、別途杭基礎プログラムを用いて杭の設計が可能となります。杭頭条件としては、ピン支点、固定支点、バネ支点など、さまざまな条件設定が可能です。
 ESとの連携が可能
本プログラムの骨組構造の解析部は、弊社製品Engineer's Studio®による解析部ソルバーを採用しています。本プログラムでの解析実行と同時に、Engineer's Studio®用の入力用データファイルがエクスポート出力可能で、Engineer's Studio®によって再計算および結果閲覧を行うことで、より詳細な構造解析結果を確認することができます。

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■図7 Engineer's Studio®による
解析結果確認
(Up&Coming '12 秋の号掲載)
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