JP5395636B2 - Structural analysis method for structures - Google Patents

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Description

本発明は、構造物を構成する一部材が破壊した場合における構造物の崩壊現象を解析する構造物の構造解析方法に関する。   The present invention relates to a structure analysis method for a structure for analyzing a collapse phenomenon of the structure when one member constituting the structure is broken.

近年、国内外においてトラス橋の崩落事故及び部材破断事故が発生した。これらの事故を契機として、鋼トラス橋の破壊現象の解析が重要視され、橋梁の維持管理分野等に関する研究が進められている。この解析方法の一つとして、橋梁のリダンダンシー解析が知られている。リダンダンシーとは、構造物を構成する部材が破壊した後の構造物全体系の余裕度(終局状態までの余裕度)を意味している。このリダンダンシー解析によって、橋梁のリダンダンシーや、構造物の重要部材が正確に決定できれば、点検期間や点検部材の決定等に役立てることができる。   In recent years, truss bridge collapse accidents and member fracture accidents have occurred in Japan and overseas. As a result of these accidents, analysis of fracture phenomena of steel truss bridges is regarded as important, and research on the field of bridge maintenance and management is underway. As one of the analysis methods, a redundancy analysis of a bridge is known. Redundancy means the margin of the entire structure after the members constituting the structure are broken (margin to the final state). If this redundancy analysis can accurately determine the redundancy of the bridge and the important members of the structure, it can be used for determining the inspection period and the inspection members.

例えば、非特許文献1に開示されたリダンダンシー解析では、線形解析を行って着目部材の破壊時における他の部材断面力を算出し、その断面力を用いて各部材が終局状態であるか否かを判定している。この断面力の解析においては、橋梁の上下弦材及び斜材等を梁要素、RC床版をシェル要素としてモデル化し、所定の荷重を載荷して解析を行っている。載荷する荷重は、死荷重、活荷重に加え、部材破壊による急激な応力開放に伴う衝撃を考慮するため、解析結果に対して衝撃係数(ここでは衝撃係数1.854)を乗じている。   For example, in the redundancy analysis disclosed in Non-Patent Document 1, a linear analysis is performed to calculate a cross-sectional force of another member at the time of destruction of the member of interest, and whether or not each member is in an ultimate state using the cross-sectional force Is judged. In the analysis of the cross-sectional force, the upper and lower chord members and diagonal members of the bridge are modeled as beam elements, and the RC floor slab is modeled as a shell element, and analysis is performed by loading a predetermined load. The load to be loaded is multiplied by an impact coefficient (in this case, an impact coefficient of 1.854) in order to take into account the impact due to sudden stress release due to member destruction in addition to the dead load and live load.

永谷 秀樹、他8名、「我国の鋼トラス橋を対象としたリダンダンシー解析の検討」、土木学会論文集A、Vol.65 No.2 p.410−425、2009年5月Hideki Nagatani and 8 others, “Examination of redundancy analysis for steel truss bridges in Japan”, JSCE A, Vol.65 No.2 p.410-425, May 2009

しかし、非特許文献1に係るリダンダンシー解析では以下のような問題がある。
(1)部材破壊時に生じる衝撃力の算出において、根拠が不明確な衝撃係数(衝撃係数1.854)を採用している。部材が破壊しても、実際にはこのような断面力が発生しない可能性がある。つまり、部材破壊後の挙動が弾性範囲内にある場合においては、衝撃力を過大評価する傾向がある。
(2)解析手法が、線形解析であるため、部材が塑性化した場合の挙動については不明確である。つまり、部材に作用する荷重が大きくなり塑性域に達すると、応答値を過小評価している。
However, the redundancy analysis according to Non-Patent Document 1 has the following problems.
(1) An impact coefficient (impact coefficient of 1.854) with an unclear basis is used in calculating the impact force generated when a member breaks down. Even if the member breaks, such a cross-sectional force may not actually be generated. In other words, when the behavior after member destruction is in the elastic range, the impact force tends to be overestimated.
(2) Since the analysis method is linear analysis, the behavior when the member is plasticized is unclear. That is, when the load acting on the member increases and reaches the plastic region, the response value is underestimated.

(3)破壊と判定された一つの部材をもって、橋梁全体の評価や構造上重要部材の決定をしている。一つの部材が破壊すれば、部材力の再分配や部材の破壊が連鎖的に破壊することもあるが、これらについては考慮できていない。 (3) With one member determined to be broken, the entire bridge is evaluated and structurally important members are determined. If one member breaks, redistribution of member forces and member breakage may be broken in a chain, but these cannot be considered.

本発明はこのような課題を解決するために創作されたものであり、構造物を構成するある部材が破壊した場合における連鎖的な部材破壊を考慮したうえで、構造物の崩壊現象を解析する構造物の構造解析方法を提供することを目的とする。   The present invention was created in order to solve such problems, and analyzes the collapse phenomenon of a structure in consideration of chained member destruction when a certain member constituting the structure breaks. An object of the present invention is to provide a structure analysis method for a structure.

本発明は、前記課題を解決するため、複数の部材で構成される構造物を、前記各部材の非線形性を考慮可能な要素でモデル化して構造解析用モデルを作成し、この構造解析用モデルを使用して構造物の破壊現象を解析する構造物の構造解析方法であって、構造解析用モデルに対して静的解析を行って、この構造解析用モデルを構成する各部材に作用する応力を取得する静的解析ステップと、前記構造解析用モデルの部材の一つを削除した状態の構造解析用モデルを新たに作成する変更モデル作成ステップと、前記変更モデル作成ステップで作成された構造解析用モデルに対して、部材を削除する直前に各部材に作用していた応力を与えて自由振動解析を行う自由振動解析ステップと、前記自由振動解析ステップにおいて新たに破壊された部材があるか否かを判定する破壊部材判定ステップと、前記破壊部材判定ステップで新たに破壊された部材が無いと判定された場合に、前記自由振動解析を行った後の構造解析用モデルに対して静的解析を行って、この構造解析用モデルが崩壊したか否かを判定する崩壊判定ステップと、を含み、前記破壊部材判定ステップで新たに破壊された部材が無いと判定されるまで、前記変更モデル作成ステップ、前記自由振動解析ステップ及び前記破壊部材判定ステップを繰り返すことを特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention creates a structural analysis model by modeling a structure composed of a plurality of members with elements that can take into account the nonlinearity of each of the members. Is a structural analysis method for a structure that analyzes the fracture phenomenon of the structure using static electricity, and performs static analysis on the structural analysis model, and the stress acting on each member constituting the structural analysis model A static analysis step for obtaining a structural analysis, a modified model creating step for newly creating a structural analysis model in a state where one of the members of the structural analysis model is deleted, and a structural analysis created in the modified model creating step A free vibration analysis step in which free vibration analysis is performed by applying a stress acting on each member immediately before the member is deleted to the model for use, and a member newly destroyed in the free vibration analysis step When it is determined that there is no newly destroyed member in the destructing member determining step and the destructing member determining step for determining whether or not there is a structural analysis model after performing the free vibration analysis Performing a static analysis and determining whether or not the structural analysis model has collapsed, and until determining that there is no newly destroyed member in the destructive member determination step, The modification model creation step, the free vibration analysis step, and the fracture member determination step are repeated.

かかる方法によれば、自由振動解析ステップでは、部材の一つを削除した後の自由振動解析において、部材を削除する直前の構造系において各部材に作用していた応力を与えるため、この破壊された部材が負担していた応力をステップ荷重とした動的応答解析を行うことができる。
また、新たに破壊された部材が無いと判定されるまで、変更モデル作成ステップ、自由振動解析ステップ及び前記破壊部材判定ステップを繰り返すため、部材の連鎖的な破壊に応じて変化する構造系を考慮した動的解析を行うことができる。即ち、本発明によれば、実際の構造物の崩壊過程を考慮できるため、破壊現象を高い精度で解析することができる。
According to such a method, in the free vibration analysis step, in the free vibration analysis after deleting one of the members, the stress applied to each member in the structural system immediately before the member is deleted is applied. It is possible to perform a dynamic response analysis using a step load as a stress borne by the member.
In addition, in order to repeat the change model creation step, the free vibration analysis step, and the destruction member determination step until it is determined that there is no newly destroyed member, the structural system that changes according to the chain destruction of the members is considered. Dynamic analysis can be performed. That is, according to the present invention, since the actual collapse process of the structure can be taken into consideration, the destruction phenomenon can be analyzed with high accuracy.

また、前記静的解析ステップでは、基準荷重に変数αを乗じて得た割増荷重を作用させて静的解析を行い、前記崩壊判定ステップにおいて、前記構造解析用モデルが崩壊しないと判定された場合には、前記変数αを増加させたうえで、前記静的解析ステップに移行し、前記構造用解析モデルが崩壊したと判定されるまで、変更モデル作成ステップ、自由振動解析ステップ、破壊部材判定ステップ及び崩壊判定ステップを繰り返すことが好ましい。   In the static analysis step, static analysis is performed by applying an additional load obtained by multiplying the reference load by the variable α, and in the collapse determination step, the structural analysis model is determined not to collapse After increasing the variable α, the process proceeds to the static analysis step, and until it is determined that the structural analysis model has collapsed, a modified model creation step, a free vibration analysis step, a fracture member determination step It is preferable to repeat the collapse determination step.

かかる方法によれば、構造用解析モデルが崩壊したと判定されたときの変数αをこの構造物の余裕度とすることで、余裕度を定量的に算出することができる。   According to this method, the margin can be quantitatively calculated by setting the variable α when it is determined that the structural analysis model has collapsed as the margin of the structure.

また、前記静的解析ステップで破壊された部材があった場合に、この部材を前記変更モデル作成ステップにおいて最初に削除させる部材に選定することが好ましい。かかる方法によれば、最初に破壊された部材に起因する余裕度を算出することができる。   Further, when there is a member destroyed in the static analysis step, it is preferable to select this member as a member to be deleted first in the change model creation step. According to this method, it is possible to calculate the margin due to the member that was first destroyed.

また、前記静的解析ステップにおいて解析を行った後の構造解析用モデルの中から一つの部材を任意に選択して、この部材を前記変更モデル作成ステップにおいて最初に削除させる部材に選定することが好ましい。かかる方法によれば、任意に選定された部材に起因する余裕度を算出することができる。   Further, it is possible to arbitrarily select one member from the structural analysis model after the analysis in the static analysis step and select this member as a member to be deleted first in the change model creation step. preferable. According to this method, it is possible to calculate a margin due to an arbitrarily selected member.

また、前記静的解析ステップの前に、常時荷重載荷による静的解析を行って構造解析用モデルの初期状態を作成する常時載荷解析ステップをさらに含み、前記構造物を構成する各部材のうち、前記常時載荷解析ステップで得られたひずみエネルギーに基づいて、前記変更モデル作成ステップにおいて最初に削除させる部材を選定することが好ましい。   Further, before the static analysis step, it further includes a constant loading analysis step of creating an initial state of the structural analysis model by performing a static analysis by always loading, and among each member constituting the structure, It is preferable to select a member to be deleted first in the modified model creation step based on the strain energy obtained in the constant loading analysis step.

かかる方法によれば、選定された部材に起因する余裕度を算出することができる。また、例えば、常時載荷解析ステップで得られたひずみエネルギーの大きい部材を最初に削除する部材に選定することで、破壊される可能性の高い部材を効率よく決定することができる。   According to this method, the margin resulting from the selected member can be calculated. In addition, for example, by selecting a member having a large strain energy obtained in the always loading analysis step as a member to be deleted first, a member that is highly likely to be destroyed can be efficiently determined.

本発明によれば、構造物を構成するある部材が破壊した場合における連鎖的な部材破壊を考慮したうえで、構造物の崩壊現象を解析することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the collapse phenomenon of a structure can be analyzed after considering the chain member destruction when the certain member which comprises a structure destroys.

本実施形態に係る構造解析方法に使用する解析用コンピュータを示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the computer for analysis used for the structural analysis method which concerns on this embodiment. (a)は、構造物の一例を示す側面図、(b)は、ファイバーモデルを説明するための模式図、(c)は、シェルモデルを説明するための模式図である。(A) is a side view which shows an example of a structure, (b) is a schematic diagram for demonstrating a fiber model, (c) is a schematic diagram for demonstrating a shell model. シェル要素を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating a shell element. 本実施形態に係る基本余裕度の算出方法の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the calculation method of the basic margin which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る基本余裕度の算出方法の前半を段階的に示した模式概念図である。It is the model conceptual diagram which showed the first half of the calculation method of the basic margin which concerns on this embodiment in steps. 本実施形態に係る基本余裕度の算出方法の後半を段階的に示した模式概念図である。It is the model conceptual diagram which showed the latter half of the calculation method of the basic margin which concerns on this embodiment in steps. 本実施形態に係る個別余裕度の算出方法の前半の手順を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the procedure of the first half of the calculation method of the individual margin which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る個別余裕度の算出方法の後半の手順を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the procedure of the second half of the calculation method of the individual margin which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る個別余裕度の算出方法の前半を段階的に示した模式概念図である。It is the model conceptual diagram which showed the first half of the calculation method of the separate margin concerning this embodiment in steps. 本実施形態に係る基本余裕度の算出方法の後半を段階的に示した模式概念図である。It is the model conceptual diagram which showed the latter half of the calculation method of the basic margin which concerns on this embodiment in steps. 実施例で用いた対象橋梁を示した側面図及び設計条件表を示す。The side view which showed the object bridge used in the Example, and the design condition table | surface are shown. 実施例で用いた対象橋梁をモデル化した斜視図である。It is the perspective view which modeled the object bridge used in the Example. 実施例1に係る常時載荷解析における活荷重載荷位置を示した模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a live load loading position in a constant loading analysis according to the first embodiment. 実施例1に係る常時載荷解析の各部材の最大ひずみ分布を示したグラフであって、(a)は、斜材、(b)は、垂直材、(c)は、下弦材を示す。It is the graph which showed the maximum strain distribution of each member of the constant load analysis which concerns on Example 1, Comprising: (a) shows diagonal material, (b) shows vertical material, (c) shows lower chord material. 実施例1に係る終局強度解析における部材破壊位置を示した側面図である。FIG. 3 is a side view showing a member fracture position in the ultimate strength analysis according to Example 1. 実施例1に係る終局強度解析における各部材の最大ひずみ分布を示したグラフであって、(a)は、斜材、(b)は、上弦材、(c)は、下弦材を示す。It is the graph which showed the maximum strain distribution of each member in the ultimate strength analysis which concerns on Example 1, Comprising: (a) is a diagonal material, (b) is an upper chord material, (c) shows a lower chord material. 実施例1に係る終局強度解析において、破壊された部材のひずみ履歴を示したグラフあって、(a)は、上弦材、(b)は、下弦材を示す。In the ultimate strength analysis which concerns on Example 1, it is the graph which showed the distortion | strain history of the destroyed member, (a) shows an upper chord material, (b) shows a lower chord material. 実施例1に係る終局強度解析において、崩壊直前の床版の応力コンター図である。In the ultimate strength analysis concerning Example 1, it is a stress contour figure of a floor slab just before collapse. 実施例1に係るリダンダンシー解析において、重要部材候補を示した図である。It is the figure which showed the important member candidate in the redundancy analysis which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係るリダンダンシー解析の解析結果であって、(a)は斜材を削除した後の各斜材の最大ひずみ分布を示し、(b)は、部材の破壊位置を示す。It is an analysis result of the redundancy analysis which concerns on Example 1, Comprising: (a) shows the maximum strain distribution of each diagonal after deleting an oblique, (b) shows the fracture position of a member. 実施例1に係るリダンダンシー解析の解析結果であって、(a)は、垂直材を削除した後の各垂直材の最大ひずみ分布を示し、(b)は、部材の破壊位置を示す。It is an analysis result of the redundancy analysis which concerns on Example 1, Comprising: (a) shows the largest strain distribution of each perpendicular | vertical material after deleting a perpendicular | vertical material, (b) shows the fracture position of a member. 実施例1に係るリダンダンシー解析の解析結果であって、(a)は、下弦材を削除した後の下弦材の最大ひずみ分布を示し、(b)は、部材の破壊位置を示す。It is an analysis result of the redundancy analysis which concerns on Example 1, Comprising: (a) shows the largest strain distribution of the lower chord material after deleting a lower chord material, (b) shows the fracture position of a member. 実施例1に係るリダンダンシー解析において、重要部材候補と個別余裕度をまとめた表である。In the redundancy analysis which concerns on Example 1, it is the table | surface which put together the important member candidate and the individual margin. 実施例2に係る二部材解析を説明するための図であって、(a)は、橋梁の側面図、(b)(c)は、解析方法を示す。It is a figure for demonstrating the two member analysis which concerns on Example 2, Comprising: (a) is a side view of a bridge, (b) (c) shows the analysis method. 実施例2に係る二部材解析の理論解と解析解の比較をしたグラフである。6 is a graph comparing a theoretical solution and an analytical solution of a two-member analysis according to Example 2. 実施例3に係る簡易トラス解析を説明するための図であって(a)は、橋梁の側面図、(b)は、簡易トラスを示した模式図、(c)は、簡易トラスを構成する部材の断面形状等をまとめた表である。It is a figure for demonstrating the simple truss analysis which concerns on Example 3, Comprising: (a) is a side view of a bridge, (b) is the schematic diagram which showed the simple truss, (c) comprises a simple truss. It is the table | surface which put together the cross-sectional shape etc. of the member. 実施例3に係る事前解析における軸力図であって、(a)は、斜材破壊前の構造、(b)は、斜材が存在しない構造、(c)は、斜材が存在した部分の両端に衝撃荷重を作用させた構造を示す。FIG. 6 is an axial force diagram in a prior analysis according to Example 3, wherein (a) is a structure before the diagonal breakage, (b) is a structure where no diagonal is present, and (c) is a portion where the diagonal is present. The structure which made the impact load act on both ends of is shown. 実施例3の1500kN荷重に係る簡易トラス解析における軸力履歴を示したグラフであって(a)は、上弦材、(b)は垂直材、(c)は、斜材を示す。It is the graph which showed the axial force log | history in the simple truss analysis concerning the 1500kN load of Example 3, Comprising: (a) is an upper chord material, (b) is a vertical material, (c) shows a diagonal material. 実施例3の1500kN荷重に係る簡易トラス解析において、垂直材の軸力が最大時の変形状態を示した模式図であって、(a)は、本解析、(b)は従来法を示す。In the simple truss analysis which concerns on the 1500 kN load of Example 3, it is the schematic diagram which showed the deformation | transformation state when the axial force of a vertical material is the maximum, (a) is this analysis, (b) shows the conventional method. 実施例3の1500kN荷重に係る簡易トラス解析において、垂直材の三箇所の軸力履歴を示したグラフである。In the simple truss analysis which concerns on the 1500kN load of Example 3, it is the graph which showed the axial force log | history of three places of a vertical material. 実施例3の1500kN荷重に係る簡易トラス解析において、垂直材の細分割解析における軸力履歴を示したグラフである。In the simple truss analysis concerning the 1500 kN load of Example 3, it is the graph which showed the axial force log | history in the subdivision analysis of a perpendicular | vertical material. 実施例3の3500kN荷重に係る解析結果を示したグラフであって、(a)は、垂直材の軸力履歴、(b)は、垂直材の応力−ひずみ関係を示す。It is the graph which showed the analysis result which concerns on the 3500kN load of Example 3, Comprising: (a) shows the axial force log | history of a perpendicular | vertical material, (b) shows the stress-strain relationship of a perpendicular | vertical material. 実施例3において、従来法及び本解析において、各部材に作用する損傷状態をまとめた表である。In Example 3, it is the table | surface which put together the damage state which acts on each member in the conventional method and this analysis.

本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施形態に係る構造物の構造解析方法は、複数の部材で構成される橋梁を対象とするものであり、材料の非線形性を考慮可能な要素で橋梁をモデル化して構造解析(数値解析)用のモデルを作成し、ある部材が破壊した際の連鎖的な破壊を考慮しつつ破壊現象を解析するものである。本実施形態では、構造物の余裕度を算出し、算出した余裕度に基づいて構造物を構成する部材の中の重要部材を決定する場合を例示する。   Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The structural analysis method for a structure according to this embodiment is for a bridge composed of a plurality of members, and the structural analysis (numerical analysis) is performed by modeling the bridge with elements that can take into account the nonlinearity of the material. Model is created, and the destruction phenomenon is analyzed in consideration of the chain destruction when a certain member breaks. In the present embodiment, a case where a margin of a structure is calculated and an important member among members constituting the structure is determined based on the calculated margin is illustrated.

本実施形態では、鋼製トラスと鉄筋コンクリート床版(RC床版)とを具備する鋼構造の橋梁を例示するが、構造物の種類や使用材料等を限定する趣旨ではない。   In the present embodiment, a steel-structured bridge including a steel truss and a reinforced concrete slab (RC floor slab) is illustrated, but the type of structure and materials used are not limited.

本実施形態に係る構造解析は、図1に示す解析用コンピュータCを利用して実行する。解析用コンピュータCは、記憶手段1と、演算処理手段2と、入力手段3と、表示手段4と、これらを互いに接続するバス線5とを少なくとも備えて構成されている。   The structural analysis according to the present embodiment is executed using an analysis computer C shown in FIG. The analysis computer C includes at least a storage unit 1, an arithmetic processing unit 2, an input unit 3, a display unit 4, and a bus line 5 that connects these units to each other.

記憶手段1は、各種プログラムやデータを記憶するものであり、主記憶装置(例えば、DRAMなど)と、補助記憶装置(例えば、書き込み可能な不揮発性の半導体メモリ(フラッシュメモリ)、磁気ディスクドライブ、光学ディスクドライブなど)を含んで構成されている。記憶手段1には、構造解析用モデルを作成する際に起動されるエディタプログラム11と、基本モデルを格納する基本モデルファイル12と、常時載荷解析を行う際に起動される常時載荷解析プログラム13と、静的解析を行う際に起動される静的解析プログラム14と、変更モデルを格納する変更モデルファイル15と、自由振動解析を行う際に起動される自由振動解析プログラム16と、橋梁が崩壊したか判定を行う際に起動される崩壊判定プログラム17と、各解析の結果などを格納する結果ファイル18などが記憶される。   The storage means 1 stores various programs and data, and includes a main storage device (for example, DRAM), an auxiliary storage device (for example, a writable nonvolatile semiconductor memory (flash memory), a magnetic disk drive, Optical disc drive etc.). The storage means 1 includes an editor program 11 that is activated when a model for structural analysis is created, a basic model file 12 that stores a basic model, and a constant loading analysis program 13 that is activated when a constant loading analysis is performed. The static analysis program 14 that is activated when the static analysis is performed, the change model file 15 that stores the modified model, the free vibration analysis program 16 that is activated when the free vibration analysis is performed, and the bridge collapsed A collapse determination program 17 that is activated when the determination is performed, a result file 18 that stores the results of each analysis, and the like are stored.

演算処理手段2は、演算処理を行うMPU(マイクロプロセッサ)などを含んで構成されている。演算処理手段2は、記憶手段1からエディタプログラム11を読み出して実行すると、構造解析用モデル作成手段31として機能し、常時載荷解析プログラム13を読み出して実行すると、常時載荷解析手段32として機能し、静的解析プログラム14を読み出して実行すると、静的解析手段33として機能し、自由振動解析プログラム16を読み出して実行すると自由振動解析手段34として機能し、崩壊判定プログラム17を読み出して実行すると崩壊判定手段35として機能する。   The arithmetic processing means 2 includes an MPU (microprocessor) that performs arithmetic processing. The arithmetic processing means 2 functions as the structural analysis model creation means 31 when the editor program 11 is read from the storage means 1 and executed, and functions as the constant loading analysis means 32 when the constant loading analysis program 13 is read and executed. When the static analysis program 14 is read and executed, it functions as the static analysis means 33, when the free vibration analysis program 16 is read and executed, it functions as the free vibration analysis means 34, and when the collapse determination program 17 is read and executed, the collapse determination is performed. It functions as the means 35.

構造解析用モデル作成手段31は、解析対象となる橋梁の解析モデルを作成する際に使用される。作成されたモデルに関するデータは、基本モデルファイル12、変更モデルファイル15にそれぞれ格納される。基本モデルファイル12に格納されるモデル(基本モデル)は、破壊された部材の無い状態の橋梁をモデル化したものである。変更モデルファイル15に格納されるモデル(変更モデル)は、一又は複数の部材が破壊された状態の橋梁をモデル化したものである。   The structural analysis model creation means 31 is used when creating an analysis model of a bridge to be analyzed. Data about the created model is stored in the basic model file 12 and the modified model file 15, respectively. The model (basic model) stored in the basic model file 12 is a model of a bridge without a broken member. The model (change model) stored in the change model file 15 is a model of a bridge in which one or more members are destroyed.

常時載荷解析手段32は、基本モデルファイル12の中から基本モデルに関するデータを読み出し、読み出したモデルを使用して常時荷重載荷による静的解析を行い、得られた解析結果(例えば、モデルに作用させた載荷荷重と各要素に発生した応力、変位量との関係等)を結果ファイル18に書き込む。   The constantly loaded analysis means 32 reads data relating to the basic model from the basic model file 12, performs a static analysis by constantly loading using the read model, and obtains an analysis result (for example, acting on the model). The relationship between the loaded load, the stress generated in each element, the amount of displacement, etc.) is written in the result file 18.

静的解析手段33は、基本モデルファイル12の中から基本モデルに関するデータを読み出し、読み出したモデルを使用して所定の荷重を作用させて静的解析を行い、得られた解析結果を結果ファイル18に書き込む。   The static analysis means 33 reads out data relating to the basic model from the basic model file 12, performs a static analysis by applying a predetermined load using the read model, and the obtained analysis result is obtained as a result file 18. Write to.

自由振動解析手段34は、変更モデルファイル15の中から変更モデルに関するデータを読み出し、読み出したモデルを使用して自由振動解析を行い、得られた解析結果を結果ファイル18に書き込む。   The free vibration analysis means 34 reads data relating to the changed model from the changed model file 15, performs free vibration analysis using the read model, and writes the obtained analysis result to the result file 18.

崩壊判定手段35は、変更モデルファイル15の中から現時点での変更モデル(最も新しい変更モデル)に関するデータを読み出し、読み出したモデルを使用して静的解析を行い、得られた解析結果を結果ファイル18に書き込む。   The collapse determination unit 35 reads out data related to the current changed model (the newest changed model) from the changed model file 15, performs static analysis using the read model, and outputs the obtained analysis result to the result file. 18 is written.

入力手段3は、モデルの作成や前記した各解析に必要なデータ(例えば、部材の諸元、載荷荷重、荷重増分量、境界条件など)を演算処理手段2に入力するためのものであり、キーボードやマウス等から構成されている。入力手段3を利用して解析用コンピュータCに入力されたデータは、記憶手段1に一旦記憶された後、演算処理手段2に出力される。   The input means 3 is for inputting data necessary for creation of a model and each analysis described above (for example, member specifications, loading load, load increment amount, boundary conditions, etc.) to the arithmetic processing means 2, It consists of a keyboard and mouse. Data input to the analysis computer C using the input unit 3 is temporarily stored in the storage unit 1 and then output to the arithmetic processing unit 2.

表示手段4は、入力手段3によるデータ入力を補助するための入力フォーム、記憶手段1に記憶された各種ファイル(基本モデルファイル12、変更モデルファイル15)の内容、演算結果を表す図表などを表示するものであり、ディスプレイ装置からなる。   The display unit 4 displays an input form for assisting data input by the input unit 3, contents of various files (basic model file 12, modified model file 15) stored in the storage unit 1, a chart representing the calculation result, and the like. It consists of a display device.

ここで、本実施形態において使用する構造解析用モデルを説明する。
本実施形態においては図2の(a)及び(b)に示すように、鋼製トラスを構成する上弦材61を、長手方向に(部材軸方向)に連設された複数のファイバー要素7,7,・・・の集合体(以下、ファイバーモデルという場合がある)とし、塑性化が表現できるようにモデル化する。なお、図示は省略するが、鋼製トラスを構成する下弦材62、斜材63及び鉛直材64もファイバーモデルにてモデル化する。
Here, the structural analysis model used in this embodiment will be described.
In this embodiment, as shown to (a) and (b) of FIG. 2, the upper chord material 61 which comprises steel trusses is provided with a plurality of fiber elements 7 connected in the longitudinal direction (in the member axis direction). 7... (Hereinafter sometimes referred to as a fiber model), and is modeled so that plasticization can be expressed. In addition, although illustration is abbreviate | omitted, the lower chord material 62, the diagonal material 63, and the vertical material 64 which comprise a steel truss are also modeled with a fiber model.

一方、図2の(c)に示すように、RC床版65は、シェル要素8,8,・・・の集合体(以下、シェルモデルという場合がある)とし、塑性化が表現できるようにモデル化する。   On the other hand, as shown in FIG. 2 (c), the RC floor slab 65 is an aggregate of shell elements 8, 8,... (Hereinafter sometimes referred to as a shell model) so that plasticization can be expressed. Model.

ファイバー要素7は、「平面保持の仮定」及び「平面不変の仮定」に基づいて形成された梁要素(一次元要素)の一種であり、材料の非線形成性を考慮することができる。ファイバー要素7の適所に設けられた積分点には、「応力−ひずみ関係」と「分担面積」とが与えられる。   The fiber element 7 is a kind of a beam element (one-dimensional element) formed on the basis of “planarity maintaining assumption” and “planarity invariant assumption”, and can take into consideration the nonlinear property of the material. An integration point provided at an appropriate position of the fiber element 7 is given a “stress-strain relationship” and a “sharing area”.

シェル要素8は、「変形の間、板厚が変化しない」、「中立面に垂直な応力はゼロとし、面内は平面応力状態である」、「時刻0で中立面に垂直であった法線は、字間とともに変化し直線を保つが、必ずしも中立面に垂直である必要はない(即ち、面外せん断変形を許す)」との仮定に基づいて形成された板要素(二次元要素)の一種であり、材料の非線形性を考慮することができる。シェル要素8の適所に設けられた積分点には「応力−ひずみ関係」と「分担面積」とが与えられる。図3に示すように、シェル要素8は、本実施形態では積層構造となっており、コンクリート層8aと、鉄筋層8bを備えている。シェル要素8には、コンクリート及び鉄筋の材料構成則を適用して、床版のひび割れや塑性化を考慮した床版モデルになっている。   The shell element 8 is “the plate thickness does not change during deformation”, “the stress perpendicular to the neutral plane is zero, and the in-plane is in a plane stress state”, “at time 0, it is perpendicular to the neutral plane. The normals vary with spacing and remain straight, but need not be perpendicular to the neutral plane (ie, allow out-of-plane shear deformation) ”. It is a kind of dimension element) and can take into account the nonlinearity of the material. An integration point provided at an appropriate position of the shell element 8 is given a “stress-strain relationship” and a “sharing area”. As shown in FIG. 3, the shell element 8 has a laminated structure in this embodiment, and includes a concrete layer 8a and a reinforcing bar layer 8b. The shell element 8 is a floor slab model that takes into account cracks and plasticization of the floor slab by applying the material constitutive law of concrete and reinforcing bars.

次に、本実施形態に係る構造物の解析方法の具体手な手順について説明する。
本実施形態に係る構造物の構造解析方法では、「基本余裕度」及び「個別余裕度」の2種類の余裕度の算出を行った後、基本余裕度及び個別余裕度に基づいて重要部材を決定する。「基本余裕度」とは、橋梁を構成する部材のうち最初に破壊させる部材を静的解析の結果に基づいて選定した場合に算出される余裕度をいう。「個別余裕度」とは、橋梁を構成する部材のうち、最初に破壊させる部材を任意に選定した場合に算出される余裕度をいう。
まずは、基本余裕度の算出方法について説明する。
Next, a specific procedure of the structural analysis method according to the present embodiment will be described.
In the structure analysis method for a structure according to the present embodiment, after calculating two types of margins of “basic margin” and “individual margin”, an important member is selected based on the basic margin and the individual margin. decide. The “basic margin” means a margin calculated when a member to be destroyed first among members constituting the bridge is selected based on a result of static analysis. The “individual margin” means a margin calculated when a member to be destroyed first is arbitrarily selected from among members constituting the bridge.
First, a method for calculating the basic margin will be described.

<基本余裕度の算出方法>
本実施形態に係る基本余裕度の算出方法では、図4に示すように、準備ステップと、静的解析ステップと、変更モデル作成ステップと、自由振動解析ステップと、破壊部材判定ステップと、崩壊判定ステップと、を含むものである。なお、基本余裕度の算出方法のうち、準備ステップを除いた行程を「終局強度解析」ということがある。
<Calculation method of basic margin>
In the basic margin calculation method according to the present embodiment, as shown in FIG. 4, a preparation step, a static analysis step, a change model creation step, a free vibration analysis step, a fracture member determination step, and a collapse determination Steps. In the calculation method of the basic margin, the process excluding the preparation step may be referred to as “final strength analysis”.

準備ステップでは、基本モデルを作成するとともに橋梁の初期状態を取得する。準備ステップでは、まず、橋梁を構成する部材に、部材の破壊及び断面欠損が無いと仮定して、構造解析用のモデル(以下、基本モデルともいう)を作成する(ステップS1)。基本モデルを作成する際には、図1に示すエディタプログラム11を起動する。エディタプログラム11を起動すると、解析用コンピュータCが構造解析用モデル作成手段31として機能し、表示手段4にエディタ画面等が表示されるようになる。オペレータの操作により、入力手段3を介して橋梁に関するデータ(部材の形状、座標、要素の種類、要素の分割数、要素に割り当てる応力−ひずみ関数など)を解析用コンピュータCに入力すると、構造解析用モデル作成手段31によって弾塑性有限解析に適した形式のデータが作成される。作成した基本モデルに関するデータは、基本モデルファイル12に格納される。   In the preparation step, a basic model is created and the initial state of the bridge is acquired. In the preparation step, first, a structural analysis model (hereinafter also referred to as a basic model) is created on the assumption that the members constituting the bridge are free from fractures and cross-sectional defects (step S1). When creating the basic model, the editor program 11 shown in FIG. 1 is activated. When the editor program 11 is activated, the analysis computer C functions as the structural analysis model creation means 31 and an editor screen or the like is displayed on the display means 4. When data relating to the bridge (member shape, coordinates, element type, number of element divisions, stress-strain function assigned to the element, etc.) is input to the analysis computer C through the input means 3 by the operator's operation, structural analysis The model creation means 31 creates data in a format suitable for elasto-plastic finite analysis. Data relating to the created basic model is stored in the basic model file 12.

基本モデルが作成されたならば、基本モデルに対して所定の荷重を載置させて常時載荷解析(ステップS2)を行い、橋梁の初期状態を取得する(ステップS3)。常時載荷解析では、橋梁のRC床版65を評価するために、RC床版の打設を考慮した解析を行って各部材に作用する応力、ひずみ等を取得する。   When the basic model is created, a predetermined load is placed on the basic model, and a constant load analysis (step S2) is performed to obtain an initial state of the bridge (step S3). In the constant loading analysis, in order to evaluate the RC floor slab 65 of the bridge, an analysis considering the placement of the RC floor slab is performed to acquire stress, strain, etc. acting on each member.

常時載荷解析を行う際には、図1に示す常時載荷解析プログラム13を起動し、解析用コンピュータCを常時載荷解析手段32として機能させる。常時載荷解析プログラムの起動後、オペレータの操作により基本モデルファイル12を指定すると、常時載荷解析手段32によって、基本モデルファイル12の中から基本モデルに関するデータが読み出され、基本モデルに対して常時荷重載荷による静的解析が行われる。具体的には、常時載荷解析では、床版荷重算出ステップ、第一常時載荷ステップ、第二常時載荷ステップを行う。   When performing the constant load analysis, the constant load analysis program 13 shown in FIG. 1 is activated to cause the analysis computer C to function as the constant load analysis means 32. When the basic model file 12 is designated by the operator's operation after starting the always-on load analysis program, the always-on load analysis means 32 reads the data related to the basic model from the basic model file 12 and always loads the basic model. Static analysis is performed by loading. Specifically, in the constant loading analysis, a floor slab load calculating step, a first always loading step, and a second always loading step are performed.

床版荷重算出ステップでは、常時載荷解析手段32は、基本モデルに対して死荷重(D)を作用させ、RC床版65と上弦材61との接合部(スラブアンカー等)に発生する荷重値を床版重量として結果ファイル18に書き込む。   In the floor slab load calculating step, the constant load analysis means 32 applies a dead load (D) to the basic model, and a load value generated at the joint (slab anchor or the like) between the RC floor slab 65 and the upper chord material 61. Is written in the result file 18 as the floor slab weight.

第一荷重ステップでは、常時載荷解析手段32は、結果ファイル18に書き込まれた床版重量を読み出してこの床版重量及びトラスを構成する各部材の死荷重を、RC床版65が無い状態(RC床版65の剛性、弾性係数をゼロにした状態)の基本モデルに載荷させる。   In the first load step, the always-loading analysis means 32 reads the floor slab weight written in the result file 18 and displays the floor slab weight and the dead load of each member constituting the truss in a state where the RC floor slab 65 is not present ( The RC floor slab 65 is loaded on the basic model (with the rigidity and elastic modulus made zero).

第二荷重ステップでは、常時載荷解析手段32は、前記した第一荷重ステップで基本モデルが鉛直方向に変位したため、座標を元の状態に戻してその変位をゼロにし、この状態から基本モデルに床版剛度を入力した後、橋梁の中央径間に活荷重(L)を載荷させる。   In the second load step, since the basic model is displaced in the vertical direction in the first load step described above, the constant load analysis means 32 returns the coordinates to the original state and sets the displacement to zero. After inputting the plate stiffness, a live load (L) is loaded between the central diameters of the bridge.

常時載荷解析手段32は、前記した常時載荷解析によって得られた各部材(上弦材61、下弦材62、斜材63、鉛直材64及びRC床版65)に作用する応力、ひずみ等のデータをこの橋梁の初期状態として結果ファイル18に書き込む(ステップS3)。   The constant loading analysis means 32 receives data such as stress and strain acting on each member (the upper chord material 61, the lower chord material 62, the diagonal material 63, the vertical material 64, and the RC floor slab 65) obtained by the above-described constant loading analysis. The initial state of this bridge is written in the result file 18 (step S3).

初期状態が取得されたならば、静的解析ステップを実行する。静的解析ステップでは、基本モデルに対して、基準荷重に変数αを乗じて得た割増荷重α(D+L)を基本モデルの上部に鉛直方向に作用させて静的解析(ステップS4)を行う。   If the initial state is obtained, a static analysis step is executed. In the static analysis step, a static analysis (step S4) is performed on the basic model by causing the additional load α (D + L) obtained by multiplying the reference load by the variable α to act vertically on the basic model.

静的解析を行う際には、図1に示す静的解析プログラム14を起動し、解析用コンピュータCを静的解析手段33として機能させる。静的解析プログラム14の起動後、オペレータの操作により基本モデルファイル12を指定すると、静的解析手段33によって基本モデルファイル12の中から基本モデルに関するデータが読み出される。さらに、オペレータの操作により、結果ファイル18を指定すると、静的解析手段33によって橋梁の初期状態に関するデータが読み出される。静的解析手段33は、基本モデル及び初期状態のデータに基づいて弾塑性有限変位解析を行って橋梁の各部材に作用する応力や変位等を取得する。   When performing a static analysis, the static analysis program 14 shown in FIG. 1 is started and the analysis computer C functions as the static analysis means 33. When the basic model file 12 is designated by the operator's operation after the static analysis program 14 is activated, the static analysis means 33 reads data related to the basic model from the basic model file 12. Furthermore, when the result file 18 is designated by the operator's operation, the static analysis means 33 reads data relating to the initial state of the bridge. The static analysis means 33 performs elasto-plastic finite displacement analysis based on the basic model and the initial state data, and acquires stress, displacement, and the like acting on each member of the bridge.

ここで、図5Aは、本実施形態に係る基本余裕度の算出方法の前半を段階的に示した模式概念図である。図5Bは、本実施形態に係る基本余裕度の算出方法の後半を段階的に示した模式概念図である。
図5Aに示す基本モデルGは、図2の(a)に示す橋梁の一部を取り出して模式的に示しており、上弦材61a,61b、下弦材62a,62b、斜材63a,63b、垂直材64a,64b,64c及びRC床版65から構成されている。静的解析ステップから破壊部材判定ステップまでは図5A、図5Bも参照して説明する。
Here, FIG. 5A is a schematic conceptual diagram showing the first half of the basic margin calculation method according to the present embodiment step by step. FIG. 5B is a schematic conceptual diagram showing the second half of the basic margin calculation method according to the present embodiment in stages.
A basic model G shown in FIG. 5A schematically shows a part of the bridge shown in FIG. 2 (a). The upper chord members 61a and 61b, the lower chord members 62a and 62b, the diagonal members 63a and 63b, It consists of materials 64a, 64b, 64c and RC floor slab 65. The static analysis step to the fracture member determination step will be described with reference to FIGS. 5A and 5B.

静的解析(ステップS4)は、具体的には、図5Aの(a)に示すように、基本モデルGに対して、基準荷重(死荷重(D)+活荷重(L))に変数αを乗じた割増荷重α(D+L)を作用させる。変数αの初期値は、α=1に設定する。静的解析手段33は、静的解析を実行して基本モデルGの各部材に作用する応力(最大応力)を応力状態F(σ11,σ21,σ31,σ41,σ51,σ61,σ71,σ81,σ91,σ101)として取得するとともに各部材の変位等を取得し、これらのデータを変数αの値と関連付けて結果ファイル18に書き込む。 Specifically, the static analysis (step S4) is performed by changing the variable α to the reference load (dead load (D) + live load (L)) with respect to the basic model G, as shown in FIG. The additional load α (D + L) multiplied by is applied. The initial value of the variable α is set to α = 1. The static analysis means 33 executes a static analysis and converts the stress (maximum stress) acting on each member of the basic model G to the stress state F 111 , σ 21 , σ 31 , σ 41 , σ 51 , σ 61 , [sigma] 71 , [sigma] 81 , [sigma] 91 , [sigma] 101 ) and the displacement of each member is acquired, and these data are associated with the value of the variable [alpha] and written to the result file 18.

静的解析(ステップS4)を行ったならば、静的解析手段33は、橋梁全体が崩壊したか否かを判定する(ステップS5)。静的解析手段33は、基本モデルが不安定構造となったときに「橋梁全体が崩壊した」と判定し、そのときの変数αを結果ファイル18に書き込む。   If the static analysis (step S4) is performed, the static analysis means 33 determines whether or not the entire bridge has collapsed (step S5). The static analysis means 33 determines that “the entire bridge has collapsed” when the basic model has an unstable structure, and writes the variable α at that time in the result file 18.

判定ステップにおいて「橋梁全体が崩壊した」(ステップS5でYes)と判定した場合、静的解析手段33は、そのときの変数αの値(ここでは初期値α=1)をこの橋梁の「基本余裕度」と決定し(ステップS13)、解析を終了する。   If it is determined in the determination step that “the entire bridge has collapsed” (Yes in step S5), the static analysis means 33 sets the value of the variable α at that time (here, the initial value α = 1) to the “basic” of this bridge. The margin is determined (step S13), and the analysis is terminated.

判定ステップにおいて、「橋梁全体が崩壊しない」と判定した場合(ステップS5でNo)、静的解析手段33は、基本モデルにおいて破壊された部材があるか否かを判定する(ステップS6)。本実施形態では、各部材の最大ひずみ値が、予め設定された値(部材破壊ひずみ値)を超えたときに「破壊された部材が有る」と仮定している。部材破壊ひずみ値は、適宜設定すればよいが、部材にある程度の塑性化を許容することなどを考慮して本実施形態では、降伏ひずみεの3倍(=3ε)に設定した。 In the determination step, when it is determined that “the entire bridge does not collapse” (No in step S5), the static analysis means 33 determines whether there is a broken member in the basic model (step S6). In the present embodiment, it is assumed that “there is a broken member” when the maximum strain value of each member exceeds a preset value (member breaking strain value). The member fracture strain value may be set as appropriate, but in the present embodiment, it is set to 3 times the yield strain ε y (= 3ε y ) in consideration of allowing the member to be plasticized to some extent.

判定ステップにおいて、「破壊された部材が無い」と静的解析手段33が判定した場合(ステップS6でNo)、変数αを変更し(ステップS7)、静的解析(ステップS4)に移行する。そして、「橋梁全体が崩壊した」と判定される(ステップS5)か、又は、「破壊された部材が有る」と判定される(ステップS6)まで、静的解析(ステップS4)と判定ステップ(ステップS5、ステップS6)とを繰り返す。変数αの変更幅は適宜設定すればよいが、本実施形態では、例えば0.1ずつ増えるように設定している。   In the determination step, when the static analysis means 33 determines that “there is no destroyed member” (No in step S6), the variable α is changed (step S7), and the process proceeds to the static analysis (step S4). Then, until it is determined that “the entire bridge has collapsed” (step S5) or “there is a destroyed member” (step S6), the static analysis (step S4) and the determination step ( Steps S5 and S6) are repeated. The change width of the variable α may be set as appropriate, but in this embodiment, for example, it is set to increase by 0.1.

静的解析手段33は、漸増する変数αと、そのときの変数αに対応する基本モデルの各部材の応力状態及び変位等とを関連付けて結果ファイル18に書き込む。静的解析(ステップS4)から変数αの変更(ステップS7)までを繰り返す行程は、解析用コンピュータCをそのように構成すればよい。   The static analysis means 33 associates the gradually increasing variable α with the stress state and displacement of each member of the basic model corresponding to the variable α at that time, and writes them in the result file 18. The process of repeating from the static analysis (step S4) to the change of the variable α (step S7) may be performed by configuring the analysis computer C as such.

判定ステップにおいて、「破壊された部材が有る」と判定された場合(ステップS6でYes)、静的解析手段33は、破壊された部材を結果ファイル18に書き込むとともに表示手段4に表示させる。   In the determination step, when it is determined that “there is a destroyed member” (Yes in step S6), the static analysis means 33 writes the destroyed member in the result file 18 and causes the display means 4 to display it.

本実施形態では、例えば図5Aの(b)に示すように、変数α(=1.2)のときに、斜材63aが破壊されたと判定されたものとする。この破壊された部材を以下「破壊部材」ともいう。結果ファイル18には、変数αと関連付けて、斜材63aが破壊される直前の基本モデルGの各部材に作用していた応力状態F(σ13,σ23,σ33,σ43,σ53,σ63,σ73,σ83,σ93,σ103)及び変位等が格納されている。 In the present embodiment, for example, as shown in (b) of FIG. 5A, it is assumed that it is determined that the diagonal material 63a has been destroyed when the variable α 3 (= 1.2). Hereinafter, the destroyed member is also referred to as a “destructive member”. In the result file 18, the stress state F 313 , σ 23 , σ 33 , σ 43 ,...) Applied to each member of the basic model G immediately before the diagonal member 63 a is destroyed in association with the variable α 3 . (σ 53 , σ 63 , σ 73 , σ 83 , σ 93 , σ 103 ) and displacement are stored.

変更モデル作成ステップでは、オペレータは、基本モデルから前記した静的解析ステップで破壊された破壊部材を削除して、新たなモデルを作成する(ステップS8)。具体的には、図5Aの(c)に示すように、本実施形態では、斜材63aが破壊されたと判定されているため、基本モデルGから斜材63aを削除した変更モデルGを作成する。 In the changed model creation step, the operator deletes the destroyed member destroyed in the static analysis step from the basic model and creates a new model (step S8). Specifically, as shown in (c) of FIG. 5A, in the present embodiment, since the diagonal members 63a are determined to have been destroyed, create a change model G 1 deleting the diagonal member 63a from the basic model G To do.

新たなモデルを作成する際には、基本モデルを利用するとよい。この場合には、基本モデルファイル12の中から基本モデルに関するデータを読み出し、破壊したと判定された部材を表現しているファイバー要素7を全て消去すればよい。作成された新たなモデルに関するデータは、変更モデルとして変更モデルファイル15に格納される。   When creating a new model, the basic model should be used. In this case, it is only necessary to read out data related to the basic model from the basic model file 12 and delete all the fiber elements 7 representing the members determined to be destroyed. Data on the created new model is stored in the modified model file 15 as a modified model.

変更モデルの作成は、入力手段を介してオペレータの指示より行ってもよいが、解析用コンピュータCに作成させてもよい。この場合、構造解析用モデル作成手段31は、基本モデルファイル12から基本モデルに関するデータを読み出す処理、破壊したと判定された部材を表現しているファイバー要素7を全て消去する処理、作成された変更モデルを変更モデルファイル15に書き込む処理などを実行する。   The change model may be created according to an instruction from the operator via the input means, but may be created by the analysis computer C. In this case, the model generation means 31 for structural analysis reads the data related to the basic model from the basic model file 12, deletes all the fiber elements 7 representing the member determined to be destroyed, and the created change A process of writing the model into the change model file 15 is executed.

自由振動解析ステップでは、破壊部材が負担していた応力をステップ荷重とした自由振動解析を行う(ステップS9)。自由振動解析を行う際には、図1に示す自由振動解析プログラム16を起動し、解析用コンピュータCを自由振動解析手段34として機能させればよい。自由振動解析手段34は、変更モデルファイル15から変更モデルに関するデータを読み出し、割増荷重α(D+L)を作用させるとともに、この変更モデルに対して破壊部材が破壊される直前の基本モデルに作用していた応力状態及び変異量(格納されているものうち最も新しいもの)を与えて自由振動解析を行う。自由振動解析手段34は、変更モデルの各部材に作用する応力状態及び変位等を取得し、このときの変更モデルと関連付けて結果ファイル18に書き込む。   In the free vibration analysis step, free vibration analysis is performed using the stress borne by the fracture member as a step load (step S9). When performing free vibration analysis, the free vibration analysis program 16 shown in FIG. 1 may be activated to cause the analysis computer C to function as the free vibration analysis means 34. The free vibration analysis means 34 reads the data related to the changed model from the changed model file 15 and applies the additional load α (D + L), and also acts on the basic model immediately before the fracture member is destroyed. The free vibration analysis is performed by giving the stress state and the amount of variation (the newest stored one). The free vibration analysis means 34 acquires the stress state and displacement acting on each member of the changed model, and writes them in the result file 18 in association with the changed model at this time.

具体体には、自由振動解析手段34は、図5Aの(d)に示すように、変更モデル作成ステップで作成された変更モデルGに対して割増荷重α(D+L)を作用させるとともに、破壊部材を削除する直前の基本モデルGに作用していた応力状態F(σ13,σ23,σ33,σ43,σ53,σ63,σ73,σ83,σ93,σ103)及び変位等を与えて自由振動解析を行う。 Specifically, as shown in FIG. 5A (d), the free vibration analysis means 34 applies an additional load α 3 (D + L) to the modified model G 1 created in the modified model creating step, Stress state F 313 , σ 23 , σ 33 , σ 43 , σ 53 , σ 63 , σ 73 , σ 83 , σ 93 , σ 103 ) acting on the basic model G immediately before the destruction of the destructive member Free vibration analysis is performed by giving displacement and the like.

そして、図5Bの(a)に示すように、自由振動解析手段34は、振動が収束するまでの間に変更モデルGの各部材に作用した応力(最大応力)を応力状態F(σ14,σ24,σ34,σ44,σ54,σ64,σ74,σ84,σ94,σ104)として取得するとともに各部材の変位等を取得し、これらのデータを変更モデルGと関連付けて結果ファイル18に格納する。 Then, as shown in (a) of FIG. 5B, the free vibration analysis unit 34, the vibration is applied to each member of the change model G 1 until convergence stress (maximum stress) stress state F 4 (sigma 14 , σ 24 , σ 34 , σ 44 , σ 54 , σ 64 , σ 74 , σ 84 , σ 94 , σ 104 ) and the displacement of each member and the like, and these data are changed to the change model G 1 And stored in the result file 18.

変更モデルに対して自由振動解析を実行したならば、自由振動解析手段34は、変更モデルにおいて新たに破壊された部材があるか否かを判定する破壊部材判定ステップを実行する(ステップS10)。部材が破壊されたか否かの判定は、前記した判定ステップ(ステップS6)と同様であるため説明を省略する。   If the free vibration analysis is executed for the changed model, the free vibration analyzing means 34 executes a destructive member determining step for determining whether or not there is a newly destroyed member in the changed model (step S10). The determination as to whether or not the member has been destroyed is the same as the above-described determination step (step S6), and thus description thereof is omitted.

破壊部材判定ステップにおいて、「新たに破壊された部材がある」があると判定された場合(ステップS10でYes)、変更モデルの作成(ステップS8)と自由振動解析(ステップS9)とを破壊部材判定ステップ(ステップS10)で「新たに破壊された部材が無い」と判定されるまで繰り返す。   In the destructive member determination step, when it is determined that there is “a newly destructed member” (Yes in step S10), the creation of the change model (step S8) and the free vibration analysis (step S9) are performed. The process is repeated until it is determined in the determination step (step S10) that “there is no newly destroyed member”.

判定ステップで「新たに破壊された部材が有る」と判定された場合(ステップS10でYes)、変更モデルから新たに破壊された部材を削除し、新たに変更モデルを作成する。新たに変更モデルを作成する際には、変更モデルファイル15に格納されている変更モデルを利用するとよい。この場合には、変更モデルファイル15の中から変更モデルに関するデータを読み出し、新たに破壊された部材を表現しているファイバー要素7を全て消去すればよい。新たに作成された変更モデルに関するデータは、変更モデルファイル15に格納される。   If it is determined in the determination step that “there is a newly destroyed member” (Yes in step S10), the newly destroyed member is deleted from the changed model, and a new changed model is created. When a new change model is created, the change model stored in the change model file 15 may be used. In this case, it is only necessary to read out data related to the changed model from the changed model file 15 and delete all the fiber elements 7 expressing the newly destroyed member. Data relating to the newly created change model is stored in the change model file 15.

具体的には、例えば図5Bの(a)及び(b)に示すように、自由振動解析を行って変更モデルGの斜材63bが破壊されたものとする。ループ後の変更モデル作成ステップでは、斜材63bを削除した変更モデルGを作成する。 More specifically, for example, as shown in (a) and (b) of FIG. 5B, diagonal members 63b changes the model G 1 performs free vibration analysis it is assumed that was destroyed. In the change model creation step after the loop to create a change model G 2 obtained by deleting the diagonal member 63 b.

ループ後の自由振動解析ステップでは、新たに作成された変更モデルに対して、割増荷重α(D+L)を作用させるとともに、新たに破壊された破壊部材を削除する直前の応力状態及び変位等を与えて自由振動解析を行う(ステップS9)。そして、自由振動解析手段34は、自由振動解析後の変更モデルの各部材に作用する応力状態及び変位をこの変更モデルと関連付けて結果ファイル18に書き込む。   In the free vibration analysis step after the loop, an additional load α (D + L) is applied to the newly created modified model, and the stress state and displacement immediately before the newly destroyed fracture member is deleted are given. Then, free vibration analysis is performed (step S9). Then, the free vibration analyzing unit 34 writes the stress state and displacement acting on each member of the changed model after the free vibration analysis in the result file 18 in association with the changed model.

具体的には、ループ後の自由振動解析ステップでは、図5Bの(c)に示すように、変更モデルGに対して、割増荷重α(D+L)を作用させるとともに、先の自由振動解析で得られた応力状態F(σ14,σ24,σ34,σ44,σ54,σ64,σ74,σ84,σ94,σ104)及び変位等を与えて自由振動解析を行う。 Specifically, in the free vibration analysis step after the loop, as shown in FIG. 5B (c), the additional load α 3 (D + L) is applied to the changed model G 2 and the previous free vibration analysis is performed. The free vibration analysis is performed by giving the stress state F 414 , σ 24 , σ 34 , σ 44 , σ 54 , σ 64 , σ 74 , σ 84 , σ 94 , σ 104 ) and the displacement obtained in the above. .

そして、図5Bの(d)に示すように、自由振動解析手段34は、振動が収束するまでの間に変更モデルGの各部材に作用した応力(最大応力)を応力状態F(σ15,σ25,σ35,σ45,σ55,σ65,σ75,σ85,σ95,σ105)として取得するとともに各部材の変位等を取得し、これらのデータを変更モデルGと関連付けて結果ファイル18に格納する。 Then, as shown in (d) of FIG. 5B, the free vibration analysis unit 34, the stress acting on the members of the changed model G 2 until vibration converges (maximum stress) stress state F 5 (sigma 15 , σ 25 , σ 35 , σ 45 , σ 55 , σ 65 , σ 75 , σ 85 , σ 95 , σ 105 ) and the displacement of each member and the like, and these data are changed to the change model G 2. And stored in the result file 18.

このように、変更モデルの作成(ステップS8)と自由振動解析(ステップS9)とを繰り返す場合には、破壊したと判定された破壊部材を随時削除した変更モデルを作成しつつ、新たに作成された変更モデルに対して破壊直前の変更モデルに作用していた応力状態を与える。これにより、破壊された部材が負担していた応力をステップ荷重とした動的応答解析を行うことができるとともに、部材の連鎖的な破壊に応じて変化する構造系を考慮した解析を行うことができる。
なお、変更モデル作成(ステップS8)から破壊部材判定(ステップS10)までを繰り返す行程は、解析用コンピュータCをそのように構成すればよい。
As described above, when the creation of the modified model (step S8) and the free vibration analysis (step S9) are repeated, a new model is created while creating a modified model in which the fractured member determined to have been destroyed is deleted as needed. The stress state acting on the change model immediately before fracture is given to the changed model. This makes it possible to perform dynamic response analysis using the step load as the stress borne by the destroyed member, and to perform analysis that takes into account the structural system that changes in response to chain failure of the member. it can.
In addition, the process which repeats from change model preparation (step S8) to destruction member determination (step S10) should just comprise the computer C for analysis like that.

崩壊判定ステップでは、現時点での変更モデルに対して静的解析を行い(ステップS11)、橋梁全体が崩壊した否か判定する(ステップS12)。解析を行う際には、図1の崩壊判定プログラム17を起動し、解析用コンピュータCを崩壊判定手段35として機能させる。崩壊判定手段35は、変更モデルファイル15の中から破壊部材判定ステップ(ステップS10)で「新たに破壊された部材が無い」と判定されたときの変更モデル、つまり、変更モデルファイル15のうち最も新しい変更モデルを読み出すとともに、結果ファイル18からその変更モデルに係る応力状態及び変位等に関するデータを読み出し、荷重を作用させずに塑性有限変位解析を実行する。   In the collapse determination step, static analysis is performed on the current change model (step S11), and it is determined whether or not the entire bridge has collapsed (step S12). When performing the analysis, the collapse determination program 17 of FIG. 1 is started, and the analysis computer C functions as the collapse determination means 35. The collapse determination means 35 is the change model when it is determined from the change model file 15 that “there is no newly destroyed member” in the destruction member determination step (step S10), that is, the change model file 15 is the most. A new changed model is read out, and data relating to the stress state and displacement related to the changed model is read out from the result file 18 and a plastic finite displacement analysis is executed without applying a load.

静的解析(ステップS11)を行ったならば、崩壊判定手段35は、橋梁全体が崩壊したか否か判定する(ステップS12)。崩壊判定手段35は、現時点の変更モデルが不安定構造となったときに「橋梁全体が崩壊した」と判定する。   When the static analysis (step S11) is performed, the collapse determination unit 35 determines whether or not the entire bridge has collapsed (step S12). The collapse determination means 35 determines that “the entire bridge has collapsed” when the current change model has an unstable structure.

判定ステップにおいて、「橋梁全体が崩壊しない」と判定された場合(ステップS12でNo)崩壊判定手段35は、変数αを変更し(ステップS7)、静的解析(ステップS4)に移行する。ループ後の静的解析(ステップS4)では、現状の変更モデルのまま変数αの値を増加させて基本モデルに対して割増荷重α(D+L)を作用させて静的解析以降の行程を行う。   In the determination step, when it is determined that “the entire bridge does not collapse” (No in step S12), the collapse determination unit 35 changes the variable α (step S7), and proceeds to the static analysis (step S4). In the static analysis after the loop (step S4), the process after the static analysis is performed by increasing the value of the variable α with the current changed model and applying the additional load α (D + L) to the basic model.

判定ステップにおいて、「橋梁全体が崩壊した」と判定された場合(ステップS12でYes)、現時点での変数α(図5A,Bの例では変数α(=1.2))を「基本余裕度」と決定し(ステップS13)終了する。 In the determination step, when it is determined that “the entire bridge has collapsed” (Yes in step S12), the current variable α (variable α 3 (= 1.2) in the examples of FIGS. 5A and 5B) is set to “basic margin”. Degree "(step S13) and the process ends.

以上説明した基本余裕度の算出方法では、橋梁を構成する部材のうち、最初に破壊させる部材を静的解析ステップの結果に基づいて選定し、この破壊された部材に起因する連鎖的な破壊現象を考慮しつつ定量的に基本余裕度を算出することができる。   In the basic margin calculation method described above, among the members constituting the bridge, the member to be destroyed first is selected based on the result of the static analysis step, and the chain destruction phenomenon caused by the destroyed member. The basic margin can be calculated quantitatively in consideration of the above.

<個別余裕度の算出方法>
次に、本実施形態に係る個別余裕度の算出方法について説明する。個別余裕度の算出方法では、図6A及び図6Bに示すように、準備ステップと、静的解析ステップと、変更モデル作成ステップと、自由振動解析ステップと、破壊部材判定ステップと、崩壊判定ステップと、を含むものである。なお、個別余裕度の算出方法のうち準備ステップを除いた行程を「リダンダンシー解析」ということがある。
<Individual margin calculation method>
Next, a method for calculating the individual margin according to the present embodiment will be described. In the individual margin calculation method, as shown in FIGS. 6A and 6B, a preparation step, a static analysis step, a change model creation step, a free vibration analysis step, a fracture member determination step, a collapse determination step, , Including. Of the individual margin calculation method, the process excluding the preparation step may be referred to as “redundancy analysis”.

個別余裕度の算出方法では、変更モデル作成ステップで最初に破壊(削除)する部材を任意に選定する点で前記した基本余裕度の算出方法と異なる。個別余裕度の算出方法のその他の行程は、基本余裕度の算出方法と略共通するため、共通する部分は簡単に説明する。   The individual margin calculation method differs from the basic margin calculation method described above in that the member to be destroyed (deleted) first in the change model creation step is arbitrarily selected. Since the other steps of the individual margin calculation method are substantially the same as the basic margin calculation method, the common parts will be described briefly.

図6Aに示すように、準備ステップでは、基本モデルの作成(ステップS21)、常時載荷解析(ステップS22)を行って橋梁の初期状態を取得する(ステップS23)。橋梁の初期状態は、結果ファイル18に格納される。   As shown in FIG. 6A, in the preparation step, a basic model is created (step S21), and a constant loading analysis (step S22) is performed to acquire the initial state of the bridge (step S23). The initial state of the bridge is stored in the result file 18.

準備ステップで初期状態が取得されたならば、静的解析ステップ(ステップS24)を実行する。静的解析ステップでは、基本モデル及び初期状態のデータに基づいて弾塑性有限変位解析を行って橋梁の各部材に作用する応力状態や変位等を取得し、得られたデータを結果ファイル18に書き込む。   If the initial state is acquired in the preparation step, the static analysis step (step S24) is executed. In the static analysis step, an elasto-plastic finite displacement analysis is performed based on the basic model and the initial state data to acquire the stress state and displacement acting on each member of the bridge, and the obtained data is written to the result file 18. .

ここで、図7Aは、本実施形態に係る個別余裕度の算出方法の前半を段階的に示した模式概念図である。図7Bは、本実施形態に係る個別余裕度の算出方法の後半を段階的に示した模式概念図である。
図7Aに示す基本モデルJは、図2の(a)に示す橋梁の一部を取り出して模式的に示しており、上弦材61a,61b、下弦材62a,62b、斜材63a,63b、垂直材64a,64b,64c及びRC床版65から構成されている。静的解析ステップから破壊部材判定ステップまでは図7A、図7Bも参照して説明する。
Here, FIG. 7A is a schematic conceptual diagram showing in a stepwise manner the first half of the individual margin calculation method according to the present embodiment. FIG. 7B is a schematic conceptual diagram showing the latter half of the method for calculating the individual margin according to the present embodiment in a stepwise manner.
The basic model J shown in FIG. 7A schematically shows a part of the bridge shown in FIG. 2A taken out. The upper chord members 61a and 61b, the lower chord members 62a and 62b, the diagonal members 63a and 63b, It consists of materials 64a, 64b, 64c and RC floor slab 65. The steps from the static analysis step to the destructive member determination step will be described with reference to FIGS. 7A and 7B.

静的解析(ステップS24)は、具体的には、図7Aの(a)に示すように、基本モデルJに対して、基準荷重(死荷重(D)+活荷重(L))に変数αを乗じた割増荷重α(D+L)を作用させる。変数αの初期値は、α=1に設定する。静的解析手段33は、静的解析を実行して基本モデルJの各部材に作用する応力(最大応力)を応力状態H(γ11,γ21,γ31,γ41,γ51,γ61,γ71,γ81,γ91,γ101))として取得するとともに各部材の変位等を取得し、これらのデータを変数αの値と関連付けて結果ファイル18に書き込む。 Specifically, in the static analysis (step S24), as shown in (a) of FIG. 7A, a variable α is set to a reference load (dead load (D) + live load (L)) with respect to the basic model J. The additional load α (D + L) multiplied by is applied. The initial value of the variable α is set to α = 1. The static analysis means 33 performs a static analysis and applies stress (maximum stress) acting on each member of the basic model J to the stress state H 111 , γ 21 , γ 31 , γ 41 , γ 51 , γ 61 , γ 71 , γ 81 , γ 91 , γ 101 )) and the displacement of each member is acquired, and these data are associated with the value of the variable α and written to the result file 18.

変更モデル作成ステップでは、橋梁を構成する一部材を「重要部材候補」として任意に選定し、基本モデルからその部材を削除した新たなモデル(変更モデル)を作成する(ステップS25)。変更モデルを作成する際には、基本モデルを利用するとよい。作成された変更モデルに関するデータは、変更モデルファイル15に格納される。   In the change model creation step, one member constituting the bridge is arbitrarily selected as an “important member candidate”, and a new model (change model) is created by deleting the member from the basic model (step S25). When creating a change model, the basic model should be used. Data relating to the created change model is stored in the change model file 15.

変更モデル作成ステップにおける部材の削除は、本実施形態では、オペレータが行う。オペレータは、基本モデルファイル12の中から基本モデルに関するデータを読み出し、重要部材候補を表現しているファイバー要素7を全て消去すればよい。   In the present embodiment, the member is deleted in the change model creation step. The operator may read out the data related to the basic model from the basic model file 12 and delete all the fiber elements 7 expressing the important member candidates.

具体的には、変更モデル作成ステップは、図7Aの(a)及び(b)に示すように、ここでは、垂直材64bを「重要部材候補」に選定し、垂直材64bを削除した変更モデルJを作成する。 Specifically, as shown in FIGS. 7A and 7B, in the modified model creation step, the vertical material 64b is selected as an “important member candidate” and the vertical material 64b is deleted. to create a J 1.

重要部材候補の選定方法は特に制限されないが、例えば、常時載荷解析(ステップS22)の解析結果を利用してもよい。常時載荷解析(ステップS22)によって、橋梁を構成する各部材に作用する荷重、ひずみ等のデータが結果ファイル18に書き込まれるため、例えばひずみエネルギーの値が大きい部材を重要部材候補に選定してもよい。   The method for selecting the important member candidate is not particularly limited. For example, the analysis result of the constant loading analysis (step S22) may be used. Data such as load and strain acting on each member constituting the bridge is written to the result file 18 by the constant loading analysis (step S22). For example, even if a member having a large strain energy value is selected as an important member candidate Good.

自由振動解析ステップでは、変更モデル作成ステップで作成された変更モデルに対して割増荷重α(D+L)を作用させるとともに、重要部材候補を削除する直前の応力状態及び変位等を与えて自由振動解析を行う(ステップS26)。つまり、自由振動解析では、重要部材候補が負担していた応力をステップ荷重とした動的応答解析を行う。そして、自由振動解析手段34は、自由振動解析を行った後の変更モデルの各部材に作用する応力状態及び変位等を、その時の変数αと関連付けて結果ファイル18に書き込む。   In the free vibration analysis step, an additional load α (D + L) is applied to the modified model created in the modified model creating step, and the free vibration analysis is performed by giving the stress state and displacement immediately before the important member candidate is deleted. This is performed (step S26). That is, in the free vibration analysis, a dynamic response analysis is performed using the stress borne by the important member candidate as a step load. Then, the free vibration analysis means 34 writes the stress state, displacement, and the like acting on each member of the changed model after performing the free vibration analysis in the result file 18 in association with the variable α at that time.

具体的には、自由振動解析ステップでは、図7Aの(c)及び(d)に示すように、変更モデルJに対して、割増荷重α(D+L)を作用させるとともに、重要部材候補を削除する直前の基本モデルJに作用していた応力状態H(γ11,γ21,γ31,γ41,γ51,γ61,γ71,γ81,γ91,γ101)及び変位等を与えて自由振動解析を行う。 Specifically, in the free vibration analyzing step, as shown in (c) and (d) of FIG. 7A, with respect to change model J 1, together with the action of extra load α (D + L), remove the key member candidates The stress state H 111 , γ 21 , γ 31 , γ 41 , γ 51 , γ 61 , γ 71 , γ 81 , γ 91 , γ 101 ) and the displacement acting on the basic model J immediately before Give free vibration analysis.

そして、図7A(d)に示すように、自由振動解析手段34は、振動が収束するまでの間に変更モデルJの各部材に作用した応力(最大応力)を応力状態H(γ12,γ22,γ32,γ42,γ52,γ62,γ72,γ82,γ92,γ102)として取得するとともに各部材の変位等を取得し、これらのデータを変数αの値と関連付けて結果ファイル18に格納する。 Then, as shown in FIG. 7A (d), the free vibration analysis unit 34, the vibration is applied to each member of the change model J 1 until convergence stress (maximum stress) stress state H 2 (gamma 12 , Γ 22 , γ 32 , γ 42 , γ 52 , γ 62 , γ 72 , γ 82 , γ 92 , γ 102 ) and the displacement of each member, etc. The result file 18 is stored in association with each other.

変更モデルに対して自由振動解析を実行したならば、自由振動解析手段34は、変更モデルにおいて新たに破壊された部材があるか否かを判定する(ステップS27)。部材が破壊されたか否かの判定は、基本余裕度の算出方法の部材破壊判定ステップと共通する。   If the free vibration analysis is executed for the changed model, the free vibration analyzing means 34 determines whether or not there is a newly destroyed member in the changed model (step S27). The determination of whether or not a member has been destroyed is common to the member destruction determination step of the basic margin calculation method.

部材破壊判定ステップにおいて、「新たに破壊された部材が無い」と判定された場合(ステップS27でNo)、崩壊判定ステップを実行する。崩壊判定ステップは、基本余裕度の算出方法の崩壊判定ステップと共通する。崩壊判定ステップでは、現時点での変更モデル及びこの変更モデルの応力状態や変位等に関するデータを読み出して、荷重を作用させずに静的解析を行い(ステップS28)、橋梁全体が崩壊したか否かを判定する(ステップS29)。   In the member destruction determination step, when it is determined that “there is no newly destroyed member” (No in step S27), the collapse determination step is executed. The collapse determination step is common to the collapse determination step of the basic margin calculation method. In the collapse determination step, the current change model and data relating to the stress state and displacement of the change model are read out, a static analysis is performed without applying a load (step S28), and whether or not the entire bridge has collapsed. Is determined (step S29).

判定ステップにおいて、「橋梁全体が崩壊した」と判定された場合(ステップS29でYes)、その時点での変数α(ここでは変数α=1)を「個別余裕度」と決定し(ステップS30)終了する。   In the determination step, when it is determined that “the entire bridge has collapsed” (Yes in Step S29), the variable α (variable α = 1 here) at that time is determined as the “individual margin” (Step S30). finish.

一方、判定ステップにおいて、「橋梁全体が崩壊しない」と判定された場合(ステップS29でNo)、変数αを変更し(ステップS31a)、変更モデル作成ステップで削除した部材を復元させて基本モデル(基本モデルJ)に戻した上で、初期状態を読み込む(ステップS31b)。そして、基本モデル及び初期状態のデータを用いて再度静的解析を行う(ステップS24)。本実施形態では、変数αを0.1増加させて再度静的解析を行う。   On the other hand, if it is determined in the determination step that “the entire bridge does not collapse” (No in step S29), the variable α is changed (step S31a), and the member deleted in the changed model creation step is restored to the basic model ( After returning to the basic model J), the initial state is read (step S31b). Then, static analysis is performed again using the basic model and the initial state data (step S24). In the present embodiment, static analysis is performed again by increasing the variable α by 0.1.

つまり、ループ後の静的解析(ステップS24)では、モデルを基本モデル(破壊部材の無い状態)に戻し、変数αを増加させて基本モデルに対してα(D+L)の荷重を作用させて静的解析を行う。そして、破壊部材判定ステップで「新たに破壊された部材が有る」と判定されるか(ステップS27でYes)、崩壊判定ステップで「橋梁全体が崩壊した」と判定されるまで(ステップS29でYes)、静的解析(ステップS24)から初期状態への復元(ステップS31b)までを繰り返す。この繰り返す行程については、解析用コンピュータCをそのように構成すればよい。   That is, in the static analysis after the loop (step S24), the model is returned to the basic model (the state in which there is no destructive member), the variable α is increased, and a load of α (D + L) is applied to the basic model. Perform a statistical analysis. Then, until it is determined that there is a newly destroyed member (Yes in Step S27) in the destructive member determining step (Yes in Step S27), or until it is determined that the entire bridge has collapsed (Yes in Step S29). ), The static analysis (step S24) to the restoration to the initial state (step S31b) is repeated. About this repeating process, the computer C for analysis should just be comprised in that way.

破壊部材判定ステップにおいて、「破壊された部材が有る」と判定された場合(ステップS27でYes)、自由振動解析手段34は、破壊された部材を結果ファイル18に書き込むとともに表示手段4に表示させる。そして、図6Bに示すように、変更モデル作成ステップを実行する(ステップS32)。   In the destructive member determination step, when it is determined that “there is a destructed member” (Yes in step S27), the free vibration analyzing unit 34 writes the destructed member in the result file 18 and causes the display unit 4 to display it. . Then, as shown in FIG. 6B, a modified model creation step is executed (step S32).

本実施形態では、例えば図7Bに示すように、変数αが変数α(=1.3)になった場合に、斜材63bが破壊されたものとする。この破壊された部材を以下「破壊部材」ともいう。結果ファイル18には、変数αと関連付けて、斜材63bが破壊される直前の変更モデルJの各部材に作用していた応力状態H(γ14,γ24,γ34,γ44,γ54,γ64,γ74,γ84,γ94,γ104)及び変位等が格納されている。 In the present embodiment, for example, as shown in FIG. 7B, it is assumed that the diagonal material 63b is destroyed when the variable α becomes the variable α 4 (= 1.3). Hereinafter, the destroyed member is also referred to as a “destructive member”. In the result file 18, the stress state H 414 , γ 24 , γ 34 , γ 44) acting on each member of the changed model J 1 immediately before the diagonal member 63 b is destroyed in association with the variable α 4. , Γ 54 , γ 64 , γ 74 , γ 84 , γ 94 , γ 104 ) and displacement and the like are stored.

変更モデル作成ステップでは、基本モデルから破壊部材を削除して、新たな変更モデルを作成する(ステップS32)。具体的には、図7B(a)及び(b)に示すように、本実施形態では斜材63bが破壊されたと判定されたため、変更モデルJから斜材63bを削除した変更モデルJを作成する。 In the change model creation step, the destructive member is deleted from the basic model, and a new change model is created (step S32). Specifically, as shown in FIG. 7B (a) and (b), since the present embodiment is determined that the diagonal member 63b is destroyed, the change model J 2 from changing model J 1 deleted the diagonal member 63b create.

自由振動解析ステップでは、変更モデル作成ステップで作成された変更モデルに対して、割増荷重α(D+L)を作用させるとともに、破壊部材を削除する直前の応力状態及び変位等を与えて自由振動解析を行う(ステップS33)。つまり、自由振動解析手段34は、破壊部材が負担していた応力をステップ荷重とした動的応答解析を行う。そして、自由振動解析手段34は、自由振動解析後の変更モデルに作用する応力状態及び変位等を取得し、このときの変更モデルと関連付けて結果ファイル18に書き込む。   In the free vibration analysis step, an additional load α (D + L) is applied to the modified model created in the modified model creating step, and a free vibration analysis is performed by giving the stress state and displacement immediately before deleting the fracture member. This is performed (step S33). That is, the free vibration analysis means 34 performs a dynamic response analysis using the stress borne by the breaking member as a step load. Then, the free vibration analyzing means 34 acquires the stress state and displacement acting on the changed model after the free vibration analysis, and writes it in the result file 18 in association with the changed model at this time.

具体的には、自由振動解析ステップでは、図7Bの(c)に示すように、変更モデルJに対して、割増荷重α(D+L)を作用させるとともに、先の自由振動解析で得られた応力状態H及び変位等を与えて自由振動解析を行う。 Specifically, in the free vibration analysis step, as shown in (c) of FIG. 7B, an additional load α 4 (D + L) is applied to the changed model J 2 and obtained by the previous free vibration analysis. It performs free vibration analysis gives stress state H 4 and the displacement or the like.

そして、図7Bの(d)に示すように、自由振動解析手段34は、振動が収束するまでの間に変更モデルJの各部材に作用した応力(最大応力)を応力状態H(γ15,γ25,γ35,γ45,γ55,γ65,γ75,γ85,γ95,γ105)として取得するとともに各部材の変位等を取得し、これらのデータを変更モデルJと関連付けて結果ファイル18に格納する。 Then, as shown in (d) of FIG. 7B, free vibration analysis unit 34, the vibration is applied to each member of the change model J 2 until convergence stress (maximum stress) stress state H 5 (gamma 15 , γ 25 , γ 35 , γ 45 , γ 55 , γ 65 , γ 75 , γ 85 , γ 95 , γ 105 ) and the displacement of each member, etc., and these data are changed to the change model J 2. And stored in the result file 18.

新たに作成された変更モデルに対して自由振動解析を実行したならば、自由振動解析手段34は、この変更モデルにおいて新たに破壊された部材があるか否かを判定する破壊部材判定ステップを実行する(ステップS34)。破壊部材判定ステップ(ステップS34)は、基本余裕度の算出方法の破壊部材判定ステップ(ステップS10)と共通する。   If the free vibration analysis is performed on the newly created changed model, the free vibration analyzing means 34 executes a destructive member determination step for determining whether or not there is a newly destroyed member in the changed model. (Step S34). The destructive member determination step (step S34) is common to the destructive member determination step (step S10) of the basic margin calculation method.

また、破壊部材判定ステップ(ステップS34)において、「新たに破壊された部材がある」と判定された場合のループの行程は、基本余裕度の算出方法の変更モデル作成ステップ(ステップS8)から破壊部材判定ステップ(ステップS10)までを繰り返す行程と共通する。これにより、破壊された部材が負担していた応力をステップ荷重とした動的応答解析を行うことができるとともに、部材の連鎖的な破壊に応じて変化する構造系を考慮した解析を行うことができる。   Further, in the destructive member determination step (step S34), the loop process when it is determined that “there is a newly destructed member” starts from the change model creation step (step S8) of the basic margin calculation method. This is common with the process of repeating the member determination step (step S10). This makes it possible to perform dynamic response analysis using the step load as the stress borne by the destroyed member, and to perform analysis that takes into account the structural system that changes in response to chain failure of the member. it can.

破壊部材判定ステップにおいて「新たに破壊された部材が無い」と判定された場合(ステップS34でNo)、崩壊判定ステップを実行する。崩壊判定ステップは、基本余裕度の算出方法の崩壊判定ステップ(ステップS11、ステップS12)と共通する。   When it is determined in the destructive member determination step that “there is no newly destroyed member” (No in step S34), a collapse determination step is executed. The collapse determination step is common to the collapse determination step (step S11, step S12) of the basic margin calculation method.

崩壊判定ステップで「橋梁全体が崩壊しない」と判定された場合(ステップS36でNo)、変数αを変更し(ステップS31a(図6A参照))、変更モデル作成ステップで削除した部材を復元させて基本モデル(基本モデルJ)に戻した上で、初期状態を読み込む(ステップS31b)。そして、基本モデル及び初期状態のデータを用いて再度静的解析を行う(ステップS24)。つまり、ループ後の静的解析ステップ(ステップS24)では、モデルを基本モデル(破壊部材の無いモデル)に戻し、現時点での変数αの値を増加させて基本モデルに対してα(D+L)の荷重を作用させて静的解析を行う。   When it is determined that the entire bridge does not collapse in the collapse determination step (No in step S36), the variable α is changed (step S31a (see FIG. 6A)), and the member deleted in the change model creation step is restored. After returning to the basic model (basic model J), the initial state is read (step S31b). Then, static analysis is performed again using the basic model and the initial state data (step S24). That is, in the static analysis step after the loop (step S24), the model is returned to the basic model (the model without the fracture member), and the value of the current variable α is increased so that α (D + L) Perform static analysis by applying a load.

崩壊判定ステップで「橋梁全体が崩壊した」と判定された場合(ステップS36でYes)、その時点での変数α(図7A,Bの例では変数α(=1.3))を「個別余裕度」と決定し(ステップS37)解析を終了する。 When it is determined in the collapse determination step that “the entire bridge has collapsed” (Yes in step S36), the variable α at that time (variable α 4 (= 1.3) in the example of FIGS. 7A and 7B) is set to “individual”. The margin is determined (step S37), and the analysis is terminated.

以上説明した個別余裕度の算出方法では、橋梁を構成する部材のうち、最初に破壊(削除)させる部材を任意に選定し、この部材の破壊に起因する連鎖的な破壊現象を考慮しつつ定量的に個別余裕度を算出することができる。   In the method for calculating the individual margin described above, the member to be destroyed (deleted) first among the members constituting the bridge is arbitrarily selected, and quantification is performed while taking into account the chain breaking phenomenon caused by the failure of this member. Thus, the individual margin can be calculated.

<重要部材の算出方法>
次に、重要部材の算出方法について説明する。前記した個別余裕度の算出方法において、最初に破壊させる部材(最初に削除する部材)を重要部材候補として複数個選定し、それぞれの部材に起因する複数の余裕度を算出する。そして、算出された各個別余裕度を、基本余裕度で除した値のうち、基本余裕度に対する減少率が最も小さい部材を重要部材(Fracture Critical Member)と決定する。
<Calculation method of important members>
Next, an important member calculation method will be described. In the individual margin calculation method described above, a plurality of members to be destroyed first (members to be deleted first) are selected as important member candidates, and a plurality of margins attributable to the respective members are calculated. Then, among the values obtained by dividing the calculated individual margins by the basic margin, the member having the smallest decrease rate with respect to the basic margin is determined as an important member (Fracture Critical Member).

以上説明したように本実施形態に係る構造物の構造解析方法によれば、自由振動解析ステップでは、部材の一つを削除した後の自由振動解析において、部材を削除する直前の構造系の応力状態を構造解析用モデルに与えるため、この破壊された部材が負担していた応力をステップ荷重とした動的応答解析を行うことができる。   As described above, according to the structure analysis method for a structure according to the present embodiment, in the free vibration analysis step, the stress of the structural system immediately before the member is deleted in the free vibration analysis after one of the members is deleted. Since the state is given to the structural analysis model, it is possible to perform a dynamic response analysis using the stress borne by the broken member as a step load.

また、新たに破壊された部材が無いと判定されるまで、破壊された部材を削除して新しいモデルを作成する変更モデル作成ステップと、この新しいモデルに基づく自由振動解析ステップとを繰り返すため、部材の連鎖的な破壊に応じて変化する構造系を考慮した動的解析を行うことができる。したがって、実際の構造物の崩壊を考慮しているため、より精度の高い崩壊現象を解析することができる。   In addition, until it is determined that there is no newly destroyed member, the modified model creation step of creating a new model by deleting the destroyed member and the free vibration analysis step based on this new model are repeated. It is possible to perform a dynamic analysis considering a structural system that changes according to the chain fracture of the. Therefore, since the collapse of the actual structure is taken into consideration, a more accurate collapse phenomenon can be analyzed.

また、本実施形態に係る構造物の構造解析方法によれば、基本余裕度と個別余裕度を定量的に算出することができる。また、基本余裕度と個別余裕度に基づいて重要部材を決定することができる。   Further, according to the structure analysis method for a structure according to the present embodiment, the basic margin and the individual margin can be quantitatively calculated. Moreover, an important member can be determined based on the basic margin and the individual margin.

次に、本発明の構造物の構造解析方法の実施例について説明する。実施例1では、実際に構築された橋梁を対象として、前記した基本余裕度の算出方法、個別余裕度の算出方法を使用して基本余裕度及び個別余裕度を算出し、これらの結果から重要部材を決定する。   Next, an example of a structure analysis method for a structure according to the present invention will be described. In the first embodiment, the basic margin and the individual margin are calculated using the basic margin calculation method and the individual margin calculation method described above for the actually constructed bridge, and the results are important. Determine the part.

対象橋梁は、図8に示すように、上路式鋼トラス橋であり、昭和56年に建設されたものである。この橋梁は、上部構造のほとんどの重量を占めるRC床版の重心位置がトラス桁より上方へ離れている橋梁形式である。設計条件等は、図8の表に記載された通りである。   The target bridge is an upper road type steel truss bridge as shown in FIG. 8 and was constructed in 1981. This bridge is a bridge type in which the position of the center of gravity of the RC floor slab, which occupies most of the superstructure, is separated upward from the truss girder. The design conditions and the like are as described in the table of FIG.

<基本モデルの作成>
対象橋梁に対して基本モデルを作成すると(図4のステップS1)図9のようになる。部材破壊の損傷を考慮するため、各部材に対して塑性化が表現できるファイバーモデルでモデル化する。部材の要素分割については、一つの部材を8分割程度とした。部材間の接合は、剛接合に設定した。
<Creation of basic model>
When a basic model is created for the target bridge (step S1 in FIG. 4), the result is as shown in FIG. In order to consider damage due to member destruction, each member is modeled by a fiber model that can express plasticization. About element division of a member, one member was made into about 8 division. The joint between the members was set to a rigid joint.

RC床版については、積層タイプのシェル要素(図2の(c)参照)でモデル化した。鉄筋層については、実際の鉄筋断面と等断面になるように板厚を決定し、鉄筋の評価をしている。各層に対して、コンクリート及び鉄筋の材料構成則を適用して、床版のひび割れや塑性化を考慮した床版モデルになっている。   The RC floor slab was modeled by a laminated type shell element (see FIG. 2C). For the reinforcing bar layer, the plate thickness is determined so as to be equal to the actual cross section of the reinforcing bar, and the reinforcing bar is evaluated. By applying the material constitutive law of concrete and reinforcing bars to each layer, it is a floor slab model that considers cracks and plasticization of the floor slab.

上弦材と床版を接合するスラブアンカーについては、非線形のバネで定義した。本発明では、自由振動解析(動的解析)を行うため、各部材間の節点に質量を定義した。また、自由振動解析の減衰定数については、対象橋梁を実際に計測してその計測結果をもとにハーフパワー法により算出した。   The slab anchor that joins the upper chord and the floor slab is defined by a non-linear spring. In the present invention, in order to perform free vibration analysis (dynamic analysis), mass is defined at the nodes between the members. In addition, the damping constant of free vibration analysis was calculated by the half power method based on the actual measurement of the target bridge.

<RC床版の材料構成則>
対象橋梁の耐力を評価する上で、床版の耐力を精度よく算出する必要がある。そのためには、コンクリートにひび割れや降伏を考慮しなければならない。特に、ひび割れを考慮しないとRC床版の耐力を高く評価してしまう。そこで、本実施例ではコンクリートの引張強度を3MPaにするため、コンクリートの材料構成則として、拡張Drucker pragerを採用した。
<Rules for RC slabs>
In evaluating the strength of the target bridge, it is necessary to accurately calculate the strength of the slab. To that end, cracks and yielding must be taken into account in the concrete. In particular, if cracks are not taken into account, the proof strength of the RC slab will be highly evaluated. Therefore, in this example, in order to set the concrete tensile strength to 3 MPa, the extended Drucker prager was adopted as the material constitutive law for the concrete.

拡張Drucker pragerの降伏関数は、式(1)のようになる。なお、式(1)でl=0の場合が通常のDrucker pragerの降伏関数である。 The extended Drucker prager yield function is as shown in Equation (1). In addition, the case where l 0 = 0 in the equation (1) is a normal Drucker prager yield function.

Figure 0005395636
Figure 0005395636

ここで、qは相当応力、lは応力の第一不変量である。α,l,kは、式(2)、式(3)、式(4)よりそれぞれ計算される。 Here, q is equivalent stress, and l is a first invariant amount of stress. α, l 0 , and k are calculated from Equation (2), Equation (3), and Equation (4), respectively.

Figure 0005395636
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Figure 0005395636
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Figure 0005395636
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コンクリートの物性値として、引張強度σを3MPa,降伏応力σを21MPa、摩擦角βを30度とした。なお、RC床版の鉄筋の材料構成則については、ひずみ硬化E/100のバイリニアモデルとした。 As the physical properties of the concrete, the tensile strength σ t was 3 MPa, the yield stress σ c was 21 MPa, and the friction angle β was 30 degrees. In addition, about the material constitutive law of the reinforcement of RC floor slab, it was set as the bilinear model of strain hardening E / 100.

<常時載荷解析>
解析モデルの初期状態を作成するために、RC床版の打設を考慮した常時載荷解析による静的解析を前記したステップにしたがって行った(図4のステップS2)。活荷重(L)については、固定荷重として荷重させた。載荷位置は、図10に示すように、中央径間とし、P1荷重については、中央より左側に載荷させた。
<Always loading analysis>
In order to create an initial state of the analysis model, a static analysis based on a constant loading analysis in consideration of the placement of the RC floor slab was performed according to the steps described above (step S2 in FIG. 4). The live load (L) was applied as a fixed load. As shown in FIG. 10, the loading position was between the center spans, and the P1 load was loaded on the left side from the center.

図11は、実施例1に係る常時載荷解析の各部材の最大ひずみ分布を示したグラフであって、(a)は、斜材、(b)は、垂直材、(c)は、下弦材を示す。図11の(a)乃至(c)に示すように、各部材とも降伏ひずみに対して、約半分のひずみ値になっている。比較的余裕があるのは、床版剛性の影響であると考えられる。
なお、確認のため、床版剛度が無い解析モデルに対して常時載荷解析を行ったところ、斜材の引張り部材においてひずみ値が約1.7倍になった。また、常時載荷解析において、最初から床版剛度を考慮した解析では、床版剛度を過大に評価することになり、各部材とも応答値が三割小さくなることを確認した。
FIG. 11 is a graph showing the maximum strain distribution of each member in the constant load analysis according to Example 1, wherein (a) is a diagonal material, (b) is a vertical material, and (c) is a lower chord material. Indicates. As shown in (a) to (c) of FIG. 11, each member has a strain value that is about half of the yield strain. It is considered that the relatively large margin is due to the influence of the floor slab rigidity.
For confirmation, a constant load analysis was performed on an analysis model having no floor slab stiffness. As a result, the strain value of the diagonal member was increased by about 1.7 times. Also, in the constant loading analysis, the analysis considering the slab stiffness from the beginning would overestimate the slab stiffness, and it was confirmed that the response value of each member was 30% smaller.

<終局強度解析:基本余裕度の算出>
図4のフローにしたがって、終局強度解析(静的解析ステップ、変更モデル作成ステップ、自由振動解析ステップ、破壊部材判定ステップ及び崩壊判定ステップ)を行った。図12は、実施例1に係る終局強度解析における部材破壊位置を示した側面図である。図13は、実施例1に係る終局強度解析における各部材の最大ひずみ分布を示したグラフであって、(a)は、斜材、(b)は、上弦材、(c)は、下弦材を示す。
<Final strength analysis: Calculation of basic margin>
The ultimate strength analysis (static analysis step, change model creation step, free vibration analysis step, fracture member determination step, and collapse determination step) was performed according to the flow of FIG. FIG. 12 is a side view showing a member breaking position in the ultimate strength analysis according to the first embodiment. FIG. 13 is a graph showing the maximum strain distribution of each member in the ultimate strength analysis according to Example 1, wherein (a) is an oblique material, (b) is an upper chord material, and (c) is a lower chord material. Indicates.

図12に示すように、静的解析ステップを行ったところ、最初に斜材101が部材破壊ひずみ値に達して破壊した(図4のステップS6)。この時の変数αの値は、α=2.6であった。   As shown in FIG. 12, when the static analysis step was performed, the diagonal member 101 first reached the member fracture strain value and broke (step S6 in FIG. 4). The value of the variable α at this time was α = 2.6.

その後、変更モデル作成ステップ(図4のステップS8)、自由振動解析ステップ(ステップS9)の繰り返しによって、図12に示すように、上弦材102、下弦材103の順番で連鎖的に破壊した。その後、新たに破壊される部材が無くなり、崩壊判定ステップ(図4のステップS12)において、橋梁が不安定構造になって橋梁全体が崩壊したと判定され、解析が終了した。この解析の結果、対象橋梁の基本余裕度は、「2.6」と算出された。
なお、破壊された部材は、いずれも荷重がより大きく作用する中央より左側(図10参照)の部材である。
Thereafter, the upper chord material 102 and the lower chord material 103 were sequentially broken in the order shown in FIG. 12 by repeating the modified model creation step (step S8 in FIG. 4) and the free vibration analysis step (step S9). Thereafter, there were no new members to be destroyed, and in the collapse determination step (step S12 in FIG. 4), it was determined that the bridge had an unstable structure and the entire bridge was collapsed, and the analysis was completed. As a result of this analysis, the basic margin of the target bridge was calculated as “2.6”.
The broken members are all members on the left side (see FIG. 10) where the load acts more greatly.

ここで、図13の(a)に示すように、斜材101の破壊については、橋脚K1及び橋脚K2付近の斜材のひずみが大きく、わずかに橋脚K1側の斜材101が先に部材破壊ひずみ値に達したことがわかる。2番目に破壊した上弦材102及び3番目に破壊した下弦材103に鑑みると、最初に破壊した斜材101付近に損傷が集中していき、橋梁全体が崩壊するといえる。   Here, as shown in FIG. 13 (a), regarding the destruction of the diagonal member 101, the diagonal member 101 near the pier K1 and the pier K2 has a large strain, and the diagonal member 101 on the pier K1 side slightly breaks the member first. It can be seen that the strain value has been reached. Considering the upper chord material 102 destroyed second and the lower chord material 103 destroyed third, it can be said that damage concentrates near the diagonal material 101 destroyed first, and the entire bridge collapses.

なお、常時載荷解析において、最初から床版剛度を考慮して同様の終局強度解析を行ったところ、上弦材が破壊せずに他の部材が破壊した。つまり、破壊形態が変わったことを確認している。   In the normal loading analysis, the same ultimate strength analysis was performed from the beginning in consideration of the rigidity of the floor slab, but the upper chord material did not break and other members broke. In other words, it has been confirmed that the destruction mode has changed.

図14は、実施例1に係る終局強度解析において、破壊された部材のひずみ履歴を示したグラフあって、(a)は、上弦材、(b)は、下弦材を示す。
図14の(a)に示すように、斜材101が破壊した後、0.031秒後に上弦材102のひずみが破壊ひずみ値である3εに達し、破壊したことがわかる。また、図14の(b)に示すように、斜材101が破壊した後、0.038秒後に下弦材103のひずみが破壊ひずみ値である3εに達し、破壊したことがわかる。対象橋梁は、斜材101が破壊されてから0.038秒後に橋梁全体が不安定になり崩壊したことになる。
FIG. 14 is a graph showing the strain history of a broken member in the ultimate strength analysis according to Example 1, wherein (a) shows the upper chord material and (b) shows the lower chord material.
As shown in (a) of FIG. 14, after the diagonal members 101 is broken, it reached 3Ipushiron y is the strain value destruction strain New Moon member 102 after 0.031 seconds, it can be seen that destroyed. Further, as shown in (b) of FIG. 14, after the diagonal members 101 is broken, the strain of the lower chord member 103 after 0.038 seconds reaches 3Ipushiron y is the strain value destruction, it can be seen that destroyed. The target bridge is 0.038 seconds after the diagonal member 101 is destroyed, and the entire bridge becomes unstable and collapses.

図15は、実施例1に係る終局強度解析において、崩壊直後の床版の応力コンター図である。図15のうち、黒色の部分は引張応力、灰色の部分は圧縮応力、白色の部分は小さい応力がそれぞれ発生していることを示している。橋梁の中央部分のRC床版は、圧縮状態にあり、橋脚K1、橋脚K2付近のRC床版の大部分が引張強度3MPaに達しているのがわかる。また、左側の破壊部材が集中したRC床版付近だけが引張応力状態になっているのがわかる。なお、RC床版のうち、コンクリートが引張強度に達している部分の鉄筋が降伏していなかったことが確認された。また、スラブアンカーについては大部分が塑性化し、部分的に破断(許容変位超過)していることが確認された。   FIG. 15 is a stress contour diagram of a floor slab immediately after collapse in the ultimate strength analysis according to the first embodiment. In FIG. 15, the black portion indicates tensile stress, the gray portion indicates compressive stress, and the white portion indicates that small stress is generated. It can be seen that the RC floor slab at the center of the bridge is in a compressed state, and most of the RC floor slabs near the pier K1 and the pier K2 reach a tensile strength of 3 MPa. Further, it can be seen that only the vicinity of the RC floor slab where the fracture members on the left side are concentrated is in a tensile stress state. In the RC floor slab, it was confirmed that the part of the reinforcing steel where the concrete had reached the tensile strength was not yielding. In addition, it was confirmed that most of the slab anchors were plasticized and partially ruptured (excess allowable displacement).

<リダンダンシー解析:個別余裕度の算出>
次に、図6A及び図6Bのフローにしたがって、リダンダンシー解析(静的解析ステップ、変更モデル作成ステップ、自由振動解析ステップ、破壊部材判定ステップ、崩壊判定ステップ)を行った。変更モデル作成ステップ(図6AのステップS25)において、最初に削除する部材(重要部材候補)は、オペレータが任意に選定すればよいが、本実施例では常時載荷解析の結果を利用した。つまり、図11に基づいて、斜材、垂直材、下弦材の中からひずみが大きくかつ降伏点の高い部材を重要部材候補として一つずつ選定した。重要部材候補は、すべて橋梁の左側に係る部材である。重要部材候補として選定した斜材111、垂直材112及び下弦材113の位置を図16に示す。
<Redundancy analysis: Calculation of individual margin>
Next, according to the flow of FIG. 6A and FIG. 6B, redundancy analysis (static analysis step, change model creation step, free vibration analysis step, fracture member determination step, collapse determination step) was performed. In the change model creation step (step S25 in FIG. 6A), the member to be deleted first (important member candidate) may be arbitrarily selected by the operator, but in this embodiment, the result of constant loading analysis was used. That is, based on FIG. 11, members having a large strain and a high yield point were selected one by one from the diagonal materials, the vertical materials, and the lower chord materials as important member candidates. The important member candidates are all members on the left side of the bridge. The positions of the diagonal member 111, the vertical member 112, and the lower chord member 113 selected as important member candidates are shown in FIG.

<斜材111の個別余裕度>
図17は、実施例1に係るリダンダンシー解析の解析結果であって、(a)は斜材を削除した後の各斜材の最大ひずみ分布を示し、(b)は、部材の破壊位置を示す。
図6Aに示す変更モデル作成ステップ(ステップS25)で、斜材111(左側)を削除して変更モデルを作成した後、変数αの変更(ステップS31a)を行ってステップS24からステップS31bを繰り返したところ、図17の(b)に示すように、新たに左側の下弦材114が破壊した。その時の変数αの値は、α=1.8であった。
<Individual margin of diagonal material 111>
FIG. 17 is an analysis result of the redundancy analysis according to the first embodiment, where (a) shows the maximum strain distribution of each diagonal material after the diagonal material is deleted, and (b) shows the fracture position of the member. .
In the modified model creation step (step S25) shown in FIG. 6A, the diagonal material 111 (left side) is deleted to create a modified model, then the variable α is changed (step S31a), and steps S24 to S31b are repeated. However, as shown in FIG. 17B, the left lower chord material 114 was newly broken. The value of the variable α at that time was α = 1.8.

その後、図6Bに示す変更モデル作成ステップ(ステップS32)で下弦材114を削除して、自動振動解析ステップ(ステップS33)を行ったが、新たに破壊された部材が無いと判定され(ステップS34)、さらに、崩壊判定ステップで橋梁全体が崩壊したと判定され(ステップS36)解析が終了した。
この結果、対象橋梁において重要部材候補を斜材111に選定した場合の個別余裕度は、「1.8」と決定された。
Thereafter, the lower chord material 114 is deleted in the modified model creation step (step S32) shown in FIG. 6B and the automatic vibration analysis step (step S33) is performed, but it is determined that there is no newly broken member (step S34). In addition, it is determined that the entire bridge has collapsed in the collapse determination step (step S36), and the analysis is completed.
As a result, the individual margin when the important member candidate is selected as the diagonal member 111 in the target bridge was determined to be “1.8”.

図17の(b)を参照して破壊情況を考察すると、斜材111(左側)付近の下弦材114(左側)だけが損傷し、それ以上に破壊部材が拡大せず、橋梁全体が崩壊したことが確認できた。   When the fracture situation is considered with reference to FIG. 17B, only the lower chord material 114 (left side) near the diagonal member 111 (left side) is damaged, and the fracture member does not expand further, and the entire bridge collapses. I was able to confirm.

<垂直材112の個別余裕度>
図18は、実施例1に係るリダンダンシー解析の解析結果であって、(a)は、垂直材を削除した後の各垂直材の最大ひずみ分布を示し、(b)は、部材の破壊位置を示す。
図6Aに示す変更モデル作成ステップ(ステップS25)で、垂直材112(左側)を削除して変更モデルを作成した後、変数αの変更(ステップS31a)を行ってステップS24からステップS31bを繰り返したところ、図18の(b)に示すように、新たに左側の下弦材114が破壊した。その時の変数αの値は、α=1.4であった。
<Individual margin of vertical member 112>
FIG. 18 is an analysis result of the redundancy analysis according to the first embodiment, where (a) shows the maximum strain distribution of each vertical material after the vertical material is deleted, and (b) shows the fracture position of the member. Show.
In the modified model creation step (step S25) shown in FIG. 6A, the vertical member 112 (left side) is deleted to create a modified model, and then the variable α is changed (step S31a), and steps S24 to S31b are repeated. However, as shown in FIG. 18B, the left lower chord material 114 was newly broken. The value of the variable α at that time was α = 1.4.

その後、図6Bに示す変更モデル作成ステップ(ステップS32)で下弦材114を削除して、自動振動解析ステップ(ステップS33)を行ったが、新たに破壊された部材が無いと判定され(ステップS34)、さらに、崩壊判定ステップで橋梁全体が崩壊したと判定され(ステップS36)解析が終了した。
この結果、対象橋梁において重要部材候補を垂直材112に選定した場合の個別余裕度は、「1.4」と決定された。
Thereafter, the lower chord material 114 is deleted in the modified model creation step (step S32) shown in FIG. 6B and the automatic vibration analysis step (step S33) is performed, but it is determined that there is no newly broken member (step S34). In addition, it is determined that the entire bridge has collapsed in the collapse determination step (step S36), and the analysis is completed.
As a result, the individual margin when the important member candidate in the target bridge is selected as the vertical member 112 is determined to be “1.4”.

図18の(b)を参照して破壊情況を考察すると、垂直材112(左側)付近の下弦材114(左側)だけが損傷し、それ以上に破壊部材が拡大せず、橋梁全体が崩壊したことが確認できた。   When the fracture situation is considered with reference to FIG. 18B, only the lower chord material 114 (left side) near the vertical material 112 (left side) is damaged, and the fracture member does not expand further, and the entire bridge collapses. I was able to confirm.

<下弦材113の個別余裕度>
図19は、実施例1に係るリダンダンシー解析の解析結果であって、(a)は、下弦材を削除した後の下弦材の最大ひずみ分布を示し、(b)は、部材の破壊位置を示す。
図6Aに示す変更モデル作成ステップ(ステップS25)で、下弦材113(左側)を削除して変更モデルを作成した後、変数αの変更(ステップS31a)を行ってステップS24からステップS31bを繰り返したところ、図19の(b)に示すように、新たに右側の下弦材115(右側)が破壊した。その時の変数αの値は、α=1.7であった。
<Individual margin of lower chord material 113>
FIGS. 19A and 19B are analysis results of the redundancy analysis according to the first embodiment, where FIG. 19A shows the maximum strain distribution of the lower chord material after the lower chord material is deleted, and FIG. 19B shows the fracture position of the member. .
In the modified model creation step (step S25) shown in FIG. 6A, after the lower chord material 113 (left side) is deleted to create a modified model, the variable α is changed (step S31a), and steps S24 to S31b are repeated. However, as shown in FIG. 19B, the right lower chord material 115 (right side) was newly broken. The value of the variable α at that time was α = 1.7.

その後、図6Bに示す変更モデル作成ステップ(ステップS32)で下弦材115を削除して、自動振動解析ステップ(ステップS33)を行ったが、新たに破壊された部材が無いと判定され(ステップS34)、さらに、崩壊判定ステップで橋梁全体が崩壊したと判定され(ステップS36)解析が終了した。
この結果、対象橋梁において重要部材候補を下弦材113(左側)にした場合の個別余裕度は、「1.7」と決定された。
Thereafter, the lower chord material 115 is deleted in the modified model creation step (step S32) shown in FIG. 6B and the automatic vibration analysis step (step S33) is performed, but it is determined that there is no newly broken member (step S34). In addition, it is determined that the entire bridge has collapsed in the collapse determination step (step S36), and the analysis is completed.
As a result, the individual margin when the important member candidate in the target bridge is the lower chord material 113 (left side) is determined to be “1.7”.

図19の(b)を参照して破壊情況を考察すると、下弦材113(左側)付近の下弦材115(右側)だけが損傷し、それ以上に破壊部材が拡大せず、橋梁全体が崩壊したことが確認できた。   When considering the fracture situation with reference to FIG. 19 (b), only the lower chord material 115 (right side) near the lower chord material 113 (left side) was damaged, and the destruction member did not expand further, and the entire bridge collapsed. I was able to confirm.

図20は、リダンダンシー解析結果を整理した表である。表内の「α減少率」とは、各部材における個別余裕度を終局強度解析によって得られた基本余裕度α=2.6で除した値である。図20から、個別余裕度の減少率が最も小さい垂直材112が重要部材(FCM)と決定された。   FIG. 20 is a table in which the redundancy analysis results are organized. The “α reduction rate” in the table is a value obtained by dividing the individual margin in each member by the basic margin α = 2.6 obtained by the ultimate strength analysis. From FIG. 20, the vertical member 112 having the smallest individual margin reduction rate is determined as the important member (FCM).

実施例2では、二つの部材での解析(以下、二部材解析ともいう)を行って、本発明に係る構造物の構造解析方法の検証を行った。二部材解析では、二部材解析によって得られた解析解と、一つの部材に750kNの荷重を作用させるステップ応答解析の理論解とを比較検証する。   In Example 2, an analysis using two members (hereinafter also referred to as a two-member analysis) was performed to verify the structure analysis method for a structure according to the present invention. In the two-member analysis, the analytical solution obtained by the two-member analysis and the theoretical solution of the step response analysis in which a load of 750 kN is applied to one member are compared and verified.

<解析条件>
図21の(a)及び(b)に示すように、対象橋梁の部材(ここでは斜材)を2本取り出して、取り出した部材201、部材202を重ねた状態で片側端部を拘束し、自由端部に対して引張荷重1500kNを部材軸方向に作用させる。
<Analysis conditions>
As shown in (a) and (b) of FIG. 21, two members of the target bridge (in this case, diagonal materials) are taken out, one end is constrained in a state where the taken out members 201 and 202 are overlapped, A tensile load of 1500 kN is applied to the free end portion in the member axial direction.

次に、図21の(c)に示すように、部材201を破断(削除)させ、残りの部材202の応答特性を観察する。解析モデルとしては、一部材一要素とし、質量を自由端部の接点に集約させる。なお、減衰は0.1%と仮定した。   Next, as shown in FIG. 21C, the member 201 is broken (deleted), and the response characteristics of the remaining members 202 are observed. As an analysis model, one member is one element, and the mass is concentrated at the contact point at the free end. The attenuation was assumed to be 0.1%.

<解析方法>
解析方法は、まず、部材を2本重ねた状態で引張荷重1500kNを作用させる静的解析を行い、その応力状態を保存する。この行程は、例えば、図4で示す静的解析ステップ(ステップS4)に相当する。
<Analysis method>
In the analysis method, first, a static analysis in which a tensile load of 1500 kN is applied in a state where two members are stacked is performed, and the stress state is stored. This process corresponds to, for example, the static analysis step (step S4) shown in FIG.

次に、部材201を削除した構造にする。この行程は、例えば、図4で示す変更モデル作成ステップ(ステップS8)に相当する。   Next, the member 201 is removed. This process corresponds to, for example, a change model creation step (step S8) shown in FIG.

次に、保存しておいた応力状態を読み込み、減衰0.1%を考慮した動的解析を行う。この行程は、例えば、図4で示す自由振動解析ステップ(ステップS9)に相当する。動的解析を開始する時点では、部材201が負担していた応力が、部材202に作用していることになる。   Next, the stored stress state is read and a dynamic analysis is performed in consideration of the attenuation of 0.1%. This process corresponds to, for example, the free vibration analysis step (step S9) shown in FIG. At the time of starting the dynamic analysis, the stress borne by the member 201 is acting on the member 202.

本解析における動的解析においては、地震応答解析で用いられるニューマークのβ法を採用した。時間積分間隔Δtについては、地震応答解析で用いられるΔt(例えば0.01)より小さくし、式(5)のCourant条件を十分に満足するように0.0001とした。   In the dynamic analysis in this analysis, the Newmark β method used in the seismic response analysis was adopted. The time integration interval Δt is set to 0.0001 so as to be smaller than Δt (for example, 0.01) used in the seismic response analysis and to sufficiently satisfy the Courant condition of Expression (5).

Figure 0005395636
Figure 0005395636

ここで、lminは、最小節点間距離、cは、応力波の速度(=(E/p)1/2、E:弾性係数、p:密度)である。
なお、本解析において使用した解析ソフトは、SeanFEM(株式会社耐震解析研究所製)を使用しており、解析の種類は弾塑性有限変位解析である。
Here, l min is the minimum distance between nodes, and c is the velocity of the stress wave (= (E / p) 1/2 , E: elastic modulus, p: density).
The analysis software used in this analysis uses Sean FEM (manufactured by Seismic Analysis Laboratory Co., Ltd.), and the type of analysis is elasto-plastic finite displacement analysis.

<比較検証>
図22に示すように、一つの部材に初期状態からの750kN(一つの部材の負担分)のステップ応答解析を行って得られた理論解と、二部材解析で得られた解析解とを比較すると、略同等の結果となる。つまり、本発明に係る構造物の構造解析方法によれば、一の部材が破壊した場合の衝撃力が評価できているといえる。
<Comparison verification>
As shown in FIG. 22, a theoretical solution obtained by performing a step response analysis of 750 kN (a burden of one member) from one initial state on one member is compared with an analytical solution obtained by a two-member analysis. As a result, almost equivalent results are obtained. That is, according to the structure analysis method for a structure according to the present invention, it can be said that the impact force when one member breaks can be evaluated.

実施例3では、対象橋梁の一部を抜き取った簡易トラス構造を用いて、部材破壊後の挙動を解析し、本発明に係る構造物の構造解析方法の検証を行う。なお、本実施例のように簡易トラス構造を用いた解析を「簡易トラス解析」ともいう。   In Example 3, the behavior after member destruction is analyzed using a simple truss structure in which a part of the target bridge is extracted, and the structure analysis method for a structure according to the present invention is verified. Note that the analysis using the simple truss structure as in the present embodiment is also referred to as “simple truss analysis”.

<解析条件>
図23の(a)及び(b)に示すように、対象橋梁の橋脚K1上の一部を抜き出して、簡易トラス構造120を作成する。簡易トラス構造120は、上弦材121,122、下弦材123,124、垂直材125,126,127及び斜材128,129で構成されている。垂直材125,127は、下弦材123,124が水平となるように実際よりも長く形成した。簡易トラス構造120の各部材の条件は、図22の(c)に示したとおりである。
<Analysis conditions>
As shown in FIGS. 23A and 23B, a part of the target bridge on the pier K1 is extracted to create a simple truss structure 120. FIG. The simple truss structure 120 includes upper chord members 121 and 122, lower chord members 123 and 124, vertical members 125, 126 and 127, and diagonal members 128 and 129. The vertical members 125 and 127 were formed longer than the actual length so that the lower chord members 123 and 124 were horizontal. The conditions of each member of the simple truss structure 120 are as shown in FIG.

簡易トラス構造120は、ファイバーモデルでモデル化する。ここでは、一部材を8分割し、部材同士の接合条件は剛接合とした。要素分割の影響をみるため、細かい要素分割の場合(以下、「細分割モデル」という)も解析を実施した。質量については、部材結合部だけでなく全節点に定義している。また、簡易トラス構造120が塑性化することを考慮しているため、材料構成則を弾性係数が2×10MPa、降伏応力を235MPa,355MPa、ひずみ硬化をE/100のバイリニアモデルの移動硬化則とした。   The simple truss structure 120 is modeled with a fiber model. Here, one member was divided into eight, and the joining condition between the members was rigid joining. In order to see the effect of element division, analysis was also performed in the case of fine element division (hereinafter referred to as “subdivision model”). The mass is defined not only at the member coupling portion but at all nodes. In addition, since the simple truss structure 120 is considered to be plasticized, the material constitutive law is a kinematic hardening law of a bilinear model with an elastic modulus of 2 × 10 MPa, yield stresses of 235 MPa and 355 MPa, and strain hardening of E / 100. did.

このような条件下で、簡易トラス構造120の左上端部に水平荷重1500kNと3500kNの二種類の荷重を作用させた状態から斜材128が破壊(削除)した直後の挙動を具体的に考察した。動的解析の方法については、実施例2と同じであり、時間積分間隔Δtを0.0001とし、Courant条件を満足するようにした。細分割モデルでは時間積分間隔Δtを0.00001とした。   Under such conditions, the behavior immediately after the diagonal member 128 was destroyed (deleted) from the state in which two types of loads of horizontal load 1500 kN and 3500 kN were applied to the upper left end portion of the simple truss structure 120 was specifically examined. . The dynamic analysis method is the same as in Example 2, and the time integration interval Δt is set to 0.0001 so that the Courant condition is satisfied. In the subdivision model, the time integration interval Δt is set to 0.00001.

<事前解析>
本解析による応答解析を行う前に、簡易トラス構造120に対して事前解析を行う。図24は、実施例3に係る事前解析における軸力図であって、(a)は、斜材破壊前、(b)は、斜材が存在しない構造、(c)は、斜材が存在した部分の両端に衝撃荷重を作用させた構造を示す。事前解析では、健全な状態の構造(図24の(a))と、斜材128が最初から存在しない構造(図24の(b))の二種類の構造で水平荷重1500kNを作用させたときの各部材に作用する軸力を取得する。
<Preliminary analysis>
Prior to the response analysis by this analysis, a prior analysis is performed on the simplified truss structure 120. FIG. 24 is an axial force diagram in the preliminary analysis according to Example 3, where (a) is before the diagonal breakage, (b) is a structure without the diagonal, and (c) is the diagonal. A structure in which an impact load is applied to both ends of the part is shown. In the pre-analysis, when a horizontal load of 1500 kN is applied to the structure in a healthy state ((a) in FIG. 24) and the structure in which the diagonal member 128 does not exist from the beginning ((b) in FIG. 24). The axial force acting on each member is acquired.

図24の(a)及び(b)に示すように、斜材128が存在しない簡易トラス構造120’では、簡易トラス構造120と比較して、斜材129の軸力が大きくなり、垂直材126が荷重を負担するようになったことがわかる。   As shown in FIGS. 24A and 24B, in the simple truss structure 120 ′ in which the diagonal member 128 does not exist, the axial force of the diagonal member 129 is larger than that in the simple truss structure 120, and the vertical member 126. It can be seen that has come to bear the load.

なお、図24の(c)では、破壊された部材が負担していた軸力に対して衝撃係数1.854を乗じて得た衝撃荷重を、斜材128が存在しない簡易トラス構造120’の斜材128の両端部の位置に作用させて静的解析を行った。前記した非特許文献1において行われたリダンダンシー評価のための解析(以下、「従来法」とする)は、図24の(a)と(c)の結果を重ね合わせたものとなる。   In FIG. 24 (c), the diagonal load of the simple truss structure 120 ′ without the diagonal member 128 is obtained by multiplying the axial load that was borne by the destroyed member by the impact coefficient 1.854. Static analysis was performed by acting on the positions of both ends of 128. The analysis for redundancy evaluation (hereinafter referred to as “conventional method”) performed in Non-Patent Document 1 described above is obtained by superimposing the results of (a) and (c) of FIG.

<1500kN荷重の解析結果>
(全体的な考察について)
図25は、実施例3の1500kN荷重に係る簡易トラス解析における軸力履歴を示したグラフであって(a)は、上弦材、(b)は垂直材、(c)は、斜材を示す。図25に示すように、大きな軸力が発生する上弦材121、垂直材126及び斜材129を対象として、斜材128を破壊させた後の挙動を考察した。
<Results of 1500kN load analysis>
(Overall consideration)
FIG. 25 is a graph showing an axial force history in a simple truss analysis relating to a 1500 kN load of Example 3, where (a) is an upper chord material, (b) is a vertical material, and (c) is an oblique material. . As shown in FIG. 25, the behavior after the oblique member 128 was broken was considered for the upper chord member 121, the vertical member 126, and the oblique member 129 that generate a large axial force.

各グラフの応答値のうち、符号の末尾に「a」を付した応答値は本解析による解析結果を示し、「b」を付した応答値は斜材128が最初から無い状態の各部材の軸力(図24の(b)に対応)を示し、「c」を付した応答値は従来法による解析結果を示す。   Among the response values of each graph, the response value with “a” at the end of the sign indicates the analysis result by this analysis, and the response value with “b” is the response value of each member without the diagonal member 128 from the beginning. The axial force (corresponding to (b) in FIG. 24) is shown, and the response value with “c” shows the analysis result by the conventional method.

本発明による解析結果は、応答値121a,126a,129aに示すように、斜材128が最初から無い状態を示した応答値121b,126b,129bを中心に振動していることがわかる。本解析では、全ての部材が弾性応答であった。   As shown in the response values 121a, 126a, and 129a, the analysis result according to the present invention shows that the diagonal material 128 vibrates around the response values 121b, 126b, and 129b that indicate a state in which there is no initial material. In this analysis, all members were elastic responses.

図25の(a)に示すように、上弦材121については、斜材129にくらべて軸力が半分程度であり、振幅も小さいことがわかる。また、斜材128が最初から無い状態を示した応答値121bと、従来法を示した応答値121cとが重なっているため、従来法では衝撃による挙動が表現できていないことがわかる。つまり、従来法では、斜材128が破壊した後の振動による影響を考慮できていないのに対し、本解析では、その影響を考慮できている。   As shown in FIG. 25A, it can be seen that the upper chord material 121 has about half the axial force and the amplitude is smaller than that of the diagonal material 129. In addition, since the response value 121b indicating that the diagonal member 128 is not present from the beginning overlaps with the response value 121c indicating the conventional method, it can be understood that the conventional method cannot express the behavior due to the impact. That is, in the conventional method, the influence due to the vibration after the diagonal member 128 is broken cannot be considered, but in the present analysis, the influence can be taken into consideration.

図25の(b)に示すように、垂直材126の応答値126aの最大値は、従来法の応答値126cの値よりも小さい。つまり、従来法が過大評価する傾向にあることがわかる。   As shown in FIG. 25B, the maximum value of the response value 126a of the vertical member 126 is smaller than the response value 126c of the conventional method. That is, it can be seen that the conventional method tends to be overestimated.

一方、図25の(c)に示すように、斜材129の応答値129aの最大値は、従来法の応答値129cの値と略同等である。   On the other hand, as shown in FIG. 25C, the maximum value of the response value 129a of the diagonal member 129 is substantially equal to the value of the response value 129c of the conventional method.

ここで、従来法と本解析との差についてさらに考察する。図26は、実施例3の1500kN荷重に係る簡易トラス解析において、垂直材の軸力が最大時の変形状態を示した模式図であって、(a)は、本解析、(b)は従来法を示す。図26のうち太字の部分が変形後の状態を表している。   Here, the difference between the conventional method and this analysis will be further considered. FIG. 26 is a schematic diagram showing a deformation state when the axial force of the vertical member is maximum in the simple truss analysis according to the 1500 kN load of Example 3, where (a) is the present analysis, and (b) is the conventional analysis. Show the law. In FIG. 26, a bold part represents a state after deformation.

図26の(a),(b)を比較すると、本解析の斜材129はS字型に変形している。これに対し、従来法の斜材129’’では変形状態が異なる。従来法では、斜材129’’自体が振動していることがわかる。   When comparing (a) and (b) of FIG. 26, the diagonal member 129 of this analysis is deformed into an S-shape. In contrast, the oblique material 129 ″ according to the conventional method has a different deformation state. In the conventional method, it can be seen that the diagonal member 129 ″ itself vibrates.

(各部材の縦振動について)
斜材128が破壊した後の各部材に発生する振動の傾向を比較すると、破断させる斜材128とほぼ垂直な方向に配設されている斜材129は、図25の(c)に示すように、高周波の振動成分はあまり含まれていないことがわかる。
一方、図25の(a),(b)に示すように、上弦材121、垂直材126では、高周波の振動成分が多く含まれていることがわかる。また、これらの高周波の振動は、時間が経過すれば小さくなることがわかる。これらより、斜材128の破壊により各部材に発生する軸力の高周波成分は、各部材内の縦振動によるものであり、発生最大軸力に対して影響は小さいといえる。即ち、各部材内に発生する軸力(断面力)は、各部材のたわみ振動によるものと考えられる。
(About longitudinal vibration of each member)
When the tendency of vibration generated in each member after the diagonal member 128 is broken is compared, the diagonal member 129 disposed in a direction substantially perpendicular to the diagonal member 128 to be broken is shown in FIG. In addition, it can be seen that high frequency vibration components are not included so much.
On the other hand, as shown in FIGS. 25A and 25B, the upper chord member 121 and the vertical member 126 contain a large amount of high-frequency vibration components. It can also be seen that these high-frequency vibrations become smaller as time elapses. From these, it can be said that the high-frequency component of the axial force generated in each member due to the destruction of the diagonal member 128 is due to the longitudinal vibration in each member, and has little influence on the generated maximum axial force. That is, the axial force (cross-sectional force) generated in each member is considered to be due to the flexural vibration of each member.

(各部材内の軸力の伝達について)
ひとつの部材内の振動(軸力)の伝達を明らかにするため、斜材128が存在しない簡易トラス構造120’の垂直材126(図24の(b)参照)に着目した。図27は、実施例3の1500kN荷重において、垂直材の三箇所の軸力履歴を示したグラフである。
図27に示すように、垂直材126の中央部分、両端ともに概ね同様の振動をしていることがわかる。さらに、部材内の縦振動の影響が部材内位置により差があることもわかる。また、図27に示すように、軸力の応答履歴の立ち上がり時期(0〜0.002秒)において、一つの部材内で位相差が現れているのがわかる。なお、この位相差の大きさは、理論計算と一致することを確認した。
(About transmission of axial force in each member)
In order to clarify the transmission of vibration (axial force) in one member, attention was paid to the vertical member 126 (see FIG. 24B) of the simplified truss structure 120 ′ in which the diagonal member 128 does not exist. FIG. 27 is a graph showing axial force histories at three locations of a vertical member at a load of 1500 kN in Example 3.
As shown in FIG. 27, it can be seen that the central portion and both ends of the vertical member 126 vibrate substantially in the same manner. Further, it can be seen that the influence of longitudinal vibration in the member varies depending on the position in the member. Further, as shown in FIG. 27, it can be seen that a phase difference appears in one member at the rising time (0 to 0.002 seconds) of the response history of the axial force. It was confirmed that the magnitude of this phase difference coincided with the theoretical calculation.

(部材要素分割の影響)
これまでの結果は、簡易トラス構造120を構成する各部材において、一つの部材を8分割に分割したもの(以下、「通常分割」という)である。この分割は、対象橋梁の全体のモデル化を意識したものである。その分割の影響を調べるため、一つの部材を100要素に分割した場合(以下、「細分割」という)の解析も実施した。図28は、実施例3の1500kN荷重において、垂直材の細分割解析における軸力履歴を示したグラフである。図中、通常分割は応答値126aで表されており、細分割は応答値126dで表されている。
(Effect of component element division)
The results so far are obtained by dividing one member into eight parts (hereinafter referred to as “normal division”) in each member constituting the simple truss structure 120. This division is intended to model the entire target bridge. In order to investigate the influence of the division, an analysis was performed when one member was divided into 100 elements (hereinafter referred to as “subdivision”). FIG. 28 is a graph showing the axial force history in the vertical subdivision analysis at the 1500 kN load of Example 3. In the drawing, the normal division is represented by a response value 126a, and the subdivision is represented by a response value 126d.

図28に示すように、応答値の1サイクルくらいまでは、通常分割(応答値126a)、細分割(応答値124d)ともに一致しているが、時間経過とともに差が現れることがわかる。本発明に係る構造解析方法では、軸力の履歴において最大値が現れる最初の1サイクルが重要であるため、通常分割であれば実際の崩壊を考慮できると考えられる。   As shown in FIG. 28, it can be seen that the normal division (response value 126a) and the subdivision (response value 124d) coincide with each other up to about one cycle of the response value, but the difference appears with time. In the structural analysis method according to the present invention, the first cycle in which the maximum value appears in the history of the axial force is important.

<3500kN荷重の解析結果>
前記した1500kN荷重と同様に、簡易トラス構造120(図23の(b)参照)に対して水平荷重を3500kNとした状態から、斜材128を破壊(削除)させて動的解析を行った。なお、3500kNの水平荷重は、図24の(b)に示す簡易トラス構造120’に作用させても全ての部材が塑性化しない程度の荷重である。
<Analysis result of 3500kN load>
Similarly to the above-described 1500 kN load, the diagonal material 128 was broken (deleted) from the state where the horizontal load was 3500 kN with respect to the simple truss structure 120 (see FIG. 23B), and the dynamic analysis was performed. The horizontal load of 3500 kN is a load that does not plasticize all members even when applied to the simplified truss structure 120 ′ shown in FIG.

図29は、実施例3の3500kN荷重に係る解析結果を示したグラフであって、(a)は、垂直材の軸力履歴、(b)は、垂直材の応力−ひずみ関係を示す。図中、応答値126a’は本解析の結果を示し、応答値126b’は斜材が最初から無い状態(図24の(b)に対応)の解析結果を示し、応答値126c’は従来法の結果を示す。   FIG. 29 is a graph showing an analysis result relating to the 3500 kN load of Example 3, where (a) shows the axial force history of the vertical member, and (b) shows the stress-strain relationship of the vertical member. In the figure, the response value 126a ′ indicates the result of this analysis, the response value 126b ′ indicates the analysis result in a state where no diagonal material is present from the beginning (corresponding to FIG. 24B), and the response value 126c ′ indicates the conventional method. The results are shown.

図29の(a)に示すように、本解析の応答値126a’は、1500kN荷重の場合と異なり、最初から斜材が存在しない簡易トラス構造の応答値126b’を中心に発生軸力が振動せず、最大軸力を過ぎた後は低下した状態となることがわかる。   As shown in FIG. 29 (a), the response value 126a ′ of this analysis is different from the case of 1500 kN load, and the generated axial force oscillates around the response value 126b ′ of the simple truss structure in which no diagonal material exists from the beginning. It can be seen that after the maximum axial force is exceeded, the state is lowered.

また、図29の(b)に示すように、応答値126d’が降伏点を過ぎており、垂直材126が大きく塑性化しているのがわかる。つまり、斜材128の破壊の衝撃により、部材が塑性化し振動特性が変化したといえる。ここでは、垂直材126以外の結果の掲載を省略するが、垂直材126以外のほとんどの部材が大きく塑性化したことを確認している。   Further, as shown in FIG. 29B, it can be seen that the response value 126d 'has passed the yield point, and that the vertical member 126 is greatly plasticized. That is, it can be said that the vibration characteristics are changed due to plasticity of the member due to the impact of the destruction of the diagonal member 128. Here, although the publication of results other than the vertical member 126 is omitted, it has been confirmed that most members other than the vertical member 126 have become greatly plasticized.

図30は、実施例3において、従来法及び本解析において、各部材に作用する損傷状態をまとめた表である。図30の数値は、3500kN荷重の解析結果を降伏ひずみεで正規化したものである。図30に示すように、本解析においては上弦材以外の部材が大きく塑性化しているのに対し、従来法では、斜材129のみが1.22ε程度の塑性化になっている。このようになったのは、従来法では線形解析となり、部材が塑性化したことによる力の分配が正確に行えず、過小評価したためと考えられる。 FIG. 30 is a table summarizing the damage states acting on each member in Example 3 in the conventional method and the present analysis. The numerical value of FIG. 30 is obtained by normalizing the analysis result of the 3500 kN load by the yield strain ε y . As shown in FIG. 30, whereas in the present analysis element other than top chord member is made larger plasticized, in the conventional method, only the diagonal members 129 is in the plastic of about 1.22ε y. This is probably because the conventional method was a linear analysis, and the force distribution due to the plasticization of the member could not be accurately performed, and was underestimated.

以上説明した実施例3によれば、本解析(本発明)によれば、部材破壊後の挙動を精度よく再現できているのに対し、従来法では、部材破壊後の挙動が弾性範囲内のレベルにおいては過大評価する傾向があると考えられる。また、従来法では、応答値が大きくなり、塑性域でのレベルになると、過小評価する傾向があると考えられる。   According to the third embodiment described above, according to the present analysis (the present invention), the behavior after the member failure can be accurately reproduced, whereas in the conventional method, the behavior after the member failure is within the elastic range. There is a tendency to overestimate the level. In the conventional method, when the response value becomes large and reaches the level in the plastic region, it is considered that there is a tendency to underestimate.

1 記憶手段
2 演算処理手段
3 入力手段
4 表示手段
5 バス
11 エディタプログラム
12 基本モデルファイル
13 常時載荷解析プログラム
14 静的解析プログラム
15 変更モデルファイル
16 自由振動解析プログラム
17 崩壊判定プログラム
18 結果ファイル
31 構造解析用モデル作成手段
32 常時載荷解析手段
33 静的解析手段
34 自動振動解析手段
35 崩壊判定手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Memory | storage means 2 Arithmetic processing means 3 Input means 4 Display means 5 Bus | bath 11 Editor program 12 Basic model file 13 Constant loading analysis program 14 Static analysis program 15 Changed model file 16 Free vibration analysis program 17 Collapse judgment program 18 Result file 31 Structure Analytical model creation means 32 Constant load analysis means 33 Static analysis means 34 Automatic vibration analysis means 35 Collapse determination means

Claims (5)

複数の部材で構成される構造物を、前記各部材の非線形性を考慮可能な要素でモデル化して構造解析用モデルを作成し、この構造解析用モデルを使用して構造物の破壊現象を解析する構造物の構造解析方法であって、
構造解析用モデルに対して静的解析を行って、この構造解析用モデルを構成する各部材に作用する応力を取得する静的解析ステップと、
前記構造解析用モデルの部材の一つを削除した状態の構造解析用モデルを新たに作成する変更モデル作成ステップと、
前記変更モデル作成ステップで作成された構造解析用モデルに対して、部材を削除する直前に各部材に作用していた応力を与えて自由振動解析を行う自由振動解析ステップと、
前記自由振動解析ステップにおいて新たに破壊された部材があるか否かを判定する破壊部材判定ステップと、
前記破壊部材判定ステップで新たに破壊された部材が無いと判定された場合に、前記自由振動解析を行った後の構造解析用モデルに対して静的解析を行って、この構造解析用モデルが崩壊したか否かを判定する崩壊判定ステップと、を含み、
前記破壊部材判定ステップで新たに破壊された部材が無いと判定されるまで、前記変更モデル作成ステップ、前記自由振動解析ステップ及び前記破壊部材判定ステップを繰り返すことを特徴とする構造物の構造解析方法。
A structure composed of multiple members is modeled with elements that can take into account the nonlinearity of each member, creating a model for structural analysis, and using this structural analysis model to analyze the failure phenomenon of the structure A structure analysis method for a structure
A static analysis step of performing a static analysis on the structural analysis model and acquiring stress acting on each member constituting the structural analysis model;
A change model creation step for newly creating a structural analysis model in a state where one of the members of the structural analysis model is deleted;
For the structural analysis model created in the modified model creation step, a free vibration analysis step for performing free vibration analysis by applying stress acting on each member immediately before deleting the member;
A destructive member determination step for determining whether or not there is a newly destroyed member in the free vibration analysis step;
When it is determined that there is no newly destroyed member in the destructive member determination step, static analysis is performed on the structural analysis model after the free vibration analysis is performed, and the structural analysis model is A collapse determination step for determining whether or not it has collapsed,
The structural analysis method for a structure is characterized in that the modified model creation step, the free vibration analysis step, and the destructive member determination step are repeated until it is determined in the destructive member determination step that there is no newly destroyed member. .
前記静的解析ステップでは、基準荷重に変数αを乗じて得た割増荷重を作用させて静的解析を行い、
前記崩壊判定ステップにおいて、前記構造解析用モデルが崩壊しないと判定された場合には、前記変数αを増加させたうえで、前記静的解析ステップに移行し、前記構造用解析モデルが崩壊したと判定されるまで、変更モデル作成ステップ、自由振動解析ステップ、破壊部材判定ステップ及び崩壊判定ステップを繰り返すことを特徴とする請求項1に記載の構造物の構造解析方法。
In the static analysis step, static analysis is performed by applying an additional load obtained by multiplying the reference load by the variable α,
In the collapse determination step, when it is determined that the structural analysis model does not collapse, after increasing the variable α, the process proceeds to the static analysis step, and the structural analysis model is collapsed. 2. The structural analysis method for a structure according to claim 1, wherein the modification model creation step, the free vibration analysis step, the fracture member determination step, and the collapse determination step are repeated until the determination is made.
前記静的解析ステップで破壊された部材があった場合に、この部材を前記変更モデル作成ステップにおいて最初に削除させる部材に選定することを特徴とする請求項2に記載の構造物の構造解析方法。   The structural analysis method for a structure according to claim 2, wherein when there is a member destroyed in the static analysis step, the member is selected as a member to be deleted first in the change model creation step. . 前記静的解析ステップにおいて解析を行った後の構造解析用モデルの中から一つの部材を任意に選択して、この部材を前記変更モデル作成ステップにおいて最初に削除させる部材に選定することを特徴とする請求項2に記載の構造物の構造解析方法。   One member is arbitrarily selected from the structural analysis models after the analysis in the static analysis step, and this member is selected as a member to be deleted first in the modified model creation step. The structure analysis method for a structure according to claim 2. 前記静的解析ステップの前に、常時荷重載荷による静的解析を行って構造解析用モデルの初期状態を作成する常時載荷解析ステップをさらに含み、
前記構造物を構成する各部材のうち、前記常時載荷解析ステップで得られたひずみエネルギーに基づいて、前記変更モデル作成ステップにおいて最初に削除させる部材を選定することを特徴とする請求項2に記載の構造物の構造解析方法。
Before the static analysis step, further includes a constant loading analysis step of creating an initial state of the structural analysis model by performing a static analysis by constant loading.
The member to be deleted first in the change model creation step is selected based on the strain energy obtained in the constant loading analysis step among the members constituting the structure. Structure analysis method of the structure.
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JPH0921720A (en) * 1995-07-03 1997-01-21 Kuratsuki:Kk Method for analyzing vibration of structure
JP2898606B2 (en) * 1996-10-21 1999-06-02 川崎重工業株式会社 Method and apparatus for constructing three-dimensional model for design and manufacture of bridge
JP3000957B2 (en) * 1997-05-16 2000-01-17 日本電気株式会社 Plastic analysis method and system using finite element method and recording medium storing plastic analysis program using finite element method
JP3771035B2 (en) * 1998-03-09 2006-04-26 富士通エフ・アイ・ピー株式会社 Structure analysis system and recording medium recording structure analysis program
JP4648590B2 (en) * 2001-07-27 2011-03-09 株式会社竹中工務店 Building deformation analyzer
JP2005182736A (en) * 2003-11-26 2005-07-07 Hironori Nagai Member cross section examination method adaptable to structural structure design and recording medium with member cross section examination program stored
JP2005299203A (en) * 2004-04-12 2005-10-27 Fuji Ps Corp Three-dimensional structure design system
JP2008027026A (en) * 2006-07-19 2008-02-07 Sumitomo Chemical Co Ltd Method for analyzing destructive behavior

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