JP7348510B2 - Evaluation method for composite beams - Google Patents

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Description

本発明は、合成梁の評価方法に関する。 The present invention relates to a method for evaluating composite beams.

従来、両端がそれぞれ半剛接合された合成梁において、正曲げの曲げ剛性と負曲げの曲げ剛性とが互いに異なる場合の合成梁の評価方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1では、合成梁に2点集中荷重が作用する場合に、明細書に示された合成梁の曲げモーメント及び撓みについての方程式(陽関数)を解いて、合成梁の端部曲げモーメント(合成梁の端に作用する曲げモーメント)及び撓みの最大値を算出している。
Conventionally, there has been known a method for evaluating a composite beam in which the bending rigidity in positive bending and the bending rigidity in negative bending are different from each other in a composite beam whose both ends are semi-rigidly joined (for example, see Patent Document 1).
In Patent Document 1, when a two-point concentrated load acts on a composite beam, the end bending moment ( The bending moment acting on the end of the composite beam) and the maximum value of deflection are calculated.

特開2018-09410号公報JP2018-09410A

しかしながら、合成梁に全長にわたって等分布荷重が作用する場合には、合成梁の曲げモーメント及び撓みについての方程式から合成梁の曲げモーメント及び撓みを算出するには、この方程式が陰関数であるため、これを解くためには収斂(収束)計算を行う必要がある。さらに、例えば複数の合成梁を有する構造体を動的解析するためには、これを陰解法で収斂計算によって解く必要があり、合成梁と構造体の2重の収斂計算が必要となるため、多大な時間が必要である。
さらに、例えば合成梁の断面積を目的関数、撓みや曲げモーメント等の設計条件を制約条件とし、目的関数を最小化する最適化計算を行う場合には、制約条件及び目的関数の最適化に対して2重の収斂計算が必要となるため、多大な時間が必要である。
However, when a uniformly distributed load acts on a composite beam over its entire length, in order to calculate the bending moment and deflection of the composite beam from the equation for the bending moment and deflection of the composite beam, this equation is an implicit function. In order to solve this problem, it is necessary to perform a convergence calculation. Furthermore, for example, in order to dynamically analyze a structure with multiple composite beams, it is necessary to solve this using an implicit method using convergent calculations, which requires double convergence calculations for the composite beams and the structure. It requires a lot of time.
Furthermore, when performing optimization calculations to minimize the objective function, for example, using the cross-sectional area of a composite beam as the objective function and design conditions such as deflection and bending moment as constraints, it is necessary to Since double convergence calculations are required, a large amount of time is required.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、合成梁の端部曲げモーメント及び撓みの最大値を収斂計算を行うことなく算出できる合成梁の評価方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these problems, and it is an object of the present invention to provide a composite beam evaluation method that can calculate the maximum values of the end bending moment and deflection of the composite beam without performing convergence calculations. purpose.

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の合成梁の評価方法は、正曲げの曲げ剛性と負曲げの曲げ剛性とが互いに異なり、両端がそれぞれ半剛接合され全長にわたって等分布荷重が作用する合成梁の前記端に作用する曲げモーメントである端部曲げモーメント、及び前記合成梁に生じる撓みの最大値を算出する合成梁の評価方法であって、前記合成梁の前記端における回転剛性を、前記合成梁の単位長さ当たりの曲げ剛性で除した値を無次元化回転剛性とし、前記合成梁の正曲げの曲げ剛性及び前記合成梁の負曲げの曲げ剛性の比を無次元化曲げ剛性としたときに、前記端部曲げモーメント及び前記撓みの最大値を、前記無次元化回転剛性及び前記無次元化曲げ剛性に基づいて陽関数により算出することを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
The evaluation method of a composite beam of the present invention is a composite beam in which the bending stiffness in positive bending and the bending rigidity in negative bending are different from each other, and both ends are semi-rigidly connected and uniformly distributed loads are applied over the entire length. A composite beam evaluation method that calculates the end bending moment, which is a moment, and the maximum value of the deflection that occurs in the composite beam, the rotational stiffness at the end of the composite beam being calculated by calculating the rotational stiffness per unit length of the composite beam. When the value divided by the bending stiffness is taken as the non-dimensional rotational stiffness, and the ratio of the bending stiffness of the positive bending of the composite beam and the bending rigidity of the negative bending of the composite beam is the non-dimensional bending stiffness, the end bending The present invention is characterized in that the moment and the maximum value of the deflection are calculated by explicit functions based on the dimensionless rotational stiffness and the dimensionless bending stiffness.

この発明によれば、発明者らは無次元化された値である無次元化回転剛性及び無次元化曲げ剛性に基づいて端部曲げモーメント及び撓みの最大値を評価することにより、合成梁の仕様によらずに端部曲げモーメント及び撓みの最大値を陽関数により汎用性高く、かつ精度良く算出できることを見出した。
無次元化回転剛性及び無次元化曲げ剛性に基づいて陽関数により合成梁の端部曲げモーメント及び撓みの最大値を算出することにより、合成梁の端部曲げモーメント及び撓みの最大値を収斂計算を行うことなく算出することができる。
According to this invention, the inventors evaluated the maximum value of the end bending moment and deflection based on the nondimensionalized rotational stiffness and nondimensionalized bending stiffness, which are nondimensionalized values. We have found that the maximum values of end bending moment and deflection can be calculated using explicit functions with high versatility and accuracy, regardless of specifications.
Convergently calculate the maximum end bending moment and deflection of the composite beam by calculating the maximum end bending moment and deflection of the composite beam using an explicit function based on the nondimensional rotational stiffness and nondimensional bending stiffness. It can be calculated without doing.

また、上記の合成梁の評価方法において、前記両端がそれぞれ剛接合されて全長にわたって等分布荷重が作用するとしたときの前記合成梁の前記端に作用する曲げモーメントを剛接モーメントとし、前記両端がそれぞれピン接合されて全長にわたって等分布荷重が作用するとしたときの前記合成梁に作用する曲げモーメントの最大値をピン接モーメントとし、前記両端がそれぞれ半剛接合されて全長にわたって等分布荷重が作用する前記合成梁の前記端に作用する曲げモーメントを半剛接モーメントとし、前記半剛接モーメントを前記ピン接モーメントで除した値を無次元化接合部モーメントとし、前記剛接モーメントを前記ピン接モーメントで除した値を無次元化剛接モーメントとしたときに、前記無次元化曲げ剛性に基づいて前記無次元化剛接モーメントを陽関数により算出し、算出した前記無次元化剛接モーメント、前記無次元化回転剛性、及び前記無次元化曲げ剛性に基づいて前記無次元化接合部モーメントを陽関数により算出し、算出した前記無次元化接合部モーメントに基づいて前記端部曲げモーメント及び前記撓みの最大値を陽関数により算出してもよい。 Further, in the above method for evaluating a composite beam, the bending moment acting on the end of the composite beam when both ends are rigidly connected and a uniformly distributed load is applied over the entire length is defined as the rigid contact moment, and The pin contact moment is the maximum value of the bending moment that acts on the composite beam when both ends are connected with pins and a uniformly distributed load acts over the entire length, and both ends are semi-rigidly connected and an evenly distributed load acts over the entire length. The bending moment acting on the end of the composite beam is defined as a semi-rigid moment, the value obtained by dividing the semi-rigid moment by the pin contact moment is defined as a dimensionless joint moment, and the rigid moment is defined as the pin contact moment. If the value divided by The non-dimensional joint moment is calculated by an explicit function based on the non-dimensional rotational stiffness and the non-dimensional bending stiffness, and the end bending moment and the deflection are calculated based on the calculated non-dimensional joint moment. The maximum value of may be calculated using an explicit function.

この発明によれば、無次元化曲げ剛性に基づいて無次元化剛接モーメントを陽関数により算出する。さらに、算出した無次元化剛接モーメント、無次元化回転剛性、及び無次元化曲げ剛性に基づいて無次元化接合部モーメントを算出し、算出した無次元化接合部モーメントに基づいて端部曲げモーメント及び撓みの最大値を、それぞれ陽関数により算出する。
こうして、合成梁の端部曲げモーメント及び撓みの最大値を収斂計算を行うことなく算出することができる。
According to this invention, the non-dimensional rigid contact moment is calculated by an explicit function based on the non-dimensional bending stiffness. Furthermore, a nondimensional joint moment is calculated based on the calculated nondimensional rigid contact moment, nondimensional rotational stiffness, and nondimensional bending stiffness, and end bending is performed based on the calculated nondimensional joint moment. The maximum values of moment and deflection are each calculated using explicit functions.
In this way, the maximum values of the end bending moment and deflection of the composite beam can be calculated without performing convergence calculations.

また、上記の合成梁の評価方法において、前記無次元化剛接モーメントをβMj,rigid、前記無次元化回転剛性をα、前記無次元化曲げ剛性をαとしたときに、前記無次元化接合部モーメントβMjを、(1)式から(3)式を用いて(4)式により算出してもよい。 In addition, in the above composite beam evaluation method, when the non-dimensional rigid moment is β Mj,rigid , the non-dimensional rotational stiffness is α j and the non-dimensional bending stiffness is α s , The dimensional joint moment β Mj may be calculated by equation (4) using equations (1) to (3).

Figure 0007348510000001
Figure 0007348510000001

この発明によれば、(1)式から(3)式を用いた(4)式により、無次元化接合部モーメントβMjを、収斂計算を行うことなく精度良く算出することができる。 According to the present invention, the dimensionless joint moment β Mj can be calculated with high precision without performing a convergence calculation using equation (4) using equations (1) to (3).

また、上記の合成梁の評価方法において、前記無次元化剛接モーメントβMj,rigidが0.4以下のときには、(4)式において、前記無次元化剛接モーメントβMj,rigidに代えて、前記無次元化剛接モーメントβMj,rigidに基づいて(5)式により算出される無次元化剛接モーメントβMj,rigid,Theoを用いてもよい。 In addition, in the above composite beam evaluation method, when the non-dimensional rigid contact moment β Mj,rigid is 0.4 or less, in equation (4), instead of the non-dimensional rigid contact moment β Mj, rigid, , the non-dimensionalized rigid contact moment β Mj,rigid,Theo calculated by equation (5) based on the non-dimensionalized rigid contact moment β Mj,rigid may be used.

Figure 0007348510000002
Figure 0007348510000002

この発明によれば、無次元化剛接モーメントβMj,rigidが0.4以下である場合には、無次元化剛接モーメントβMj,rigidが厳密解に対して誤差が大きくなる。この場合であっても、無次元化剛接モーメントβMj,rigidに代えて無次元化剛接モーメントβMj,rigid,Theoを用いることにより、無次元化剛接モーメントをより精度良く算出することができる。 According to this invention, when the nondimensional rigid moment β Mj,rigid is 0.4 or less, the error of the nondimensional rigid moment β Mj,rigid becomes large with respect to the exact solution. Even in this case, the non-dimensional rigid moment β Mj, rigid can be replaced with the non-dimensional rigid moment β Mj, rigid, Theo to calculate the non-dimensional rigid moment with higher accuracy. I can do it.

本発明の合成梁の評価方法によれば、合成梁の端部曲げモーメント及び撓みの最大値を収斂計算を行うことなく算出できる。 According to the composite beam evaluation method of the present invention, the maximum values of the end bending moment and deflection of the composite beam can be calculated without performing convergence calculations.

本発明の第1実施形態の合成梁の評価方法が適用される合成梁が用いられる建築物の縦断面図である。1 is a longitudinal cross-sectional view of a building in which a composite beam is used, to which the composite beam evaluation method of the first embodiment of the present invention is applied. 同合成梁を境界条件とともに示す模式化した正面図である。FIG. 2 is a schematic front view showing the composite beam together with boundary conditions. 同合成梁における正曲げされる領域及び負曲げされる領域を模式化して示した正面図である。FIG. 3 is a front view schematically showing a positively bent region and a negatively bent region in the composite beam. ケース1からケース5における無次元化回転剛性と無次元化接合部モーメントとの関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between dimensionless rotational stiffness and dimensionless joint moment in Cases 1 to 5; 合成梁における無次元化曲げ剛性と無次元化剛接モーメントとの試算結果の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the trial calculation result of the non-dimensional bending stiffness and non-dimensional rigid contact moment in a composite beam. 無次元化剛接モーメントの近似解と厳密解との関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the relationship between an approximate solution and an exact solution of a dimensionless rigid moment. 無次元化曲げ剛性と係数kとの関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between dimensionless bending stiffness and coefficient k. 無次元化曲げ剛性と変数αj,Tとの関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between dimensionless bending stiffness and variables α j,T . 無次元化接合部モーメントの近似解と厳密解との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between an approximate solution and an exact solution of a dimensionless joint moment. 撓みの最大値の近似解と厳密解との関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the relationship between an approximate solution and an exact solution for the maximum value of deflection.

以下、本発明に係る合成梁の評価方法の一実施形態を、図1から図10を参照しながら説明する。 An embodiment of the composite beam evaluation method according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 10.

〔1.両端が半剛接合された合成梁〕
本実施形態の合成梁の評価方法は、例えば、図1に示す建築物1を構成する合成梁11を評価するのに用いられる。
この例では、合成梁11は、床12と、梁(小梁)13と、を備えている。なお、合成梁11の構成はこの例に限定されない。
床12は、いわゆる合成スラブであり、梁13により下方から支持されている。床12は、デッキプレート16と、デッキプレート16上に配置されたRC(Reinforced Concrete)スラブ17と、を備えている。
デッキプレート16の凹凸形状は、水平面に沿う方向であって、梁13が延びる方向とは直交する方向に延びている。
RCスラブ17は、コンクリート18と、鉄筋19と、を備えている。コンクリート18は、上下方向が厚さ方向となる板状に形成されている。コンクリート18は、デッキプレート16により下方から支持されている。
鉄筋19は、水平面に沿って延びていて、コンクリート18内に埋設されている。例えば、鉄筋19は、平面視で格子状に配置されている。
[1. Composite beam with semi-rigid connections at both ends]
The composite beam evaluation method of this embodiment is used, for example, to evaluate the composite beam 11 that constitutes the building 1 shown in FIG. 1.
In this example, the composite beam 11 includes a floor 12 and a beam (small beam) 13. Note that the configuration of the composite beam 11 is not limited to this example.
The floor 12 is a so-called composite slab, and is supported from below by beams 13. The floor 12 includes a deck plate 16 and an RC (Reinforced Concrete) slab 17 placed on the deck plate 16.
The uneven shape of the deck plate 16 extends in a direction along the horizontal plane and perpendicular to the direction in which the beam 13 extends.
The RC slab 17 includes concrete 18 and reinforcing bars 19. The concrete 18 is formed into a plate shape whose thickness direction is the vertical direction. Concrete 18 is supported from below by deck plate 16.
The reinforcing bars 19 extend along the horizontal plane and are buried in the concrete 18. For example, the reinforcing bars 19 are arranged in a grid pattern in plan view.

梁13はH形鋼で形成され、水平面に沿って延びている。梁13の上フランジには、スタッド21の下端部が固定されている。スタッド21は、デッキプレート16を貫通している。スタッド21の上端部は、コンクリート18内に埋設されている。
梁13の両端は、水平面に沿って延びる大梁24にそれぞれ半剛接合されている。大梁24は、梁13に直交する方向に延びている。梁13と大梁24との半剛接合は、例えばシアプレート25及びボルト26等により行われている。
大梁24の端部は、柱28により下方から支持されている。
The beam 13 is made of H-beam steel and extends along a horizontal plane. The lower end of the stud 21 is fixed to the upper flange of the beam 13. Stud 21 passes through deck plate 16. The upper end of the stud 21 is buried in the concrete 18.
Both ends of the beam 13 are semi-rigidly connected to a large beam 24 extending along a horizontal plane. The girder 24 extends in a direction perpendicular to the beam 13. The semi-rigid connection between the beam 13 and the girder 24 is achieved by, for example, shear plates 25, bolts 26, and the like.
The ends of the girders 24 are supported from below by columns 28.

以下では、このように構成された合成梁11の評価方法について説明する。 Below, a method for evaluating the composite beam 11 configured in this manner will be described.

〔2.両端が半剛接合された合成梁の撓みの微分方程式(厳密解)〕
以下の検討は、全て合成梁の弾性範囲に限定する。
図2に示すように、合成梁を模式化する。
合成梁に沿って右向きに座標x(mm)を規定する。合成梁の左端の位置を、座標xの原点とする。合成梁の長さが、L(mm)であるとする。境界条件(前提条件)として、合成梁は、両端がそれぞれ半剛接合されているとする。合成梁には、全長にわたって下方向きの等分布荷重w(N/mm:ニュートン・パー・ミリメートル)が作用するとする。
合成梁の両端の接合部の回転剛性をS(Nmm/rad:ニュートンミリメートル・パー・ラジアン)、合成梁の端における回転角を、図2に示す正面視における時計回りを正としてθ(rad:ラジアン)とする。
このとき、合成梁の端における曲げモーメントの絶対値(端部の半剛接合部のモーメント。以下、半剛接モーメントという。)M(Nmm)は、(11)式で表される。
[2. Differential equation of deflection of a composite beam with both ends semi-rigidly connected (exact solution)]
The following discussion is limited to the elastic range of composite beams.
As shown in FIG. 2, a composite beam is schematically illustrated.
Define the coordinate x (mm) to the right along the composite beam. Let the left end position of the composite beam be the origin of the coordinate x. Assume that the length of the composite beam is L (mm). As a boundary condition (precondition), it is assumed that the composite beam is semi-rigidly connected at both ends. It is assumed that a uniformly distributed downward load w (N/mm: Newton per millimeter) is applied to the composite beam over its entire length.
The rotational rigidity of the joint at both ends of the composite beam is S j (Nmm/rad: Newton millimeter per radian), and the rotation angle at the end of the composite beam is θ j (with clockwise rotation as seen from the front shown in FIG. 2 being positive). rad: radian).
At this time, the absolute value of the bending moment at the end of the composite beam (the moment of the semi-rigid joint at the end; hereinafter referred to as the semi-rigid moment) M j (Nmm) is expressed by equation (11).

Figure 0007348510000003
Figure 0007348510000003

合成梁の座標xに沿う曲げモーメントの分布M(x)(Nmm)は、合成梁の梁の下フランジに引張応力が作用するときの曲げモーメントを正とすると、力の釣り合い条件から(12)式で表される。 The bending moment distribution M(x) (Nmm) along the coordinate x of the composite beam is given by the force balance condition (12), assuming that the bending moment when tensile stress acts on the lower flange of the composite beam is positive. Expressed by the formula.

Figure 0007348510000004
Figure 0007348510000004

合成梁の曲率φ(rad/mm)は、合成梁に作用する曲げモーメントM(Nmm)と、合成梁の曲げ剛性EI(Nmm)と、を用いて表せる。合成梁は、コンクリートの作用により、正曲げ(下に凸)の曲げ剛性と負曲げ(上に凸)の曲げ剛性とが互いに異なる。このため、合成梁の正曲げの曲げ剛性をEI(Nmm)とし、合成梁の負曲げの曲げ剛性をEI(Nmm)とする。そして、図3に示すように、座標xが0以上L以下の範囲、及びL以上L以下の範囲で合成梁が負曲げされるとする。ただし、Lは0よりも大きく、LはLよりも大きくLよりも小さい。座標xがL以上L以下の範囲で、合成梁が正曲げされるとする。
このとき、(12)式が0となる時のxの解が、L及びLである。
合成梁の曲率φは、合成梁が正曲げされる領域と、合成梁が負曲げされる領域と、に分けて、(13)式及び(14)式で表される。
The curvature φ (rad/mm) of the composite beam can be expressed using the bending moment M (Nmm) acting on the composite beam and the bending rigidity EI (Nmm 2 ) of the composite beam. The composite beam has different bending rigidity in positive bending (convex downward) and in bending rigidity in negative bending (convex upward) due to the action of concrete. Therefore, the bending rigidity of the composite beam in positive bending is set as EI s (Nmm 2 ), and the bending rigidity of the composite beam in negative bending is set as EI h (Nmm 2 ). As shown in FIG. 3, it is assumed that the composite beam is negatively bent in a range where the coordinate x is 0 or more and L1 or less and L2 or more and L or less. However, L 1 is larger than 0, and L 2 is larger than L 1 and smaller than L. It is assumed that the composite beam is normally bent within the range of the coordinate x from L1 to L2 .
At this time, the solutions of x when equation (12) becomes 0 are L 1 and L 2 .
The curvature φ of the composite beam is divided into a region where the composite beam is positively bent and a region where the composite beam is negatively bent, and is expressed by equations (13) and (14).

Figure 0007348510000005
Figure 0007348510000005

(13)式及び(14)式をL及びLについて解くと、(15)式及び(16)式が求まる。 When equations (13) and (14) are solved for L 1 and L 2 , equations (15) and (16) are obtained.

Figure 0007348510000006
Figure 0007348510000006

次に、合成梁の回転角θ(x)(rad)を、水平面に対し時計回りの回転を正(+)として説明する。回転角θ(x)は、(13)式及び(14)式の曲率φを座標xで積分し、さらに、座標xが0のときに回転角θがθになる境界条件を考慮して、(19)式を用いて、(20)式から(22)式のように表される。 Next, the rotation angle θ(x) (rad) of the composite beam will be explained assuming that clockwise rotation with respect to the horizontal plane is positive (+). The rotation angle θ(x) is calculated by integrating the curvature φ in equations (13) and (14) with the coordinate x, and further considering the boundary condition that the rotation angle θ becomes θ j when the coordinate x is 0. , (19) can be expressed as Equations (20) to (22).

Figure 0007348510000007
Figure 0007348510000007

次に、合成梁に生じる撓みδ(x)(mm)を、鉛直下向きを正(+)として説明する。撓みδ(x)は、(20)式から(22)式の回転角θを座標xで積分し、さらに、座標xが0のときに撓みδ(x)が0になる境界条件を考慮して、(25)式及び(26)式を用いて、(27)式から(29)式のように表される。 Next, the deflection δ(x) (mm) generated in the composite beam will be explained assuming that the vertically downward direction is positive (+). The deflection δ(x) is calculated by integrating the rotation angle θ of equations (20) to (22) with the coordinate x, and further considering the boundary condition in which the deflection δ(x) becomes 0 when the coordinate x is 0. Using equations (25) and (26), it can be expressed as equations (27) to (29).

Figure 0007348510000008
Figure 0007348510000008

以上で求めた(27)式から(29)式は、半剛接モーメントM及び回転角θを含む形で表されているが、このままでは、任意の回転剛性Sに対して、半剛接モーメントM及び回転角θが一義的に決まらない。ここでさらに、座標xが(L/2)のときに回転角θが0radになるという変形の適合条件を用いると、(11)式及び(21)式から、回転剛性Sと回転角θとの関係が、(30)式のように表される。 Equations (27) to (29) obtained above are expressed in a form that includes a semi-rigid moment M j and a rotation angle θ j , but as they are, for any rotational stiffness S j , The rigid contact moment M j and the rotation angle θ j are not uniquely determined. Here, if we further use the transformation compatibility condition that the rotation angle θ becomes 0 rad when the coordinate x is (L/2), from equations (11) and (21), the rotational stiffness S j and the rotation angle θ The relationship with j is expressed as in equation (30).

Figure 0007348510000009
Figure 0007348510000009

また、座標xがLのときに撓みδ(x)が0になるという変形の適合条件を用いると、(11)式及び(29)式から、回転剛性Sと回転角θとの関係が、(31)式のように表される。
なお、(30)式は(31)式と等価である。
Furthermore, if we use the deformation compatibility condition that the deflection δ(x) becomes 0 when the coordinate x is L, then from equations (11) and (29), the relationship between the rotational stiffness S j and the rotation angle θ j is expressed as equation (31).
Note that equation (30) is equivalent to equation (31).

Figure 0007348510000010
Figure 0007348510000010

合成梁に生じる撓みの最大値δmaxは、(28)式における座標xが(L/2)のときの値となる。
前記(30)式又は(31)式を用いて撓みの最大値δmaxを算出するためには、(30)式又は(31)式を用いて収斂計算を行って回転角θを算出し、さらに(28)式を用いて、座標xが(L/2)のときの撓みδ(x)を算出する必要がある。
The maximum value δ max of deflection occurring in the composite beam is the value when the coordinate x in equation (28) is (L/2).
In order to calculate the maximum deflection value δ max using the above equation (30) or (31), the rotation angle θ j is calculated by performing a convergence calculation using the equation (30) or (31). Furthermore, it is necessary to use equation (28) to calculate the deflection δ(x) when the coordinate x is (L/2).

〔3.両端が半剛接合された合成梁の撓みの近似式〕
発明者らは無次元化された値である無次元化回転剛性及び無次元化曲げ剛性に基づいて撓みの最大値δmaxを評価することにより、合成梁の仕様によらずに、端部曲げモーメント及び撓みの最大値δmaxを汎用性高く、かつ収斂計算を行わずに精度良く算出できることを見出した。
以下では、端部曲げモーメント及び撓みの最大値を陽関数により算出できる近似式について説明する。
[3. Approximate equation for the deflection of a composite beam with both ends semi-rigidly connected]
The inventors evaluated the maximum deflection value δ max based on nondimensional rotational stiffness and nondimensional bending stiffness, which are nondimensional values. It has been found that the maximum value δ max of moment and deflection can be calculated with high versatility and with high precision without performing convergence calculations.
Below, an approximate expression that can calculate the maximum value of the end bending moment and deflection using an explicit function will be described.

(35)式及び(36)式のように、無次元化曲げ剛性α及び無次元化回転剛性αを規定した。 A nondimensional bending stiffness α s and a nondimensional rotational stiffness α j were defined as in equations (35) and (36).

Figure 0007348510000011
Figure 0007348510000011

すなわち、無次元化曲げ剛性αは、合成梁の正曲げの曲げ剛性及び合成梁の負曲げの曲げ剛性の比である。この例では、無次元化曲げ剛性αは、合成梁の負曲げの曲げ剛性EIに対する、合成梁の正曲げの曲げ剛性EIの比である。この場合、無次元化曲げ剛性αは、一般に1以上の値をとる。これは、通常床は梁の鉛直方向上方にあり、床のコンクリートは引張抵抗より圧縮抵抗が大きい。このため、床のコンクリートが引張られる負曲げに比べ、圧縮される正曲げに対して床の抵抗が大きくなるからである。一般的な合成梁の仕様では、無次元化曲げ剛性αは10以下であり、より一般的に用いられる合成梁では無次元化曲げ剛性αは3以下である。
なお、無次元化曲げ剛性αは、合成梁の正曲げの曲げ剛性EIに対する、合成梁の負曲げの曲げ剛性EIの比であるとしてもよい。
無次元化回転剛性αは、合成梁の端における回転剛性を、合成梁の単位長さ当たりの曲げ剛性で除した値である。
That is, the nondimensionalized bending stiffness α s is the ratio of the bending stiffness of the composite beam in positive bending to the bending rigidity of the composite beam in negative bending. In this example, the nondimensionalized bending stiffness α s is the ratio of the positive bending bending stiffness EI s of the composite beam to the negative bending bending stiffness EI h of the composite beam. In this case, the dimensionless bending stiffness α s generally takes a value of 1 or more. This is because the floor is usually located vertically above the beam, and the concrete of the floor has greater compression resistance than tensile resistance. For this reason, the resistance of the floor is greater in positive bending, in which the concrete on the floor is compressed, than in negative bending, in which the concrete on the floor is stretched. In the specifications of general composite beams, the non-dimensional bending stiffness α s is 10 or less, and in more commonly used composite beams, the non-dimensional bending stiffness α s is 3 or less.
Note that the nondimensional bending stiffness α s may be a ratio of the bending stiffness EI h of the composite beam in negative bending to the bending rigidity EI s of the composite beam in positive bending.
The nondimensional rotational stiffness α j is the value obtained by dividing the rotational stiffness at the end of the composite beam by the bending rigidity per unit length of the composite beam.

さらに、ピン接モーメントM、半剛接モーメントM、剛接モーメントMjr、無次元化接合部モーメントβMj、及び無次元化剛接モーメントβMj,rigidを規定した。
ピン接モーメントMは、正曲げの曲げ剛性と負曲げの曲げ剛性とが互いに異なる合成梁において、両端がそれぞれピン接合されて全長にわたって等分布荷重が作用するとしたときの合成梁に作用する曲げモーメントの最大値のことを意味する。ピン接モーメントMは、(37)式で表される。
なお、ピン接モーメントMは、正曲げの曲げ剛性と負曲げの曲げ剛性とが互いに等しい梁において、両端がそれぞれピン接合されて全長にわたって等分布荷重が作用するとしたときの前記梁の端に作用する曲げモーメントに等しい。具体的には、ピン接モーメントMは、(wL/8)の式による値である。
Furthermore, a pin contact moment M o , a semi-rigid contact moment M j , a rigid contact moment M jr , a non-dimensional joint moment β Mj , and a non-dimensional rigid contact moment β Mj,rigid were defined.
The pin contact moment M o is the bending moment that acts on a composite beam when the bending stiffness in positive bending and the bending rigidity in negative bending are different from each other, and both ends are pin-joined and a uniformly distributed load is applied over the entire length. It means the maximum value of moment. The pin contact moment M o is expressed by equation (37).
In addition, the pin contact moment M o is the amount of the pin contact moment M o at the end of a beam when the bending stiffness in positive bending and the bending stiffness in negative bending are equal to each other, when both ends are connected with pins and a uniformly distributed load is applied over the entire length. equal to the acting bending moment. Specifically, the pin contact moment M o is a value based on the formula (wL 2 /8).

Figure 0007348510000012
Figure 0007348510000012

半剛接モーメントMは、上述のように、合成梁の端における曲げモーメントの絶対値であり、より具体的には、正曲げの曲げ剛性と負曲げの曲げ剛性とが互いに異なる合成梁において、両端がそれぞれ半剛接合されて全長にわたって等分布荷重が作用する合成梁の端に作用する曲げモーメントのことを意味する。半剛接モーメントMは、(30)式又は(31)式を用いて収斂計算を行って算出した回転角θを用い、(38)式で表される。 As mentioned above, the semi-rigid moment M j is the absolute value of the bending moment at the end of the composite beam, and more specifically, in a composite beam where the bending stiffness of positive bending and the bending stiffness of negative bending are different from each other. , refers to the bending moment that acts on the ends of a composite beam where both ends are semi-rigidly joined and a uniformly distributed load is applied over the entire length. The semi-rigid moment M j is expressed by Equation (38) using rotation angle θ j calculated by performing convergence calculation using Equation (30) or Equation (31).

Figure 0007348510000013
Figure 0007348510000013

剛接モーメントMjrは、正曲げの曲げ剛性と負曲げの曲げ剛性とが互いに異なる合成梁において、両端がそれぞれ剛接合されて全長にわたって等分布荷重が作用するとしたときの合成梁の端に作用する曲げモーメントのことを意味する。
なお、本実施形態の合成梁は、正曲げの曲げ剛性と負曲げの曲げ剛性とが互いに異なる梁である。説明の便宜上、正曲げの曲げ剛性と負曲げの曲げ剛性とが互いに等しい比較例の梁を仮定する。その比較例の梁において、両端がそれぞれ剛接合されて全長にわたって等分布荷重が作用するとしたとき、剛接モーメントMjrは(wL/12)の式による値である。
無次元化接合部モーメントβMjは、半剛接モーメントMをピン接モーメントMで除した値であり、(39)式で表される。
The rigid contact moment M jr is the amount that acts on the end of a composite beam when the bending stiffness in positive bending and the bending stiffness in negative bending are different from each other, when both ends are rigidly connected and a uniformly distributed load is applied over the entire length. It means the bending moment.
Note that the composite beam of this embodiment is a beam in which the bending rigidity in positive bending and the bending rigidity in negative bending are different from each other. For convenience of explanation, a comparative example beam is assumed in which the bending rigidity in positive bending and the bending rigidity in negative bending are equal to each other. In the beam of the comparative example, when both ends are rigidly connected and a uniformly distributed load is applied over the entire length, the rigid contact moment M jr is a value based on the formula (wL 2 /12).
The dimensionless joint moment β Mj is a value obtained by dividing the semi-rigid moment M j by the pin contact moment Mo , and is expressed by equation (39).

Figure 0007348510000014
Figure 0007348510000014

無次元化剛接モーメントβMj,rigidは、剛接モーメントMjrをピン接モーメントMで除した値であり、(40)式で表される。 The dimensionless rigid contact moment β Mj,rigid is a value obtained by dividing the rigid contact moment M jr by the pin contact moment Mo , and is expressed by equation (40).

Figure 0007348510000015
Figure 0007348510000015

前記無次元化回転剛性α、無次元化曲げ剛性α等の指標を評価するために、表1に示すケース1からケース6の仕様の合成梁に対して、無次元化回転剛性α、無次元化曲げ剛性αを変化させて無次元化接合部モーメントβMjを試算した。
なお、ケース1からケース5では合成梁の両端が半剛接合され、ケース6では合成梁の両端が剛接合される。
In order to evaluate the indices such as the non-dimensional rotational stiffness α j and the non-dimensional bending stiffness α s , the non-dimensional rotation stiffness α j , the non-dimensional joint moment β Mj was estimated by changing the non-dimensional bending stiffness α s .
In cases 1 to 5, both ends of the composite beam are semi-rigidly joined, and in case 6, both ends of the composite beam are rigidly joined.

Figure 0007348510000016
Figure 0007348510000016

ケース1では、合成梁の長さLを10.0m(10000mm)、負曲げの曲げ剛性EIを229397kNm、等分布荷重wを28.6kN/m(28.6N/mm)とし、ピン接モーメントMは(37)式から357kNmとした。ケース1では、無次元化回転剛性αを、最小値0.00から最大値50.00まで1.00刻みで、51種類の値に変化させた。すなわち、無次元化回転剛性αを、0.00、1.00、2.00、‥、50.00の値とした。無次元化曲げ剛性αを、最小値1.00から最大値6.00まで0.10刻みで、51種類の値に変化させた。すなわち、無次元化曲げ剛性αを、1.00、1.10、1.20、‥、6.00の値とした。ケース1では、無次元化回転剛性α及び無次元化曲げ剛性αの値を変化させた、(51×51)の式による2601通りの場合を試算した。 In case 1, the length L of the composite beam is 10.0 m (10000 mm), the bending stiffness EI h of negative bending is 229397 kNm 2 , the uniformly distributed load w is 28.6 kN/m (28.6 N/mm), and the pin connection The moment M o was set to 357 kNm from equation (37). In case 1, the dimensionless rotational stiffness α j was changed to 51 different values from a minimum value of 0.00 to a maximum value of 50.00 in steps of 1.00. That is, the dimensionless rotational stiffness α j was set to values of 0.00, 1.00, 2.00, . . . , 50.00. The dimensionless bending stiffness α s was changed to 51 different values from a minimum value of 1.00 to a maximum value of 6.00 in increments of 0.10. That is, the dimensionless bending stiffness α s was set to values of 1.00, 1.10, 1.20, . . . , 6.00. In Case 1, 2601 cases were calculated using the formula (51×51) in which the values of the nondimensional rotational stiffness α j and the nondimensional bending stiffness α s were changed.

ケース2では、ケース1において、合成梁の長さLを15.0mとし、ピン接モーメントMは(37)式から803kNmとした。ケース2では、ケース1と同様に無次元化回転剛性α及び無次元化曲げ剛性αを変化させ、2601通りの場合を試算した。
ケース3では、ケース2において、無次元化回転剛性αの刻み、及び無次元化曲げ剛性αの最大値及び刻みを変化させた。すなわち、ケース3では、無次元化回転剛性αを、最小値0.00から最大値50.00まで0.01刻みで、5001種類の値に変化させた。すなわち、無次元化回転剛性αを、0.00、0.01、0.02、‥、50.00の値とした。無次元化曲げ剛性αを、最小値1.00から最大値1.06まで0.01刻みで、7種類の値に変化させた。すなわち、無次元化曲げ剛性αを、1.00、1.01、1.02、‥、1.06の値とした。ケース3では、無次元化回転剛性α及び無次元化曲げ剛性αの値を変化させた、(5001×7)の式による35007通りの場合を試算した。ケース3では、ケース2における無次元化回転剛性α及び無次元化曲げ剛性αの一部の範囲に対して、より詳細に試算した。
In case 2, in case 1, the length L of the composite beam was set to 15.0 m, and the pin contact moment M o was set to 803 kNm from equation (37). In Case 2, as in Case 1, the nondimensional rotational stiffness α j and the nondimensional bending stiffness α s were varied, and 2601 cases were estimated.
In Case 3, in Case 2, the increments of the non-dimensional rotational stiffness α j and the maximum value and increments of the non-dimensional bending stiffness α s were changed. That is, in case 3, the dimensionless rotational stiffness α j was changed to 5001 different values from the minimum value 0.00 to the maximum value 50.00 in steps of 0.01. That is, the dimensionless rotational stiffness α j was set to values of 0.00, 0.01, 0.02, . . . , 50.00. The dimensionless bending stiffness α s was changed to seven types of values from a minimum value of 1.00 to a maximum value of 1.06 in increments of 0.01. That is, the dimensionless bending stiffness α s was set to a value of 1.00, 1.01, 1.02, . . . , 1.06. In case 3, 35007 cases were calculated using the formula (5001×7) in which the values of the nondimensional rotational stiffness α j and the nondimensional bending stiffness α s were changed. In Case 3, a more detailed trial calculation was performed for a part of the range of the non-dimensional rotational stiffness α j and the non-dimensional bending stiffness α s in Case 2.

ケース4では、ケース1において、合成梁の長さLを8.4m、負曲げの曲げ剛性EIを214311kNmとし、ピン接モーメントMは(37)式から252kNmとした。ケース4では、無次元化回転剛性αを、最小値0.00から最大値100.00まで0.50刻みで、201種類の値に変化させた。すなわち、無次元化回転剛性αを、0.00、0.50、1.00、‥、100.00の値とした。無次元化曲げ剛性αを、最小値1.00から最大値1.30まで0.05刻みで、7種類の値に変化させた。すなわち、無次元化曲げ剛性αを、1.00、1.05、1.10、‥、1.30の値とした。ケース4では、無次元化回転剛性α及び無次元化曲げ剛性αの値を変化させた、(201×7)の式による1407通りの場合を試算した。 In case 4, in case 1, the length L of the composite beam was 8.4 m, the bending rigidity EI h of negative bending was 214311 kNm 2 , and the pin contact moment M o was 252 kNm from equation (37). In case 4, the dimensionless rotational stiffness α j was changed to 201 different values from the minimum value 0.00 to the maximum value 100.00 in steps of 0.50. That is, the dimensionless rotational stiffness α j was set to values of 0.00, 0.50, 1.00, . . . , 100.00. The dimensionless bending stiffness α s was changed to seven different values from a minimum value of 1.00 to a maximum value of 1.30 in steps of 0.05. That is, the dimensionless bending stiffness α s was set to values of 1.00, 1.05, 1.10, . . . , 1.30. In case 4, 1407 cases were calculated using the formula (201×7) in which the values of the nondimensional rotational stiffness α j and the nondimensional bending stiffness α s were changed.

ケース5では、ケース1において、合成梁の長さLを13.8mとし、ピン接モーメントMは(37)式から680kNmとした。ケース5では、無次元化回転剛性αの値はケース4と同様に変化させた。無次元化曲げ剛性αを、最小値1.00から最大値4.00まで0.50刻みで、7種類の値に変化させた。すなわち、無次元化曲げ剛性αを、1.00、1.50、2.00、‥、4.00の値とした。ケース5では、無次元化回転剛性α及び無次元化曲げ剛性αの値を変化させた、(201×7)の式による1407通りの場合を試算した。
ケース1からケース5では、合計で43023通りの場合を試算した。
In case 5, in case 1, the length L of the composite beam was set to 13.8 m, and the pin contact moment M o was set to 680 kNm from equation (37). In case 5, the value of the dimensionless rotational stiffness α j was changed in the same way as in case 4. The dimensionless bending stiffness α s was changed to seven types of values from a minimum value of 1.00 to a maximum value of 4.00 in increments of 0.50. That is, the dimensionless bending stiffness α s was set to values of 1.00, 1.50, 2.00, . . . , 4.00. In case 5, 1407 cases were calculated using the formula (201×7) in which the values of the nondimensional rotational stiffness α j and the nondimensional bending stiffness α s were changed.
For Cases 1 to 5, a total of 43,023 cases were calculated.

ケース6では、ケース2において、無次元化回転剛性α、及び無次元化曲げ剛性αの最大値を変化させた。ケース6では、無次元化回転剛性αを無限大(∞)、すなわち回転剛性Sを無限大にして、合成梁の両端が剛接合されるとした。無次元化曲げ剛性αを、最小値1.00から最大値51.00まで0.10刻みで、501種類の値に変化させた。すなわち、無次元化曲げ剛性αを、1.00、1.10、1.20、‥、51.00の値とした。 In Case 6, in Case 2, the maximum values of the nondimensional rotational stiffness α j and the nondimensional bending stiffness α s were changed. In Case 6, the non-dimensional rotational stiffness α j is set to infinity (∞), that is, the rotational stiffness S j is set to infinity, and both ends of the composite beam are rigidly connected. The dimensionless bending stiffness α s was changed to 501 different values from a minimum value of 1.00 to a maximum value of 51.00 in increments of 0.10. That is, the dimensionless bending stiffness α s was set to values of 1.00, 1.10, 1.20, . . . , 51.00.

図4に、ケース1からケース5における無次元化回転剛性αと無次元化接合部モーメントβMjとの関係を示す。図4において、横軸は無次元化回転剛性αを表し、縦軸は無次元化接合部モーメントβMjを表す。
直線L1は、正曲げの曲げ剛性と負曲げの曲げ剛性とが互いに等しい通常の梁における無次元化剛接モーメントβMj,rigid,uである。通常の梁において、長さをL(mm)、等分布荷重をw(N/mm)とする。この場合、通常の梁において、剛接モーメントMjrは(wL/12)、ピン接モーメントMは(wL/8)であるため、無次元化剛接モーメントβMj,rigid,uは{(wL/12)/(wL/8)}の式により、約0.667の値になる。
FIG. 4 shows the relationship between the nondimensional rotational stiffness α j and the nondimensional joint moment β Mj in Cases 1 to 5. In FIG. 4, the horizontal axis represents the non-dimensional rotational stiffness α j and the vertical axis represents the non-dimensional joint moment β Mj .
The straight line L1 is a non-dimensional rigid contact moment β Mj,rigid,u in a normal beam in which the bending stiffness in positive bending and the bending stiffness in negative bending are equal to each other. In a normal beam, the length is L (mm) and the uniformly distributed load is w (N/mm). In this case, in a normal beam, the rigid moment M jr is (wL 2 /12) and the pin contact moment M o is (wL 2 /8), so the nondimensional rigid moment β Mj,rigid,u is The formula {(wL 2 /12)/(wL 2 /8)} gives a value of approximately 0.667.

ケース1の試算結果を、白抜きの正方形印で表す。同様に、ケース2の試算結果を白抜きの三角形印で表し、ケース3の試算結果を白抜きの丸形印で表し、ケース4の試算結果を白抜きの菱形印で表し、ケース5の試算結果をバツ印で表す。
横軸の無次元化回転剛性αが大きくなるのに従い、合成梁の両端の接合が剛接合に近づく。無次元化曲げ剛性αが1に近づくに従い、無次元化接合部モーメントβMjは、ケース1からケース5の上限の包絡線である曲線L2に近づく。
さらに、無次元化回転剛性αが大きくなるのに従い、合成梁の両端の接合が剛接合に近づき、無次元化接合部モーメントβMjは上限値である、直線L1が表す無次元化剛接モーメントβMj,rigidの値に収束する。
曲線L2により表される無次元化接合部モーメントβMjは、関数の形状と、無次元化回転剛性αが0及び無限大となるときの無次元化接合部モーメントβMjの極限を考慮して、(42)式で近似できると考えられる。
The trial calculation result for Case 1 is represented by an open square mark. Similarly, the trial calculation results for Case 2 are represented by a white triangle mark, the trial calculation results for Case 3 are represented by a white circle mark, the trial calculation results for Case 4 are represented by a white diamond mark, and the trial calculation results for Case 5 are represented by a white diamond mark. The result is represented by a cross.
As the dimensionless rotational stiffness α j on the horizontal axis increases, the joint at both ends of the composite beam approaches a rigid joint. As the dimensionless bending stiffness α s approaches 1, the dimensionless joint moment β Mj approaches the curve L2, which is the upper limit envelope of cases 1 to 5.
Furthermore, as the non-dimensional rotational stiffness α j increases, the joint at both ends of the composite beam approaches a rigid joint, and the non-dimensional joint moment β Mj is an upper limit value of the non-dimensional rigid joint represented by the straight line L1. The moment β converges to the value of Mj, rigid .
The nondimensional joint moment β Mj represented by the curve L2 takes into account the shape of the function and the limit of the nondimensional joint moment β Mj when the nondimensional rotational stiffness α j becomes 0 and infinity. Therefore, it is thought that it can be approximated by equation (42).

Figure 0007348510000017
Figure 0007348510000017

(42)式において、kは係数である。変数αj,Tは、無次元化接合部モーメントβMjが無次元化剛接モーメントβMj,rigidの半分の値をとるときの無次元化回転剛性αである。以下では、無次元化剛接モーメントβMj,rigid、係数k、変数αj,Tの同定方法を提案する。 In equation (42), k is a coefficient. The variable α j,T is the non-dimensional rotational stiffness α j when the non-dimensional joint moment β Mj takes a value half of the non-dimensional rigid moment β Mj, rigid . Below, we will propose a method for identifying the dimensionless rigid moment β Mj,rigid , the coefficient k, and the variable α j,T .

〔4.近似式の同定〕
〔4.1.無次元化剛接モーメントの支配変数〕
(30)式において、合成梁の両端が剛接合される場合、回転剛性Sを無限大(無次元化回転剛性αを無限大)とし、さらに方程式を無次元化剛接モーメントβMj,rigid、無次元化曲げ剛性α、ピン接モーメントMを用いて式を表すと、(46)式のようになる。
[4. Identification of approximate formula]
[4.1. Controlling variables of non-dimensional rigid moment]
In equation (30), when both ends of the composite beam are rigidly connected, the rotational stiffness S j is set to infinity (the non-dimensionalized rotational stiffness α j is infinite), and the equation is further changed to the non-dimensionalized rigid moment β Mj, When expressed using rigid , nondimensional bending stiffness α s , and pin contact moment M o , the equation is as shown in equation (46).

Figure 0007348510000018
Figure 0007348510000018

(46)式は、(47)式及び(48)式のように変形される。さらに、(49)式を用いて、(50)式のように変形される。 Equation (46) is transformed into equations (47) and (48). Furthermore, using equation (49), it is transformed into equation (50).

Figure 0007348510000019
Figure 0007348510000019

以上から、無次元化剛接モーメントβMj,rigidは厳密には、(50)式による3次方程式の解であり、無次元化剛接モーメントβMj,rigidの解は、無次元化曲げ剛性αにのみ依存し、合成梁の長さL、等分布荷重w等には依存しないことがわかった。従って、3次方程式の解法であるカルダノの公式を用いて(50)式の解を求め、そのうちの実数解により、無次元化剛接モーメントβMj,rigidの厳密解を得ることができる。
なお、前記ケース6についての無次元化曲げ剛性αと無次元化剛接モーメントβMj,rigidとの試算結果の関係は、図5に示すようになる。図5において、横軸は無次元化曲げ剛性αを表し、縦軸は無次元化剛接モーメントβMj,rigidを表す。
From the above, the non-dimensional rigid moment β Mj,rigid is strictly speaking the solution of the cubic equation according to equation (50), and the solution to the non-dimensional rigid moment β Mj, rigid is the non-dimensional bending stiffness It was found that it depends only on α s and does not depend on the length L of the composite beam, uniformly distributed load w, etc. Therefore, the solution to equation (50) is obtained using Cardano's formula, which is a method for solving cubic equations, and the exact solution of the dimensionless rigid moment β Mj,rigid can be obtained by using the real number solution.
The relationship between the trial calculation results of the non-dimensional bending stiffness α s and the non-dimensional rigid contact moment β Mj,rigid for Case 6 is shown in FIG. In FIG. 5, the horizontal axis represents the non-dimensional bending stiffness α s , and the vertical axis represents the non-dimensional rigid contact moment β Mj,rigid .

〔4.2.無次元化剛接モーメントの近似式〕
無次元化剛接モーメントβMj,rigidは、厳密には(50)式による3次方程式の実数解として得ることができる。しかし、図5に示すように、無次元化曲げ剛性αが約10以下の範囲では、無次元化剛接モーメントβMj,rigidは、無次元化曲げ剛性αの常用対数の線形式で近似できると考えられる。
前述のように、一般的な合成梁のスラブの厚さであれば無次元化曲げ剛性αは10以下である。このため、図5において、無次元化曲げ剛性αが10以下の範囲を線形式で近似して、無次元化剛接モーメントβMj,rigidを(53)式で近似する。
[4.2. Approximate formula for non-dimensional rigid moment]
Strictly speaking, the dimensionless rigid moment β Mj,rigid can be obtained as a real number solution of the cubic equation according to equation (50). However, as shown in FIG. 5, in a range where the nondimensional bending stiffness α s is approximately 10 or less, the nondimensional rigid contact moment β Mj,rigid is expressed as a linear form of the common logarithm of the nondimensional bending stiffness α s . It is thought that it can be approximated.
As mentioned above, the dimensionless bending stiffness α s is 10 or less if the slab thickness of a general composite beam is used. Therefore, in FIG. 5, the range in which the non-dimensional bending stiffness α s is 10 or less is approximated in a linear form, and the non-dimensional rigid moment β Mj,rigid is approximated by equation (53).

Figure 0007348510000020
Figure 0007348510000020

(53)式では、無次元化曲げ剛性αに基づいて無次元化剛接モーメントβMj,rigidを陽関数により算出している。
(53)式を、図5中に直線L4で示す。無次元化曲げ剛性αが10以下の範囲では、直線L4は試算結果と重なっている。
なお、ケース6について、無次元化剛接モーメントβMj,rigidの(53)式による近似解と、(50)式による厳密解を比較して図6に示す。図6において、横軸は(53)式による無次元化剛接モーメントβMj,rigidの近似解を表し、縦軸は(50)式による無次元化剛接モーメントβMj,rigidの厳密解(無次元化剛接モーメントβMj,rigid,Theo)を表す。無次元化剛接モーメントβMj,rigidの近似解及び厳密解が互いに一致していれば、試算結果のプロットは、直線L6上に配置される。
無次元化剛接モーメントβMj,rigidの近似解と厳密解とは、無次元化剛接モーメントβMj,rigidの近似解が0.4を超えるときには、概ね一致する。しかし、無次元化剛接モーメトβMj,rigidの近似解が0.4以下のときには、無次元化剛接モーメトβMj,rigidを(54)式で補正してもよい。(54)式を、図6中に無次元化剛接モーメントβMj,rigidを横軸、無次元化剛接モーメントβMj,rigid,Theoを縦軸にとり、直線L7で示す。無次元化剛接モーメントβMj,rigid,Theoは、無次元化剛接モーメトβMj,rigidの厳密解と重なっている。
In equation (53), the nondimensional rigid moment β Mj,rigid is calculated by an explicit function based on the nondimensional bending stiffness α s .
Equation (53) is shown in FIG. 5 by a straight line L4. In a range where the dimensionless bending stiffness αs is 10 or less, the straight line L4 overlaps with the trial calculation result.
For Case 6, FIG. 6 shows a comparison between the approximate solution of the dimensionless rigid moment β Mj,rigid based on equation (53) and the exact solution based on equation (50). In FIG. 6, the horizontal axis represents the approximate solution of the nondimensional rigid moment β Mj,rigid according to equation (53), and the vertical axis represents the exact solution ( represents the dimensionless rigid moment β Mj, rigid, Theo ). If the approximate solution and exact solution of the dimensionless rigid moment β Mj,rigid match each other, the plot of the trial calculation result is placed on the straight line L6.
The approximate solution and exact solution of the non-dimensional rigid moment β Mj,rigid generally match when the approximate solution of the non-dimensional rigid moment β Mj, rigid exceeds 0.4. However, when the approximate solution of the nondimensional rigid moment β Mj,rigid is 0.4 or less, the nondimensional rigid moment β Mj,rigid may be corrected using equation (54). Equation (54) is shown by a straight line L7 in FIG. 6, with the non-dimensional rigid moment β Mj, rigid on the horizontal axis and the non-dimensional rigid moment β Mj, rigid, Theo on the vertical axis. The non-dimensional rigid moment β Mj,rigid,Theo overlaps with the exact solution of the non-dimensional rigid moment β Mj,rigid .

Figure 0007348510000021
Figure 0007348510000021

すなわち、無次元化剛接モーメントβMj,rigidの近似解が0.4以下のときには、(42)式において、無次元化剛接モーメントβMj,rigidに代えて、無次元化剛接モーメントβMj,rigidに基づいて(54)式により算出される無次元化剛接モーメントβMj,rigid,Theoを用いてもよい。
次に、係数k及び変数αj,Tの近似式を求める。
各無次元化曲げ剛性αについて、係数kを差分進化法で求めた。求めた係数kと無次元化曲げ剛性αとの関係を、図7に示す。係数kは、無次元化曲げ剛性αに高次で依存しており、(55)式で近似した。
同様に、各無次元化曲げ剛性αについて、変数αj,Tを差分進化法で求めた。求めた変数αj,Tと無次元化曲げ剛性αとの関係を、図8に示す。変数αj,Tは、無次元化曲げ剛性αに高次で依存しており、(56)式で近似した。
That is, when the approximate solution of the non-dimensional rigid moment β Mj,rigid is 0.4 or less, in equation (42), instead of the non-dimensional rigid moment β Mj, rigid , the non-dimensional rigid moment β A dimensionless rigid moment β Mj , rigid, Theo calculated by equation (54) based on Mj, rigid may be used.
Next, approximate expressions for coefficient k and variables α j and T are determined.
For each dimensionless bending stiffness α s , the coefficient k was determined by the differential evolution method. The relationship between the determined coefficient k and the dimensionless bending stiffness αs is shown in FIG. The coefficient k is highly dependent on the dimensionless bending stiffness αs , and was approximated by equation (55).
Similarly, for each dimensionless bending stiffness α s , variables α j,T were determined by the differential evolution method. The relationship between the determined variables α j,T and the dimensionless bending stiffness α s is shown in FIG. 8 . The variables α j,T are highly dependent on the dimensionless bending stiffness α s and were approximated by equation (56).

Figure 0007348510000022
Figure 0007348510000022

(55)式を、図7中に曲線L8で示す。検討範囲において、曲線L8は試算結果をよく近似している。同様に、(56)式を、図8中に曲線L9で示す。検討範囲において、曲線L9は試算結果をよく近似している。
前述のように無次元化剛接モーメントβMj,rigid、係数k、変数αj,Tが無次元化曲げ剛性αにより算出されると、(42)式により無次元化接合部モーメントβMjが算出される。すなわち、算出した無次元化曲げ剛性α、無次元化回転剛性α、及び無次元化剛接モーメントβMj,rigidに基づいて、無次元化接合部モーメントβMjを(42)式の陽関数により算出する。より詳しく説明すると、無次元化接合部モーメントβMjを、(53)式、(55)式、(56)式を用いて(42)式により算出する。または、(53)式の代わりに、(53)式及び(54)式を用いて算出した無次元化剛接モーメントβMj,rigid,Theoを(42)式の無次元化剛接モーメトβMj,rigidに代入して無次元化接合部モーメントβMjを算出してもよい。
Equation (55) is shown in FIG. 7 by curve L8. In the study range, the curve L8 closely approximates the trial calculation results. Similarly, equation (56) is shown by curve L9 in FIG. In the study range, the curve L9 closely approximates the trial calculation results.
As described above, when the non-dimensional rigid contact moment β Mj,rigid , the coefficient k, and the variable α j,T are calculated using the non-dimensional bending stiffness α s , the non-dimensional joint moment β Mj is calculated by equation (42). is calculated. That is, based on the calculated non-dimensional bending stiffness α s , non-dimensional rotational stiffness α j , and non-dimensional rigid contact moment β Mj,rigid , the non-dimensional joint moment β Mj is expressed explicitly in equation (42). Calculate using a function. To explain in more detail, the dimensionless joint moment β Mj is calculated by equation (42) using equations (53), (55), and (56). Alternatively, instead of formula (53), the nondimensional rigid moment β Mj, rigid, Theo calculated using formulas (53) and (54) is converted to the nondimensional rigid moment β Mj of formula (42). , rigid to calculate the dimensionless joint moment β Mj .

〔5.近似式を用いた撓みの最大値の計算式〕
次に、導出した撓み関数用いて、合成梁の中央における最大撓み(撓みの最大値)δmaxを、無次元化接合部モーメントβMj及びピン接モーメントMの式に変換する。
まず、合成梁の中央を含む正曲げ領域の撓み関数は、前記(28)式となる。撓みの最大値δmaxは、(28)式におけるx=(L/2)のときの値となる。
ここで、(15)式及び(16)式におけるL及びLは、(60)式及び(61)式のように、無次元化接合部モーメントβMj、ピン接モーメントM、及び半剛接モーメントMの式で表せる。ただし、L及びLは、合成梁の曲げモーメントがゼロとなる点であり、(62)式を満たす。
[5. Calculation formula for maximum value of deflection using approximate formula]
Next, using the derived deflection function, the maximum deflection (maximum value of deflection) δ max at the center of the composite beam is converted into expressions for the dimensionless joint moment β Mj and pin contact moment M o .
First, the deflection function of the positive bending region including the center of the composite beam is expressed by the above equation (28). The maximum value of deflection δ max is the value when x=(L/2) in equation (28).
Here, L 1 and L 2 in equations (15) and (16) are the dimensionless joint moment β Mj , pin contact moment M o , and half It can be expressed by the formula of rigid contact moment Mj . However, L 1 and L 2 are points where the bending moment of the composite beam becomes zero, and satisfy equation (62).

Figure 0007348510000023
Figure 0007348510000023

(28)式を無次元化曲げ剛性α、無次元化回転剛性α、及び無次元化接合部モーメントβMjで表すと、(64)式のようになる。 Expressing equation (28) in terms of nondimensional bending stiffness α s , nondimensional rotational stiffness α j , and nondimensional joint moment β Mj gives equation (64).

Figure 0007348510000024
Figure 0007348510000024

(60)式を(19)式及び(26)式に代入すると、(66)式及び(67)式のようになる。x=(L/2)を(25)式に代入すると、(68)式のようになる。 Substituting equation (60) into equations (19) and (26) results in equations (66) and (67). Substituting x=(L/2) into equation (25) yields equation (68).

Figure 0007348510000025
Figure 0007348510000025

(28)式、(66)式から(68)式に基づいて、撓みの最大値δmaxは(70)式で求めることができる。 Based on Equations (28) and Equations (66) to (68), the maximum value δ max of deflection can be determined using Equation (70).

Figure 0007348510000026
Figure 0007348510000026

(70)式は、算出した無次元化曲げ剛性α、無次元化回転剛性α、無次元化接合部モーメントβMj等に基づいて撓みの最大値δmaxを陽関数により算出する。
一方で、前記(12)式に、求めた合成梁の端における曲げモーメントM(半剛接モーメントM)を代入すると、合成梁のモーメント分布の関数が求まる。
合成梁の端に作用する曲げモーメントである端部曲げモーメントは、合成梁のモーメント分布の関数において、x=0,Lを代入した時の値である。具体的には、前記(39)式を変形した(71)式から曲げモーメントMを直接求めることができる。
Equation (70) calculates the maximum deflection value δ max using an explicit function based on the calculated non-dimensional bending stiffness α s , non-dimensional rotational stiffness α j , non-dimensional joint moment β Mj , etc.
On the other hand, by substituting the obtained bending moment M j (semi-rigid moment M j ) at the end of the composite beam into Equation (12), a function of the moment distribution of the composite beam can be determined.
The end bending moment, which is the bending moment acting on the end of the composite beam, is the value obtained by substituting x=0 and L in the moment distribution function of the composite beam. Specifically, the bending moment M j can be directly determined from equation (71), which is a modification of equation (39).

Figure 0007348510000027
Figure 0007348510000027

なお、無次元化接合部モーメントβMj及びピン接モーメントMは、与条件である無次元化回転剛性α、無次元化曲げ剛性α、設計の要求値(与条件)である合成梁の長さL、及び等分布荷重wを用いて、前記(42)式及び(37)式等の陽関数により算出できる。
さらに、(42)式における係数k、変数αj,T、及び無次元化剛接モーメントβMj,rigidは、前記(55)式、(56)式、及び(53)式の陽関数により算出できる。
なお、(53)式によって計算した無次元化剛接モーメントβMj,rigidが0.4以下のときには、(42)式において、無次元化剛接モーメントβMj,rigidに代えて、無次元化剛接モーメントβMj,rigidに基づいて(54)式により算出される無次元化剛接モーメントβMj,rigid,Theoを用いてもよい。
合成梁の中央における最大撓みである撓みの最大値δmaxは、(42)式により算出した無次元化接合部モーメントβMj、及び与条件を(70)式に代入して陽に求めることができる。
Note that the nondimensional joint moment β Mj and the pin contact moment Mo are the nondimensional rotational stiffness α j which is a given condition, the nondimensional bending stiffness α s which is a given condition, and the composite beam which is a design requirement value (given condition). It can be calculated using the length L and the uniformly distributed load w by an explicit function such as the above equations (42) and (37).
Furthermore, the coefficient k, variable α j,T , and dimensionless rigid moment β Mj,rigid in equation (42) are calculated by explicit functions of equations (55), (56), and (53). can.
Note that when the nondimensional rigid moment β Mj,rigid calculated by equation (53) is 0.4 or less, in equation (42), instead of the nondimensional rigid moment β Mj, rigid , A dimensionless rigid moment β Mj, rigid , Theo calculated by equation (54) based on the rigid moment β Mj, rigid may be used.
The maximum deflection value δ max , which is the maximum deflection at the center of the composite beam, can be explicitly determined by substituting the dimensionless joint moment β Mj calculated by equation (42) and the given conditions into equation (70). can.

以上のように、本実施形態の合成梁の評価方法では、端部曲げモーメント及び撓みの最大値δmaxを、無次元化回転剛性α及び無次元化曲げ剛性αに基づいて陽関数により算出する。 As described above, in the composite beam evaluation method of this embodiment, the maximum value δ max of the end bending moment and deflection is determined by an explicit function based on the nondimensional rotational stiffness α j and the nondimensional bending stiffness α s . calculate.

〔6.近似式の精度検証〕
表1のケース1からケース5について、(42)式による無次元化接合部モーメントβMjの近似解、(53)式、(55)式、(56)式による無次元化接合部モーメントβMjの厳密解を比較して図9に示す。図9において、横軸は無次元化接合部モーメントβMjの厳密解を表し、縦軸は無次元化接合部モーメントβMjの近似解を表す。無次元化接合部モーメントβMjの近似解及び厳密解が互いに一致していれば、試算結果のプロットは、直線L11上に配置される。図9に示された結果から、無次元化接合部モーメントβMjの近似解及び厳密解が、実用上十分な精度で一致していることが分かる。
また、撓みの最大値δmaxについて、無次元化接合部モーメントβMjの近似解を用いた(70)式による近似解と、厳密解とを比較して図10に示す。図10では、ケース6の試算結果も併せて示す。ケース6の試算結果を、白抜きの長方形印で表す。図10に示された結果から、撓みの最大値δmaxの近似解及び厳密解が、実用上十分な精度で一致していることが分かる。
以上説明したように、無次元化回転剛性α及び無次元化曲げ剛性αに基づいて撓みの最大値δmaxを評価することにより、合成梁11の仕様によらずに撓みの最大値δmaxを汎用性高く、かつ精度良く算出できることが分かった。
[6. Accuracy verification of approximate formula]
For cases 1 to 5 in Table 1, approximate solutions of non-dimensionalized joint moment β Mj by equation (42), non-dimensionalized joint moment β Mj by equations (53), (55), and (56) Figure 9 shows a comparison of the exact solutions. In FIG. 9, the horizontal axis represents an exact solution of the non-dimensionalized joint moment β Mj , and the vertical axis represents an approximate solution of the non-dimensionalized joint moment β Mj . If the approximate solution and exact solution of the dimensionless joint moment β Mj agree with each other, the plot of the trial calculation result is placed on the straight line L11. From the results shown in FIG. 9, it can be seen that the approximate solution and exact solution of the dimensionless joint moment β Mj match with sufficient accuracy for practical use.
Further, regarding the maximum value δ max of deflection, FIG. 10 shows a comparison between an approximate solution based on equation (70) using an approximate solution of the dimensionless joint moment β Mj and an exact solution. In FIG. 10, the trial calculation results for case 6 are also shown. The trial calculation result for Case 6 is represented by a white rectangle. From the results shown in FIG. 10, it can be seen that the approximate solution and exact solution for the maximum deflection value δ max match with sufficient accuracy for practical use.
As explained above, by evaluating the maximum value δ max of deflection based on the non-dimensional rotational stiffness α j and the non-dimensional bending stiffness α s , the maximum value δ max of deflection can be determined regardless of the specifications of the composite beam 11. It was found that max can be calculated with high versatility and accuracy.

なお、本実施形態の合成梁の評価方法で算出した端部曲げモーメント及び撓みの最大値に基づいて新たな合成梁を設計してもよい。すなわち、本実施形態の合成梁の評価方法を用いて合成梁の設計方法を行ってもよい。 Note that a new composite beam may be designed based on the maximum values of the end bending moment and deflection calculated by the composite beam evaluation method of this embodiment. That is, the method for evaluating a composite beam of this embodiment may be used to design a composite beam.

以上説明したように、本実施形態の合成梁の評価方法では、発明者らは無次元化回転剛性α及び無次元化曲げ剛性αに基づいて端部曲げモーメント及び撓みの最大値δmaxを評価することにより、合成梁11の仕様によらずに端部曲げモーメント及び撓みの最大値δmaxを陽関数により汎用性高く、かつ精度良く算出できることを見出した。
無次元化回転剛性α及び無次元化曲げ剛性αに基づいて陽関数により合成梁11の端部曲げモーメント及び撓みの最大値δmaxを算出することにより、合成梁11の端部曲げモーメント及び撓みの最大値δmaxを収斂計算を行うことなく算出することができる。
As explained above, in the composite beam evaluation method of this embodiment, the inventors calculated the maximum value δ max of the end bending moment and deflection based on the nondimensional rotational stiffness α j and the nondimensional bending stiffness α s . By evaluating , it was found that the end bending moment and the maximum value δ max of deflection can be calculated with high versatility and accuracy using an explicit function, regardless of the specifications of the composite beam 11.
The end bending moment of the composite beam 11 is calculated by calculating the maximum value δ max of the end bending moment and deflection of the composite beam 11 using an explicit function based on the nondimensional rotational stiffness α j and the nondimensional bending stiffness α s . and the maximum value of deflection δ max can be calculated without performing convergence calculations.

また、無次元化曲げ剛性α及び(53)式に基づいて無次元化剛接モーメントβMj,rigidを陽関数により算出し、算出した無次元化剛接モーメントβMj,rigid、無次元化回転剛性α、無次元化曲げ剛性α及び(42)式に基づいて前記無次元化接合部モーメントβMjを陽関数により算出する。さらに、算出した無次元化接合部モーメントβMj及び(70)式等に基づいて端部曲げモーメント及び撓みの最大値δmaxを陽関数により算出する。こうして、合成梁11の端部曲げモーメント及び撓みの最大値δmaxを収斂計算を行うことなく算出することができる。
無次元化接合部モーメントβMjを、(53)式、(55)式、(56)式を用いて(42)式により算出する。このため、これらの式により無次元化接合部モーメントβMjを、収斂計算を行うことなく精度良く算出することができる。
In addition, the nondimensional bending stiffness α s and the nondimensional rigid contact moment β Mj,rigid are calculated by an explicit function based on the equation (53), and the calculated nondimensional rigid contact moment β Mj, rigid is The dimensionless joint moment β Mj is calculated by an explicit function based on the rotational stiffness α j , the dimensionless bending stiffness α s , and equation (42). Furthermore, the maximum value δ max of the end bending moment and deflection is calculated using an explicit function based on the calculated dimensionless joint moment β Mj and equation (70). In this way, the maximum value δ max of the end bending moment and deflection of the composite beam 11 can be calculated without performing convergence calculation.
The dimensionless joint moment β Mj is calculated by equation (42) using equations (53), (55), and (56). Therefore, the dimensionless joint moment β Mj can be calculated with high precision using these equations without performing convergence calculations.

無次元化剛接モーメントβMj,rigidが0.4以下のときには、(42)式において、無次元化剛接モーメントβMj,rigidに代えて、無次元化剛接モーメントβMj,rigidに基づいて(54)式により算出される無次元化剛接モーメントβMj,rigid,Theoを用いる。無次元化剛接モーメントβMj,rigidが0.4以下である場合には、無次元化剛接モーメントβMj,rigidが厳密解に対して誤差が大きくなる。この場合であっても、無次元化剛接モーメントβMj,rigidに代えて無次元化剛接モーメントβMj,rigid,Theoを用いることにより、無次元化剛接モーメントをより精度良く算出することができる。
さらに、例えば複数の合成梁を有する構造体の動的解析の収斂計算において、構造体を構成する部材である合成梁の曲げモーメントの算出のための収斂計算が不要となることから、構造体の動的解析に2重の収斂計算を行う必要がなくなり、計算時間を大幅に短縮できる。さらに、例えば合成梁の断面積を目的関数、撓みや曲げモーメント等の設計条件を制約条件とし、目的関数を最小化する最適化計算を行う場合にも、制約条件である撓みや曲げモーメントの算出のための収斂計算が不要となることから、目的関数の最適化に対して2重の収斂計算を行う必要がなくなり、計算時間を大幅に短縮できる。
When the non-dimensional rigid moment β Mj,rigid is 0.4 or less, in equation (42), instead of the non-dimensional rigid moment β Mj, rigid , the non-dimensional rigid moment β Mj, rigid is used. The dimensionless rigid moment β Mj, rigid, Theo calculated by equation (54) is used. When the nondimensional rigid moment β Mj,rigid is 0.4 or less, the error of the nondimensional rigid moment β Mj,rigid becomes large compared to the exact solution. Even in this case, the non-dimensional rigid moment β Mj, rigid can be replaced with the non-dimensional rigid moment β Mj, rigid, Theo to calculate the non-dimensional rigid moment with higher accuracy. I can do it.
Furthermore, for example, in convergent calculations for dynamic analysis of a structure with multiple composite beams, convergence calculations for calculating the bending moment of the composite beams, which are the members that make up the structure, are no longer required. There is no need to perform double convergence calculations for dynamic analysis, and calculation time can be significantly reduced. Furthermore, when performing optimization calculations to minimize the objective function, for example, using the cross-sectional area of a composite beam as the objective function and design conditions such as deflection and bending moments as constraints, the constraints such as deflection and bending moments can be calculated. Since there is no need to perform convergence calculation for optimization of the objective function, there is no need to perform double convergence calculation for optimization of the objective function, and calculation time can be significantly reduced.

以上、本発明の一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。
例えば、前記実施形態の合成梁の評価方法では、曲げモーメントM及び撓みの最大値δmaxを、無次元化回転剛性α及び無次元化曲げ剛性αに基づいて陽関数により算出すればよい。
また、その際に、無次元化曲げ剛性αに基づいて無次元化剛接モーメントβMj,rigidを陽関数により算出し、算出した無次元化剛接モーメントβMj,rigid、無次元化回転剛性α、及び無次元化曲げ剛性αに基づいて無次元化接合部モーメントβMjを陽関数により算出し、算出した無次元化接合部モーメントβMjに基づいて曲げモーメントM及び撓みの最大値δmaxを陽関数により算出してもよい。
Although one embodiment of the present invention has been described above in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and modifications, combinations, and deletions of the configuration within the scope of the gist of the present invention. etc. are also included.
For example, in the composite beam evaluation method of the embodiment, if the bending moment M j and the maximum value δ max of deflection are calculated by an explicit function based on the nondimensional rotational stiffness α j and the nondimensional bending stiffness α s , good.
In addition, at that time, the nondimensional rigid contact moment β Mj,rigid is calculated by an explicit function based on the nondimensional bending stiffness α s , and the calculated nondimensional rigid contact moment β Mj,rigid is The non-dimensional joint moment β Mj is calculated by an explicit function based on the stiffness α j and the non-dimensional bending stiffness α s , and the bending moment M j and the bending moment β Mj are calculated based on the calculated non-dimensional joint moment β Mj . The maximum value δ max may be calculated using an explicit function.

11 合成梁
半剛接モーメント
jr 剛接モーメント
ピン接モーメント
α 無次元化回転剛性
α 無次元化曲げ剛性
βMj 無次元化接合部モーメント
βMj,rigid,βMj,rigid,Theo 無次元化剛接モーメント
11 Composite beam M j semi-rigid moment M jr rigid moment M o pin moment α j non-dimensional rotational stiffness α s non-dimensional bending stiffness β Mj non-dimensional joint moment β Mj, rigid , β Mj, rigid , Theo dimensionless rigid moment

Claims (4)

正曲げの曲げ剛性と負曲げの曲げ剛性とが互いに異なり、両端がそれぞれ半剛接合され全長にわたって等分布荷重が作用する合成梁の前記端に作用する曲げモーメントである端部曲げモーメント、及び前記合成梁に生じる撓みの最大値を算出する合成梁の評価方法であって、
前記合成梁の前記端における回転剛性を、前記合成梁の単位長さ当たりの曲げ剛性で除した値を無次元化回転剛性とし、
前記合成梁の正曲げの曲げ剛性及び前記合成梁の負曲げの曲げ剛性の比を無次元化曲げ剛性としたときに、
前記端部曲げモーメント及び前記撓みの最大値を、前記無次元化回転剛性及び前記無次元化曲げ剛性に基づいて陽関数により算出する合成梁の評価方法。
An end bending moment that is a bending moment that acts on the end of a composite beam in which the bending stiffness of positive bending and the bending stiffness of negative bending are different from each other, both ends are semi-rigidly joined, and a uniformly distributed load acts over the entire length, and An evaluation method for a composite beam that calculates the maximum value of deflection that occurs in the composite beam, the method comprising:
A value obtained by dividing the rotational rigidity at the end of the composite beam by the bending rigidity per unit length of the composite beam is defined as a nondimensional rotational rigidity,
When the ratio of the bending rigidity of the composite beam in positive bending and the bending rigidity of negative bending of the composite beam is taken as the nondimensionalized bending rigidity,
An evaluation method for a composite beam, in which the maximum value of the end bending moment and the deflection is calculated by an explicit function based on the nondimensional rotational stiffness and the nondimensional bending stiffness.
前記両端がそれぞれ剛接合されて全長にわたって等分布荷重が作用するとしたときの前記合成梁の前記端に作用する曲げモーメントを剛接モーメントとし、
前記両端がそれぞれピン接合されて全長にわたって等分布荷重が作用するとしたときの前記合成梁に作用する曲げモーメントの最大値をピン接モーメントとし、
前記両端がそれぞれ半剛接合されて全長にわたって等分布荷重が作用する前記合成梁の前記端に作用する曲げモーメントを半剛接モーメントとし、
前記半剛接モーメントを前記ピン接モーメントで除した値を無次元化接合部モーメントとし、
前記剛接モーメントを前記ピン接モーメントで除した値を無次元化剛接モーメントとしたときに、
前記無次元化曲げ剛性に基づいて前記無次元化剛接モーメントを陽関数により算出し、
算出した前記無次元化剛接モーメント、前記無次元化回転剛性、及び前記無次元化曲げ剛性に基づいて前記無次元化接合部モーメントを陽関数により算出し、
算出した前記無次元化接合部モーメントに基づいて前記端部曲げモーメント及び前記撓みの最大値を陽関数により算出する請求項1に記載の合成梁の評価方法。
The bending moment that acts on the end of the composite beam when both ends are rigidly connected and a uniformly distributed load acts over the entire length is defined as a rigid contact moment,
The pin contact moment is the maximum value of the bending moment that acts on the composite beam when both ends are pin-joined and a uniformly distributed load is applied over the entire length,
A bending moment acting on the ends of the composite beam, both ends of which are semi-rigidly connected and a uniformly distributed load acts over the entire length, is defined as a semi-rigid contact moment;
The value obtained by dividing the semi-rigid contact moment by the pin contact moment is set as a dimensionless joint moment,
When the value obtained by dividing the rigid contact moment by the pin contact moment is defined as the nondimensional rigid contact moment,
Calculating the non-dimensional rigid contact moment by an explicit function based on the non-dimensional bending stiffness,
Calculating the non-dimensional joint moment by an explicit function based on the calculated non-dimensional rigid contact moment, the non-dimensional rotational stiffness, and the non-dimensional bending stiffness,
The method for evaluating a composite beam according to claim 1, wherein the maximum value of the end bending moment and the deflection is calculated using an explicit function based on the calculated dimensionless joint moment.
前記無次元化剛接モーメントをβMj,rigid、前記無次元化回転剛性をα、前記無次元化曲げ剛性をαとしたときに、前記無次元化接合部モーメントβMjを、(1)式から(3)式を用いて(4)式により算出する請求項2に記載の合成梁の評価方法。
Figure 0007348510000028
When the nondimensional rigid contact moment is β Mj,rigid , the nondimensional rotational stiffness is α j , and the nondimensional bending stiffness is α s , the nondimensional joint moment β Mj is expressed as (1 3. The method for evaluating a composite beam according to claim 2, wherein the evaluation method is performed using equation (4) using equation (3) from equation ().
Figure 0007348510000028
前記無次元化剛接モーメントβMj,rigidが0.4以下のときには、(4)式において、前記無次元化剛接モーメントβMj,rigidに代えて、前記無次元化剛接モーメントβMj,rigidに基づいて(5)式により算出される無次元化剛接モーメントβMj,rigid,Theoを用いる請求項3に記載の合成梁の評価方法。
Figure 0007348510000029
When the nondimensional rigid contact moment β Mj,rigid is 0.4 or less, in equation (4), instead of the nondimensional rigid contact moment β Mj,rigid , the nondimensional rigid contact moment β Mj, 4. The method for evaluating a composite beam according to claim 3, wherein the non-dimensional rigid moment β Mj, rigid, Theo calculated by equation (5) based on rigid is used.
Figure 0007348510000029
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