断面
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線要素の断面性能を、断面形状の指定あるいは数値直接入力により定義します。 線要素には、トラス要素、引張専用要素、圧縮専用要素、ケーブル要素、ギャップ要素、フック要素、梁要素、テーパー断面梁要素があります。 |
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メインメニューで モデル > 材料&断面 > 断面 ツリーメニューのメニュー タブで モデリング > 材料&断面 > 断面 アイコンメニューで |
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■断面データを新規に入力及び追加する場合
材料&断面のダイアログから「追加」をクリックし、断面データをタイプ別に選択して入力します。
Note 断面番号は最大6桁まで入力可能です。[999999]
修正する断面を選択した後、「修正」をクリックして関連データを修正します。
削除する断面を選択した後、「削除」をクリックして削除します。
複製する断面を選択した後、「複製」をクリックして複製します。
「読み込み」をクリックして断面データのMCBファイルを選択または入力して「開く」をクリックします。
修正する断面を選択して、「番号並べ替え」をクリックします。
開始番号:変更する断面番号のスタート番号を入力します。
増分:断面データ番号の増分値を入力します。
要素断面番号の変更:要素の断面番号を変更する際に、これをチェックしないでリナンバリングを行うと、ユーザーが指定した番号に変換されて、 既存の番後の要素ば定義されない状態として残ります。
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断面積 (Area : Cross Sectional Area)
断面積(Cross Sectional Area)は、部材が軸力(Axial Force)を受ける場合、これに抵抗する軸剛性(Axial Stiffness)の計算、及び部材に発生した応力度を計算するのに使用し、その計算方法は <図 1 >の通りです。
midas Civilの内部で、断面積を計算したり、データベースから入力する場合には、接合部のボルト穴またはリベット穴などによる断面の欠損は考慮しないため、必要な場合には、値入力を用いてユーザーが入力する必要があります。 <図 1> 断面積の計算例
有効せん断面積(Asy, Asz : Effective Shear Area)
せん断変形用の有効せん断面積(Effective Shear Area)は、部材断面の要素座標系y軸またはz軸方向に作用するせん断力(Shear Force)に抵抗するせん断剛性(Shear Stiffness)の計算に使用します。もし、有効せん断面積を入力しない場合は、該当方向のせん断変形は無視されます。midas Civil内部で断面性能を自動計算したり、データベースから入力した場合には、せん断変形用の有効せん断面積が自動計算されます。その計算方法は<図 2>のようになります。
Asy:要素座標系y軸方向に作用する有効せん断面積 Asz:要素座標系z軸方向に作用する有効せん断面積 <図 2> 各断面の有効せん断面積
ねじり剛性 (Ixx : Torsional Resistance)
ねじり剛性は、ねじりモーメントに抵抗する剛性で、次のように定義されます。
ここで、
Ixx:ねじり剛性(Torsional Resistance)
T:ねじりモーメント(Torsional Moment or Torque)
θ:ねじり角度(Angle of Twist)
ねじり剛性は、上式によって定義されたねじりに対して抵抗する剛性であり、ねじりによるせん断応力度を求める断面2次極モーメント(Polar Moment of Inertia)とは異なります。(ただし、円形断面または厚肉円筒断面の場合には、ねじり剛性と断面2次極モーメントは同じになります。)断面形状が開断面(Open Section)なのか、閉断面(Closed Section)なのかによって、ねじり剛性の計算方法が異なります。また、断面が厚肉なのか薄肉なのかによっても、計算方法が異なるため、あらゆる種類の断面に共通して適用できる一般式はありません。開断面のねじり剛性の計算は、開断面を長方形断面に分割して下式を用いて計算し、その値を総和することによって近似的に求めることができます。
ここで、
ixx:分割断面(長方形)のねじり剛性
2a:分割断面の長辺の長さ
2b:分割断面の短辺の長さ
また、薄肉閉断面に対するねじり剛性の計算式は次の通りです。(<図 3> 参照)
ここで、
A:断面積
dS:任意位置における中立線の微小長さ
t:任意位置における厚さ
また、橋梁の箱型断面のように、厚肉閉断面に対するねじり剛性は、上記の<式 1>と<式 3>の和から求めることができます。
<図 3> 薄肉閉断面のねじり剛性及びせん断応力度
<図 4> ソリッド断面のねじり剛性
<図 5> 薄肉閉断面のねじり剛性 <図 6> 厚肉開断面のねじり剛性 <図 7> 薄肉開断面のねじり剛性
2つ以上の形鋼を組合わせて1つの断面にするとき、場合によっては閉断面と開断面の両方が存在することがあります。このような場合のねじり剛性の計算は、閉断面部分と開断面部分に分けて計算した後、それぞれの値の和をとります。例えば、ダブルH断面(Double H-Section)の場合、<図 6>のように断面の中央には閉断面が形成され、フランジ両端は開断面になります。 閉断面の部分(ハッチングされた部分)のねじり剛性
開断面の部分(フランジの突出した部分)のねじり剛性
全断面に対するねじり剛性
H型断面を2枚のプレートで補強する場合、<図 6>のように閉断面が2つ存在し、このときのねじり剛性は次のように計算します。フランジ両端の開断面の部分に対するねじれ剛性が、全断面のねじり剛性に対して無視できる程小さな値の場合には、H型断面の上下フランジと2枚の補強プレートによって形成される外周の閉断面に対して、下式のようにねじり剛性を計算します。
また、全断面を構成する断面要素の中で、開断面としてのねじ剛性が無視できない場合には、開断面に対するねじり剛性を計算して加えます。 (a) 閉断面と開断面が共に存在する場合 (b) 閉断面が2つ以上存在する場合
<図 8> 2つ以上の形鋼を組合わせた断面のねじり剛性
断面2次モーメント (Iyy, Izz : Area Moment of Inertia)
断面2次モーメント(Area Moment of Inertia)は、曲げモーメント(Bending Moment)に抵抗する剛性(Flexual Stiffness)を計算するのに使用し、該当断面の中立軸に対して、次式のように計算します。
要素座標系y軸に対する断面2次モーメント
要素座標系z軸に対する断面2次モーメント
<図 9> 断面2次モーメントの計算例
断面相乗モーメント (Iyz: Area Product Moment of Inertia)
断面相乗モーメント(Area Product Moment of Inertia)は、主に非対称断面の応力度分布を計算するのに使用し、次のように定義されます。
H型、円筒型、箱型、溝型、及びT型断面のように、要素座標系y軸またはz軸に対して対称であるためIyz=0となります。一方、山型断面のように、要素座標系y、z軸の両軸に対して非対称であるためIyz≠0となり、応力度分布の計算においてIyzの値を考慮する必要があることを意味します。山型断面の断面相乗モーメントの計算方法は、<図 10>の通りです。 <図 10> 山型断面の断面相乗モーメントの計算 <図 11> 非対称断面の曲げ応力度の分布図
中立軸(Neutral Axis)は、曲げモーメントによる部材内の曲げ応力度がゼロとなる点を結ぶ軸のことを差します。<図 11>の右側の図においてn軸が中立軸になります。m軸は、n軸に対して垂直な軸です。中立軸では、曲げモーメントによる応力度がゼロになるため、次の方程式から中立軸の方向を求めることができます。
曲げモーメントによる断面の応力度を計算するための一般式は次の通りです。
もし、H型断面の場合には、Iyz=0となるので、
ここで、
Iyy:要素座標系y軸に対する断面2次モーメント Izz:要素座標系z軸に対する断面2次モーメント Iyz:断面相乗モーメント y:断面の中立軸から曲げ応力度を計算する位置までの要素座標系y軸方向の距離 z:断面の中立軸から曲げ応力度を計算する位置までの要素座標系 z軸方向の距離 Mby:要素座標系y軸回りの曲げモーメント Mbz:要素座標系z軸回りの曲げモーメント 要素座標系y軸及びz軸方向に作用するせん断力に対する応力度を計算するための一般式は次の通りです。
ここで、
Vy:要素座標系y軸方向に作用するせん断力 Vz:要素座標系z軸方向に作用するせん断力 Qy:要素座標系y軸に対する断面1次モーメント Qz:要素座標系z 軸に対する断面1次モーメント by:せん断応力度を計算する位置での要素座標系y軸方向の断面幅 bz:せん断応力度を計算する位置での要素座標系z軸方向の断面幅 断面1次モーメント (Qy, Qz: First Moment of Area) 断面1次モーメント(First Moment of Area)は、断面の任意位置でのせん断応力度を計算するのに使用し、次のように計算します。
断面がy軸またはz軸に対して対称である場合、任意位置でのせん断応力度は次のように計算します。
ここで、
Vy:要素座標系y軸方向に作用するせん断力 Vz:要素座標系z軸方向に作用するせん断力 Iyy:要素座標系y軸に対する断面2次モーメント Izz:要素座標系z軸に対する断面2次モーメント by:せん断応力度を計算する位置での要素座標系y軸方向の断面幅 bz:せん断応力度を計算する位置での要素座標系z軸方向の断面幅 せん断係数(Qyb, Qzb: Shear Factors of Shear Stress due to Bending) せん断係数は、せん断力によるせん断応力度を計算するのに使用し、部材断面においてせん断応力度を計算する位置に対する断面1次モーメントを計算位置での断面幅で除した値です。
<図 12> せん断係数の計算例
合成断面の剛性の計算
midas Civilで、鉄骨-鉄筋コンクリートの合成部材の剛性は、コンクリート断面(鉄筋の断面はコンクリート断面に含まれる)と鉄骨断面が構造的に完全に合成されるものと仮定し、等価換算断面性能(Equivalent Sectional Properties)の形で考慮します。等価換算断面性能の計算で、鋼材の弾性係数(Es)とコンクリートの弾性係数(Ec)は、鉄骨-鉄筋コンクリート規準(SSRC79(Structural Stability Research Council, 1979, USA))に明記された数値を使用し、Ecの値はEUROCODE 4により20%だけ低減した値を使用します。
1.等価換算断面積
2.等価換算有効せん断面積
3.等価換算断面2次モーメント
ここで、
Ast1:鉄骨の断面積 Acon:コンクリートの断面積 Asst1:鉄骨の有効せん断面積 Ascon:コンクリートの有効せん断面積 Ist1:鉄骨の断面2次モーメント Icon:コンクリートの断面2次モーメント REN:コンクリートの弾性係数(Ec)に対する鉄骨の弾性係数(Es)の比(Es/Ec)
4.等価換算ねじり常数
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Note
SPCで読み込んだ断面データのy1~4, z1~4位置算定方法
1. 断面の図心を地心に4分面に分割します。
2. 各4分面で図心との距離が最も長い点を応力検討位置に割当てます。

上図のように腹部の傾斜が大きい場合には図心から最長距離になる点が断面の最下端ではない可能性があります。応力検討位置3、4番が予想とは違うように算定される可能性がありますので注意が必要です。

このダイアログでは、鉄骨鉄筋コンクリート部材の断面性能データを入力します。
断面番号:入力された最終断面番号+1で自動設定されます。
名称:断面の名前を入力します。
形状:使用する断面の形状を指定します。
コンクリートデータ:鉄骨埋込型の鉄骨鉄筋コンクリート断面で、鉄筋コンクリート断面の寸法を入力します。
鉄骨データ:鉄骨の断面データを入力します。
ユーザー:標準化された断面に必要な寸法を入力して、断面を定義する場合に指定します。
H、B1、 ... :ダイアログの左側の入力案内図に従って、必要な寸法を入力します。
規格:国別の規格の断面リストから使用する断面を選択する時に指定します。
下記の規格リストから選択します。
JIS2K:Japanese Industrial Standards 2000
JIS:日本工業規格
AISC:American Institute of Steel Construction
DIN:Deutshes Institut Fur Normung e.v.
BS:British Standards
KS:韓国工業規格
IS84:Indian Standards
CNS91:Taiwan Standards
鋼材リスト:規格による鉄骨断面の名前を直接入力するか、または断面リストから断面を選択します。断面の名前を直接入力する場合には、それぞれの規格による名前
の表記方法に合わせる必要があります。
例)JIS、KS:H 400X200X8/13、AISC:W36X280
材料:鉄骨鉄筋コンクリート断面を構成する鉄骨とコンクリートの材料特性を入力します。
規格から選択:コンクリートと鉄骨の材料を国別の規格から材料の種別を選択すると、以下の項目が自動入力されます。
Es/Ec:コンクリートに対する鋼材の弾性係数比
Ds/Dc:コンクリートに対する鋼材の重量比
Ps:鉄骨のポアソン比
Pc:コンクリートのポアソン比
Conv. Stiffness Factor:コンクリート剛性減少係数 [Default = 1.0]
置換方法:SRC断面の剛性を計算する時、鉄骨を基準にするように指定されます。
Note
midas Civilでは、SRC断面の剛性計算として、RCを鉄骨に置換して計算します。
SRCの自重=鋼材の自重+RC自重
ここで、Ds/Dc=0と入力した場合、RCの自重は無視して鋼材の自重のみを考慮する。

2つの標準的な断面で組合わされた断面の性能を入力します。
断面番号:入力された最終断面番号+1で自動設定されます。
名称:断面の名称
断面形状リスト:使用する組立用断面の形状を指定します。
ユーザー:標準化された断面に必要な寸法を入力して、断面を定義する場合に指定します。
規格:国別の規格の断面リストから使用する断面を選択する時に指定します。
規格リストは次のとおりです。
JIS2K : Japanese Industrial Standards 2000
JIS : 日本工業規格
AISC : American Institute of Steel Construction
DIN : Deutshes Institut Fur Normung e.v.
BS : British Standards
KS : 韓国工業規格
IS84 : Indian Standards
CNS91 : Taiwan Standards
Data1、Data2:組立断面を構成する2つの単位断面を入力します。
鋼材リスト:断面の名前を直接入力するか、または断面リストから断面を選択します。断面の名前を直接入力する場合には、それぞれの規格による名前の表記方法に合わせる必要があります。
例)JIS、KS:H 400X200X8/13、AISC:W36X280
H、B、:ダイアログの左側の入力案内図に従って、必要な寸法を入力します。
プレストレストコンクリート部材の断面データを入力します。入力可能なPC断面はPC-1室/2室、3室、波形などがあります。中心軸を規準に左断面を定義します。
断面番号:入力された最終断面番号+1として自動セ低されます。
名称:断面の名称
:一般的な1室および2室PC断面

継目On/Off:断面で寸法が変わる部分を追加で定義したい場合、チェックをOnにしておくと、該当する入力欄が活性化されて追加の断面寸法を入力することができます。
JO1、JO2、JO3:「外部」での断面寸法入力案内図を参照して必要とするところをOnします。
JI1、JI2、JI5:「外部」での断面寸法入力案内図を参照して必要とするところをOnします。
断面形状:断面内部の室の個数を指定します。
せん断検討:PC断面のせん断に対する検討位置です。せん断検討をチェックして、Z1、Z3を入力します。Z2は自動計算される図心の位置です。直接入力も可能ですが、せん断検討の位置を自動で設定した場合は、各断面でのZ1、Z2、Z3の位置は下記のようになります。
Z1:下フランジ底面からウェブ上端までの高さ
Z2:断面の図心(Noteでの赤い点線)
Z3:下フランジ底面からウェブ下端までの高さ
Note
せん断検討位置を「自動」で設定した場合の各断面でのZ1、Z2、Z3の位置は下図のようになります。








最小ウェブ厚:ねじり応力計算のために必要な腹部の最小厚を入力します。ねじりに有効な断面になるように腹部厚の最短距離を入力します。
せん断用:せん断に対する最小厚のユーザーが入力、または、自動を選択します。
ねじり用:ねじりに対する最小厚のユーザー入力、または、自動を選択します。
外部:外側の寸法を入力します。
内部:内側の寸法を入力します。
:3室PC断面
デフォルト:3室のP断面の必要な基本寸法を入力します。
オプション:継目On/Offで、Onにした部分に対する寸法を入力します。

:n室PC断面
サイズ:PC断面の寸法を入力します。

:n室2PC断面
室数:室の数を入力します。
対称:左右対称か否かを選択します。チェックをはずすと、右側入力ができるようになります。
左側:左側断面の形状を入力します。
右側:右側断面の形状を入力します。

:I型PC断面(その1)

:I型PC断面(その2)

:PCハーフ断面

:T型PC断面

:内部に円または多角形の孔を有する断面

:任意のPC断面

: 座標入力でPC断面を入力します。

入力方法
X, Y : 絶対座標を入力して多角形を定義します。
DX, DY : 多角形を構成する各ポイントでの増分を用いて多角形を定義します。
: 入力された座標から定義された多角形を完成します。
: リストから選択した多角形を削除します。
: 座標入力から定義された断面データ(*.uds)を読み込みます。
: 座標入力から定義した断面データを*.udsファイル形状に保存します。
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: UK,Italyで使用されるPC断面のDBを提供します。 |

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: ボタンをクリックして*.secファイルを読み込みます。断面データを読み込んだらSPCで計算だれた断面常数と形状が入力されます。 任意形状の断面をCivil2006に読み込んで使用するためにはSPCでファイル形式を*.secで保存しておく必要があります。 |
設計パラメータ : 設計に使用される断面値数を入力します。(PC Viewer参照) 入力された値数はせん断応力計算時に使用されます。T2に0入力時設計時T型断面(開断面)で認識し、BT値を腹部厚さに使用します。開断面と閉断面に対してそれぞれ次の式から計算されます。
閉断面 :
開断面 : ![]()
ここで、F = 閉断面部の薄板厚さ中央線で囲まれた面積、t = 薄板厚さです。
中国設計基準を適用する場合Roarks Formulaを使用し、計算式は次のとおりです。

ねじり用厚さ(最小) : ねじり応力計算のための必要な腹部の最小厚さを入力します。ねじりに有効な断面になるように腹部厚さ最短距離を入力します。
せん断検討 : PC断面でせん断に弱い部分に対するせん断力を計算します。せん断検討を選択してZ1、Z3を入力します。Qy値とせん断検討のための腹部厚さはユーザーが直接入力することも出来ますが、自動をチェックすると自動的に計算されます。
この断面はテーパー断面グループで定義することは出来ませんし、施工段階合成断面でも使用することが出来ません。
:波形鋼板ウェブを用いたPC断面

対称:対称形状の場合にチェックします。
ハンチ:ハンチを含んだ断面の場合にチェックします。
CMP:波形ウェブの寸法を入力します。
材料:使用する材質データを入力します。
「DBから材料選択」:材質データをDBから読込みます。
Es/Ec:鋼材とコンクリートの弾性係数を入力します。
Ds/Dc:鋼材とコンクリートの重量比を入力します。
Ps:鋼材のポアソン比を入力します。
Pc:コンクリートのポアソン比を入力します。

テーパー 断面を定義するために、線要素の両端部に断面性能を入力します。(Note参照)
断面番号:入力された最終断面番号+1で自動設定されます。
名称:断面の名称
断面形状リスト:使用するテーパー断面の断面形状を指定します。
値入力:断面性能をユーザーが直接入力する場合に指定します。
断面のI、Jの位置における断面寸法をそれぞれ入力し、「断面性能の計算」をクリックします。自動計算された断面性能を修正したり、断面寸法を入力せずに直接断面性能を入力することもできます。
ユーザー:標準化された断面に必要な寸法を入力して断面を定義する場合に指定します。
規格:国別の規格から使用する断面を選択する場合に指定します。
規格リストは次の通りです。
JIS:日本工業規格
AISC:American Institute of Steel Construction
DIN:Deutshes Institut Fur Normung e.v.
BS:British Standards
KS:韓国工業規格
I-端断面、J-端断面:テーパー断面を定義するために要素の始点であるI端部と終点であるJ端部に対して、それぞれの断面の名前を直接入力するか、または断面リストから断面を選択します。断面の名前を直接入力する場合には、それぞれの規格による名前の表記方法に合わせる必要があります。
Iyyの変化:要素座標系のy軸まわりの断面2次モーメントについて、要素の長さ方向の変化則を指定します。
Izzの変化:要素座標系のz軸まわりの断面2次モーメントについて、要素の長さ方向の変化則を指定します。
1次:要素座標系のx軸に沿って1次的(線形的)に変化する場合
2次:要素座標系のx軸に沿って2次的(放物線的)に変化する場合
3次:要素座標系のx軸に沿って3次的 に変化する場合
Note
テーパー断面部材の両端の断面寸法が入力されると、各断面性能は部材の長さ方向に沿ってI端部からJ端部まで一定則で変化します。この時、断面積と有効せん断面積、及びねじり係数は、要素座標系のx軸についてI端部からJ端部まで1次的に変化するものとして計算されます。断面の強軸、弱軸方向の断面2次モーメントに対してのみ、ユーザーの指定に従って1次的、2次的及び3次的に変化させて計算されます。
例えば、下図の場合、Iyyの変化とIzzの変化は次の通りです。
長方形断面の強軸、弱軸の断面2次モーメント<下図を参照>
![]()
![]()
断面の幅(B)が一定で、高さ(H)だけが変化する場合の強軸に対する断面2次モーメントは3次的、弱軸に対する断面2次モーメントは1次的に変化するので、Iyy の変化='3次'、Izzの変化='1次'となります。
H形鋼断面の強軸、弱軸の断面2次モーメント<下図を参照>


フランジ幅(B)が一定で高さ(H)だけが変化する場合の強軸に対する断面2次モーメントは上式の1項目と2項目を無視すれば、概ね2次的に変化すると考えることができます。また弱軸に対する断面2次モーメントは、概ね1次的に変化すると仮定できます。したがって、Iyyの変化='2次'、Izzの変化='1次'と指定するのが妥当です。一方、高さ(H)が一定で幅(B)だけが変化する場合の強軸に対する断面2次モーメントは、概ね1次的に変化し、弱軸に対しては概ね3次的に変化するので、Iyyの変化='1次'、Izzの変化='3次'と指定するのが妥当です。


合成断面の合成の前後に対する断面性能の変化を考慮するような解析に、合成の前後断面の断面データを入力します。
断面番号:入力された最終断面番号+1で自動設定されます。
名前:断面の名称
断面形式:鉄骨-ボックス、鉄骨-I、合成-I、合成-T、ユーザー
スラブ幅:スラブの全幅
梁の数:桁の本数
梁の間隔:各桁の中心間距
RCスラブ:RCスラブの寸法を入力します。
Bc:1本の桁に対する有効スラブ幅
tc:スラブ厚
Hh:桁の天端からスラブ下端までの距離
鉄骨梁:鉄骨桁の寸法を入力します。
Hw:上下フランジ厚を除いたウェブの高さ
tw:ウェブの板厚
B1:上フランジの幅(箱型桁の場合はウェブの中心間距離)
B2:下フランジの幅(箱型桁の場合はウェブの中心間距離)
Bf1:箱型桁の場合のウェブ中心から上フランジ端部までの距離
Bf2:箱型桁の場合のウェブ中心から下フランジ端部までの距離
tf1:上フランジの板厚
tf2:下フランジの板厚
N1:上フランジのスチフナの個数
Hr1:上フランジのスチフナの高さ
tr1:上フランジのスチフナの板厚
N2:下フランジのスチフナの個数
Hr2:下フランジのスチフナの高さ
tr2:下フランジのスチフナの板厚
:鉄骨I型の場合

Hw:フランジ厚を除いたウェブの高さ
tw:ウェブの厚さ
B1:上部フランジの幅
B2:下部フランジの幅
tf1:上部フランジの厚さ
tf2:下部フランジの厚さ
:合成I型の場合
梁:必要なところにチェックを入れます。
J1, JL1, JL2, JL3, JL4, JR1, JR2, JR3, JR4:断面で寸法が変化する部分を追加で定義するときに、案内図で記号をチェックすると、該当する位置の入力が活性化されて、追加で断面寸法を入力することができます。
材料:「DBから材料選択」で、規格からの材料データを自動入力します。
Es/Ec:鋼材のコンクリートに対する弾性係数比
Ds/Dc:鋼材のコンクリートに対する重量比
:合成T型の場合
:ユーザーが断面を指定する場合

合成前(後)の断面:合成前(後)の断面を選択します。
断面:規格/ユーザーのタブや値入力のタブなどで、既に入力した断面データからの合成前(後)の断面で適用する断面を選択します。断面を選択すると、その下のリストボックスで、断面の入力内容を確認することができます。