3. 連続防撓パネルの最終強度
3.1 防撓材方向圧縮とこれに直角方向の引張及び横圧を受ける場合
Fig. 2(a)に防撓材方向の圧縮とこれに直角方向の引張を受ける連続防撓パネルのFEMより求めた最終強度相関関係(最終強度時の圧縮あるいは引張荷重を全断面積で割った平均応力)を示す。図の横軸は組み合わせ荷重下の防撓材方向の圧縮最終強度σ*uxを降伏強度σYで無次元化した値を、縦軸はこれに直角方向の引張最終強度σ*uyを降伏強度σYで無次元化した値を示す。さらに、Misesの降伏関数も併せて実線で示す。本研究では、最終強度相関関係を描く場合、圧縮は正に引張は負に取り、また・防撓材方向を横軸(x軸)にこれに直角方向を縦軸(y軸)に取っている。従って、本3.1節の荷重条件では、最終強度相関関係を2次元の第4象限に示している。
Fig. 2(a)より、パネルが薄板の場合、防撓材方向の圧縮が支配的な範囲では、最終強度は防撓材方向の圧縮のみが加わる場合の最終強度で頭打ちとなり、引張の影響をほとんど受けない。一方、引張が支配的な範囲では、FEMによる最終強度はMisesの降伏関数より若干高くなる。これは、引張を受けるとこれと直交する方向には圧縮変形が発生するが、この圧縮変形に対して、防撓材の軸剛性が抵抗して強度が上昇するためである。薄板パネルほど防撓材の剛比が相対的に大きくなるので、この傾向はより顕著となる。次に、上述した荷重に加えて横圧が加わる場合の最終強度相関関係をFig. 2(b)に示す。Fig. 2(b)より、横圧が加わると、横圧の影響により最終強度は低下する。また、引張が支配的になるほど、横圧による影響は小さくなる傾向である。
Fig. 2 |
Ultimate strength interaction of tee-bar stiffened panel obtained by FEM (1). |
(a) |
Combined compression parallel to stiffener and tension perpendicular to stiffener. |
(b) |
Combined compression parallel to stiffener, tension perpendicular to stiffener and lateral pressure. |
3.2 防撓材方向引張とこれに直角方向の圧縮及び横圧を受ける場合
Fig. 3(a)に防撓材方向の引張とこれに直角方向の圧縮を受ける連続防撓パネルのFEMより求めた最終強度相関関係を示す。図の横軸は組み合わせ荷重下の防撓材方向の引張最終強度を降伏強度で無次元化した値を、縦軸はこれに直角方向の圧縮最終強度を降伏強度で無次元化した値を示す。
Fig. 3(a)より、防撓材方向の引張が最終強度に及ぼす影響は小さく、これに直角方向の圧縮が支配的な範囲では、最終強度はほぼ防撓材と直角方向の圧縮のみが加わる場合の最終強度で近似できる。これは、崩壊モードが基本的に屋根型モードであり、中央部の帯板として崩壊する領域の強度で最終強度が支配されるためと考えられる。また、防撓材方向の引張が支配的な場合には、最終強度相関関係はMisesの降伏曲線に漸近する。次に、これに横圧が加わる場合の最終強度相関関係をFig. 3(b)に示すが、Fig. 2(b)と同様、横圧の影響によって最終強度は低下する。
Fig. 3 |
Ultimate strength interaction of tee-bar stiffened panel obtained by FEM (2). |
(a) |
Combined tension parallel to stiffener and compression perpendicular to stiffener. |
(b) |
Combined tension parallel to stiffener, compression perpendicular to stiffener and lateral pressure. |
さらに、横圧と引張のみが加わる場合の平均応力と平均歪の関係をFig. 4(a)、(b)に示す。この計算では、加工硬化を無視している。まず、引張が防撓材と直角方向の場合のFig. 4(a)では、横圧により早期に剛性が低下するが、上述した防撓材の抵抗により、最終強度は降伏強度より若干高い。同図には加工硬化を考慮した計算結果(●印、q=10m)も示しているが、この場合には加工硬化率に応じて単調に強度は上昇を続ける。次に、引張が防撓材方向の場合のFig. 4(b)の場合も、横圧により早期に剛性が低下するが、最終的には最終強度はほぼ降伏強度に漸近している。以上より、横圧と引張のみが加わる場合の連続防撓パネルの最終強度は降伏強度で近似できる。
また、二軸引張及び二軸引張と横圧下の連続防撓パネルの最終強度も上述した一方向引張と横圧下の検討結果から類推して、Misesの降伏関数で表すことができると考える。
Fig. 4 Average strain-average stress relation
(a) |
Tension perpendicular to stiffener and lateral pressure. |
(b) |
Tension parallel to stiffener and lateral pressure. |
3.3 最終強度に及ぼすせん断応力の影響
最終強度に及ぼすせん断応力の影響を調べるため、Fig. 1に示す解析モデルの周辺にせん断応力(τ/τY=0.2、0.4、0.6)を固定値として与え、次に圧縮/引張面内応力を増分させて連続防撓パネルの最終強度を求めた。
Fig. 5にせん断応力と圧縮最終強度の関係を示すが、せん断応力の圧縮最終強度に及ぼす影響はそれ程大きくはない。これに横圧が加わる場合のせん断応力の影響も、横圧なしの場合とほぼ同程度である。但し、この結果はあくまでτ/τY=0.6程度までの防撓パネルのパネルに加わるせん断応力の影響についての結果であり、せん断応力が支配的となるフロア、ガーダ等の桁部材については、別途、検討を要する。
Fig. 5 Effect of shear stress on ultimate strength.
(a) Compression parallel to stiffener.
(b) Compression perpendicular to stiffener.
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