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非線形ばね要素の符号ミスを防止するには
ばね要素に発生する正負の符号は、ばね要素の要素座標系の向きとばね要素のi/j端節点の位置関係によって決定されます。ばね要素座標系だけでは決定されないことに注意が必要です。
ばね要素の符号は以下のように決定されます。
最初に、j端側節点変位からi端側節点変位を引く(結果はi端を基準とする全体座標系での値)
次に、その値を要素座標系に座標変換する(結果はi端を基準とする要素座標系での値)
2.の符号がばね特性の符号と一致する。
上記規則を厳密に適用しなくとも、作成中のモデルを使って簡単にテストが可能です。それは、明らかにばね要素が圧縮状態(または引張状態)となるような荷重を試験的に一方向に載荷する方法です。

例:橋台と背面土が抵抗するばね要素のモデル
  1. 橋台に対して背面土が抵抗するばね要素を設置したモデルを取り上げます(図1)。
  2. 試験的な荷重として全体X軸方向に水平震度荷重を載荷します(図2)。シーケンス荷重の設定は、荷重割増0.01、適用回数100とします(図3)。このように荷重載荷を100分割にすることで、解析後のばね要素の応答結果を容易に確認できます。

    画像をクリックすると大きな画像が表示されます。 画像をクリックすると大きな画像が表示されます。
    ▲図1 橋台と背面土が抵抗するばね要素のモデル ▲図2 試験的に一方向載荷の様子
    画像をクリックすると大きな画像が表示されます。
    ▲図3 百分の一刻みで100回載荷の設定

  3. 変位図を確認すると、予想通り躯体が背面土側で変形しています(図4)。
  4. 図4の矢印で示すばね要素に着目します。
  5. そのばね要素の時刻歴結果を確認します(図5)。背面土が抵抗するので、剛性がある方で応答することを予想します。このばね特性では正方向バイリニアが設定されており、確かに剛性のある正側で応答していることがわかります。

    画像をクリックすると大きな画像が表示されます。 画像をクリックすると大きな画像が表示されます。
    ▲図4 躯体が背面側へ変形する様子 ▲図5 背面土が抵抗する側で応答する様子

  6. したがって、非線形ばね要素の設定は正しいと判断できます。
    この例において、仮にばね特性の負側で応答している結果が得られた場合はモデル化が正しくないので、下記のいずれかの変更を行います。両方とも実施すると元に戻ってしまい、解決しないのでご注意ください。
  • ばね要素のi端とj端の位置関係を逆にする
  • ばね特性の正負を逆にする(負方向バイリニアを使う)


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