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柱の保有耐力照査において、
McとMuまたはMy0とMuが逆転した場合にエラーとなるのはなぜか？ |
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このエラーは、「Ｍc（ひび割れモーメント）、Ｍy0（初降伏モーメント）、Ｍu（終局モーメント）」の順番が逆転している場合に、解析方法の適用性に疑義があるため、表示しています。
また、逆転しているモーメントによっては、構造細目（道示IV 下部後編 H.14
7.3）に抵触します。 一般には、形状や鉄筋量を見直すことで、逆転を解消することが可能であり、例えば、次のような要因が考えられます。
１）My0＞Muとなる場合：
断面高に対してかぶりが大きい、または鉄筋量が極めて多い。
※断面高に対してかぶりが大きいと、Ｍｕ算出時に剥離すると考えるコンクリート断面も大きくなります。
２）Mc＞My0となる場合：鉄筋量が非常に少ない。
※Mcは、コンクリート・鉄筋の断面積や位置等の断面定数から求まりますが、コンクリート断面に対して鉄筋の断面積が占める割合は非常に小さいため結果には大きく影響しません。一方、My0、Muは、鉄筋量に結果が大きく作用されます（鉄筋位置は変更せず、鉄筋径のみを変更した結果を比較することにより確認できます）。
■解析方法の適用性
本プログラムでは、道示V耐震設計編（H14）式-解10.3.6により初降伏変位を求めています。この解析方法は、『Ｍc≦Ｍy0≦Ｍu』となることを前提としていると解釈しております。逆転が発生してない断面では、Ｍ−Φ関係より、Pc、Pyを上部工慣性力作用位置に作用させたときの各Ｍに対して一つのφが求まりますが、逆転が発生している断面では、Ｍに対してφが二つ以上求まる状態になります。そのため、「Ｍc、Ｍy0、Ｍuの順番が逆転している」場合、どのφを用いるべきか分からないため（プログラムでは最初に見つかったφを用いています）、この結果については「適用外」とし、保有水平耐力および残留変位に対する判定は行っていません。
▲「Ｍc≦Ｍy0≦Ｍu」のケース（逆転なしの場合）
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▲「My0＞Mu」のケース |
▲「Mc＞My0」のケース |
＜Ｍc、Ｍuの逆転＞
道示IV H.14 7.3 解（1） 1）の主旨に準じるなら「ＮＧ」と思われます。 但し、許容応力度法と保有耐力法における断面モデル化の違い等から、許容応力度法ではＭc＜Ｍu、保有耐力法ではＭc＞Ｍuがあり得ます。
＜Ｍy0、Ｍuの逆転 ＞
道示IV H.14 7.3 解（2）の主旨に準じるなら「ＮＧ」と思われます。 但し、許容応力度法と保有耐力法における断面モデル化の違い等から、許容応力度法ではＭy0＜Ｍu、保有耐力法ではＭy0＞Ｍuがあり得ます。 |
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| UC-win/Road |
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UC-win/Roadでは、対面通行の走行車線と一方通行の走行車線とを混在するような道路を作成することができません。同一線形上で、これらの断面を混在させるとエラーが表示されます。しかし現実の道路では対面通行が一方通行にまた、その逆になることも見かけられます。UC-win/Road上で対面通行と一方通行を混在させるような表現を行うには、次のような方法があります。
方法１．道路をランプ接続する
対面通行の終点までで線形を終わり、次に一方通行の線形をランプ接続します。これで、対面通行から一方通行へ切り替わることが可能です。仮に、その先で再び対面通行となるような場合は、対面通行の２つの区間の線形を先に入力しその間を一方通行の線形でランプ接続します。
方法２．交差点を利用する
交差点を境にして対面通行から一方通行に切り替わるケースであれば、交差点を利用することが可能です。この場合も、対面通行だけの線形と一方通行だけの線形は別々に定義します。この２つの道路と交差する道路で交差点を作成します。互いの道路を交差させる必要がありますので、対面通行の道路と一方通行の道路とは線形を少し重なるようにする必要があります。交差点内では、走行車のルートを定義することができるため、交通流の車両も自分自身の走行も問題なく行うことができます。
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| ▲方法１：ランプ接続 |
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▲方法２：交差点利用 |
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ファイバー要素を用いてプッシュオーバー解析(荷重漸増解析)を行うと、途中のステップで収束せずにコンクリートの終局まで荷重を漸増できないことがあります。これには、ファイバー要素の長さ、メッシュの大きさなど要因はいくつかありますが、荷重の載荷方法に因るところもあります。
道路橋示方書・同解説V耐震設計編で示されているタイプ2のコンクリートの応力ひずみ曲線は、帯鉄筋などの横拘束効果により終局ひずみが最大圧縮応力に達するときのひずみより大きくなります。つまり、最大圧縮応力時から終局ひずみに達するまでは応力ひずみ曲線が負勾配となります。
このように、ポストピーク領域を考慮しなければならない場合では、力による荷重ではなく、強制変位による載荷を行う必要があります。
▲図.1 コンクリートヒステリシス |
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▲図.2 解析モデル |
ここでは、図.2のような単柱(高さ5m、一辺が1mの矩形断面)に対して柱天端に力による荷重と変位による荷重を載荷し、その結果を比較します。
図.3は、力で載荷した場合と、変位により載荷した場合の柱天端の荷重変位曲線です。
力で載荷した場合ではおよそ40mm変位した時点で収束しなくなります。
それに対して、変位により載荷した場合では全てのステップで収束しています。
40mmを超えたところでコンクリートの応力ひずみ曲線の負勾配に入り、荷重は漸増するにもかかわらず、抵抗できるコンクリートの強度が低下しているため両者の差、つまり不平衡力が大きくなり、発散したものと考えられます。
▲図.3 荷重変位曲線 |
今回はファイバー要素のヒステリシスに負の勾配があると、水平力を漸増する載荷方法では収束しないことを紹介しました。このような場合は、強制変位を与える載荷方法が有効です。このことは、ファイバー要素に限らず、M-φ要素のM-φ特性に負の勾配がある場合も同じですので、ぜひ覚えておいてください。 |
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