この実験について
荷重を支える橋を作ります。各部材の軸力を調べ、斜材を1本取り外して、いつ骨組みが機構になるかを確認します。高さ、支間、部材断面積を変え、変形形状が現れる様子を見ながら荷重を段階的に増やします。この実験では、図の見た目で強度を判断するのではなく、小規模な剛性マトリックスを解きます。
学習目標
- 引張、圧縮、幾何学的な機構を見分ける
- 三角形分割によってピン接合骨組みが安定する理由を説明する
- 部材剛性と弾性係数、断面積、長さの関係を理解する
- 支点の反力がデッキに作用する総荷重と釣り合うことを確認する
- 降伏と理想オイラー座屈を、異なる部材限界として比較する
使い方
- 1既定の荷重試験を実行し、オレンジ色の部材と青色の部材を調べます。それぞれの符号付き力を記録してください。
- 2「部材の切り替え」を選んで対角材を1本削除するか、「長方形のみ」を選んでください。機構では弾性変位を報告できない理由を説明してください。
- 3三角形状を復元してください。スパンと荷重を一定に保ったままトラスの高さを増やし、変位と部材力を比較してください。
- 4部材断面積を2倍にして、同じ荷重試験を繰り返してください。剛性、質量、圧縮耐力を比較してください。
- 5荷重を支点に移動させてから、スパン中央に戻してください。反力と変形の変化を確認してください。
モデル
前提条件
- 同一の平面側トラス2基が、鉛直方向の床荷重を等分して負担します。横方向の連結は完全剛結とし、床版および横梁の質量と曲げ剛性は考慮しません。
- 部材はピン接合された、真っすぐな軸力材です。微小変位、線形弾性、初期応力なしを仮定します。図では変位を拡大表示し、見やすさのため拡大率に上限を設けています。
- 部材断面は中実円形です。密度は7850 kg/m³、公称降伏応力は250 MPaに固定し、弾性係数は独立して変更できます。これはパラメータ実験であり、材料カタログではありません。
- 圧縮耐力は、軸方向の降伏耐力と、両端ピン支持を仮定した理想的なオイラー座屈耐力のうち小さい方です。不完全性、接合部の破壊、横方向の支保の詳細、および座屈後の挙動は考慮していません。
- 剛性マトリックスが不安定な場合は、機構として報告されます。耐力比が1を超える場合は、部材の限界を超えた弾性外挿を示します。実際の破断や崩壊はシミュレーションされません。
授業で試してみましょう
- Q1残りの棒材がすべて非常に剛性の高いものであっても、斜材を取り除くことが重要なのはなぜですか？
- Q2圧縮部材は、材料が降伏応力に達する前に座屈することがあるのはなぜですか？
- Q3荷重を一端に移すと、どの支点反力が変化しますか？
- Q4最も軽くて安定した橋が、必ずしも耐力比が最も低い橋とは限りませんか？
よくある質問
削除した部材がまだ薄く表示されているのはなぜですか？
これは復元用ガイドです。再び有効にするまでは、剛性、質量、力に影響しません。
拡大表示された形状は力の計算結果に影響しますか？
いいえ。すべての力とミリメートル表示には、小変位解を使用しています。拡大表示が影響するのは描画のみです。
これは橋梁設計の承認ツールですか？
いいえ。これは、破壊に関するチェックが明示的に制限された、理想化された教室用トラスモデルです。構造設計基準でも施工仕様書でもありません。