円形管における３次元骨組解析への適用事例 平成１６年９月１７日 （株）アイエスシイ 犬飼隆義
円形管の３次元骨組計算の目的 アンカー打設中、雨水管（φ８００）に損傷を与えた。 たわみ強度比試験と比較するため、雨水管に損傷前と損傷後の状態で骨組計算を行い、管補修の検討資料に使用した。 実験結果との比較 円形管の分割数の比較 欠損率による比較
たわみ強度比試験 ＜供試体＞ ﾀﾞｲﾌﾟﾗﾊｳｴﾙ管 １種管 Ｒﾀｲﾌﾟ φ800 ２箇所有孔管 試験体の長さ：0.6m ＜測定条件＞ ﾀﾞｲﾌﾟﾗﾊｳｴﾙ管 １種管 Ｒﾀｲﾌﾟ φ800 ２箇所有孔管 試験体の長さ：0.6m ＜測定条件＞ JIS K 7733の２等級の圧縮試験器を用いて、管軸方向に垂直に毎分10mm/min±2mmで呼び径の5％の偏平量まで圧縮し、荷重を計測した。
たわみ強度比試験結果 ＜測定結果＞ 項目 単位 規格 計測値 Φ800 5％偏平 kN/m 8.1 7.0 温度 T（℃） 23.0 長さ Ls（ｍ） 0.602 荷重 W（kN） 4.450 0.601 4.210 ＜測定結果について＞ ２箇所有孔した管では、規格値に対して計測値が、13％の強度低下を示した。
３次元骨組解析計算モデル モデル形状 荷重 材料定数 高耐圧ﾎﾟﾘｴﾁﾚﾝ管の肉厚を考慮してﾓﾃﾞﾙを作成 高耐圧ﾎﾟﾘｴﾁﾚﾝ管技術資料より、内径800mmで5％に達する時のたわみ荷重が8.1kN/mと記載されている。よって今回解析する管（0.9m）の荷重合計は8.1×0.9＝7.29kN 材料定数 単位体積重量(kN/m3) 9.5 圧縮強度(N/mm2) 13.5 引張強度(N/mm2) ﾎﾟｱｿﾝ比 0.3 ﾔﾝｸﾞ係数(N/mm2) 980
3次元モデル（孔有） 3次元モデル（孔無）
円形管の実験値と計算値の強度比較 ３次元骨組解析（孔無）の最大変位量を用いて、 （孔有）のたわみ荷重を算出する 円形管の規格値と実験値および理論解でのたわみ荷重を比較 規格値と実験値では、たわみ荷重が所定強度の86％に低下した。 ３次元骨組計算結果では、たわみ荷重が所定強度の95％に低下した。 実験値での対策を行った。
分割数における計算結果の違い 円形管の分割数を変化 FRAME/3Dを使用し、孔無モデルの変形量を比較 ８分割と６４分割にモデル化 円環の解析は分割数により誤差が生じることを再確認。
モーメント分布図 64分割モデル ８分割モデル
孔がある場合と無い場合の比較 孔がある場合と無い場合の奥行き1m当たりの体積比較 孔無 ： V=0.123 m3 ２次元の計算では、８分割で2.2％、６４分割で2.5％の違いがある。 ３次元の計算では、８分割で3.3％、６４分割で4.8％の違いがある。
欠損率による比較 欠損率：3.13％ 欠損率：4.15％ 欠損率：6.24％
欠損率による比較 欠損率を下記に示すように、変化させた。 欠損率：0.78％、1.56％、3.13％、2.08％、6.24％ FRAME/3Dを使用 欠損率が大きくなると、欠損が無い場合に比べて変位が大きくなる。 欠損率が6％程度以上になると、誤差が非常に大きくなる。
まとめ 円形管の補修については、実験結果を使用して、対策を講じた。 ８分割と６４分割モデルでは、３次元で計算した方が、影響が大きい。 欠損率が２％程度の場合は、２次元の詳細（６４分割程度）でも実用上十分な精度。 欠損率が６％以上になると、欠損を考慮した計算が必要。