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公開番号2025016269
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-31
出願番号2023119430
出願日2023-07-21
発明の名称応力影響線の算出方法及び鋼床版の疲労評価方法
出願人国立大学法人東北大学,エム・エムブリッジ株式会社
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類G06F 30/23 20200101AFI20250124BHJP(計算;計数)
要約【課題】1つの着目点について1度の有限要素解析を行えばよく、かつ、有限要素モデルの修正が不要な応力影響線の算出方法及び鋼床版の疲労評価方法を提供する。
【解決手段】応力影響線の算出方法は、有限要素モデルの着目点における任意の応力に対応した荷重を相反定理に基づき、有限要素モデルの着目点に対応する複数位置に設定する荷重設定ステップと、荷重が設定された有限要素モデルについて、有限要素解析を行うことで、単位荷重に対する着目点の任意の応力の応力影響線を算出する影響線算出ステップとを含む。
【選択図】図11
特許請求の範囲【請求項１】
有限要素モデルの着目点における任意の応力に対応した荷重を相反定理に基づき、前記有限要素モデルの前記着目点に対応する複数位置に設定する荷重設定ステップと、
前記荷重が設定された前記有限要素モデルについて、有限要素解析を行うことで、単位荷重に対する前記着目点の任意の応力の応力影響線を算出する影響線算出ステップと
を含む応力影響線の算出方法。
続きを表示（約 970 文字）【請求項２】
前記有限要素モデルは、鋼床版の有限要素モデルが用いられる
請求項１に記載の応力影響線の算出方法。
【請求項３】
前記有限要素モデルは、平面応力モデルが用いられる
請求項１に記載の応力影響線の算出方法。
【請求項４】
前記有限要素モデルは、３次元有限要素モデルが用いられる
請求項１に記載の応力影響線の算出方法。
【請求項５】
鋼床版の前記有限要素モデルを生成するステップと、
生成した前記有限要素モデルの着目点を設定するステップと、
前記着目点を設定した前記有限要素モデルについて、請求項１に記載の応力影響線の算出方法により、単位荷重に対する前記着目点の補正した構造ホットスポット応力の応力影響線を算出するステップと、
算出した前記応力影響線に基づいて、前記有限要素モデルの前記着目点に発生する応力波形を生成するステップと、
生成した前記応力波形に基づいて、前記着目点の疲労を算出するステップと
を含む鋼床版の疲労評価方法。
【請求項６】
前記応力波形を生成するステップでは、前記鋼床版を走行する車両について、車両モデル、車両重量及び前記有限要素モデルにおける車両走行位置の設定を行い、前記設定に基づいて前記応力波形を生成する
請求項５に記載の鋼床版の疲労評価方法。
【請求項７】
前記着目点の疲労を算出するステップでは、生成した前記応力波形に基づいて、前記着目点についての応力範囲頻度分布を算出し、算出された応力範囲頻度分布に基づいて、前記着目点の累積疲労損傷比を算出する
請求項５に記載の鋼床版の疲労評価方法。
【請求項８】
前記鋼床版は、
デッキプレートと、
前記デッキプレートの下面に接合され、第１方向に延びる横板と、
前記第１方向に直交する第２方向に延び、前記横板を前記第２方向に貫通するように前記デッキプレートの下面に接合された縦板と、
前記横板と前記縦板とを接合する溶接部と
を備え、
前記着目点は、前記溶接部の止端部の点である
請求項５に記載の鋼床版の疲労評価方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、応力影響線の算出方法及び鋼床版の疲労評価方法に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
橋梁等の構造物において、解析により疲労を推定する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１９－１８９００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような解析においては、構造物における着目点の応力等の応答を荷重の載荷位置で表した影響線を求めることが必要不可欠となる。従来では、有限要素モデルにおいて単位荷重の載荷位置を多数設定して載荷位置毎に有限要素解析を行う手法が行われるが、この手法では、単位荷重の載荷位置を変化させた多数の解析ケースを実行する必要がある。また、有限要素モデルにおいて、タイヤモデルを模した荷重を載荷する有限要素解析を行う手法が行われるが、タイヤモデルに合わせた要素分割を実施する必要があり、タイヤモデルを変更する場合は、要素分割を変更する必要がある。さらに、いわゆるＭｕｌｌｅｒ－Ｂｒｅｓｌａｕの原理に基づく解析手法が行われるが、この手法では、着目点に節点を追加し要素コネクティビティを修正（２重節点化）するといった有限要素モデルの修正が必要であり、この修正処理は着目点ごとに行う必要がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、１つの着目点について１度の有限要素解析を行えばよく、かつ、有限要素モデルの修正が不要な応力影響線の算出方法及び鋼床版の疲労評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る応力影響線の算出方法は、有限要素モデルの着目点における任意の応力に対応した荷重を相反定理に基づき、前記有限要素モデルの前記着目点に対応する複数位置に設定する荷重設定ステップと、前記荷重が設定された前記有限要素モデルについて、有限要素解析を行うことで、単位荷重に対する前記着目点の任意の応力の応力影響線を算出する影響線算出ステップとを含む。
【０００７】
本発明に係る鋼床版の疲労評価方法は、鋼床版の前記有限要素モデルを生成するステップと、生成した前記有限要素モデルの着目点を設定するステップと、前記着目点を設定した前記有限要素モデルについて、上記の応力影響線の算出方法により、単位荷重に対する前記着目点の補正した構造ホットスポット応力の応力影響線を算出するステップと、算出した前記応力影響線に基づいて、前記有限要素モデルの前記着目点に発生する応力波形を生成するステップと、生成した前記応力波形に基づいて、前記着目点の疲労を算出するステップとを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、１つの着目点について１度の有限要素解析を行えばよく、かつ、有限要素モデルの修正が不要な応力影響線の算出方法及び鋼床版の疲労評価方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、相反定理によるたわみの影響線の解析の例を示す図である。
図２は、相反定理によるたわみ角の影響線の解析の例を示す図である。
図３は、Ｍｕｌｌｅｒ－Ｂｒｅｓｌａｕの原理による曲げモーメントの影響線の解析の例を示す図である。
図４は、要素辺におけるひずみの影響線の解析の例を示す図である。
図５は、節点におけるひずみの影響線の解析の例を示す図である。
図６は、最外縁の節点におけるひずみの影響線の解析の例を示す図である。
図７は、節点における応力の影響線の解析の例を示す図である。
図８は、節点の板表面における変位の影響線の解析の例を示す図である。
図９は、節点の板表面における応力の影響線の解析の例を示す図である。
図１０は、要素辺上の点における変位の影響線の解析の例を示す図である。
図１１は、本実施形態に係る応力影響線の算出方法の一例を示すフローチャートである。
図１２は、本実施形態に係る鋼床版の疲労評価方法の一例を示すフローチャートである。
図１３は、鋼床版の有限要素モデルの一例を示す図である。
図１４は、鋼床版の有限要素モデルの一例を示す図である。
図１５は、鋼床版の有限要素モデルの一部を示す図である。
図１６は、鋼床版の有限要素モデルについて算出した応力影響線を模式的に示す図である。
図１７は、応力波形生成ステップにおける車両の設定事項の例を示す図である。
図１８は、応力波形生成ステップにおける車両の設定事項の例を示す図である。
図１９は、応力波形生成ステップにおける車両の設定事項の例を示す図である。
図２０は、応力波形の算出手順の一部を模式的に示す図である。
図２１は、２軸車両、３軸車両及び４軸車両について着目点の応力波形の例を示す図である。
図２２は、２径間連続梁の問題設定の一例を示す図である。
図２３は、着目点付近の有限要素モデルの一例を示す図である。
図２４は、有限要素モデルの変形の様子の一例を示す図である。
図２５は、梁上縁での着目要素辺ひずみの影響線の一例を示すグラフである。
図２６は、本実施形態に係る手法による影響線の参照点での解析結果を示す図である。
図２７は、２主合成桁を参考にした対象構造の例を示す図である。
図２８は、２主合成桁を参考にした対象構造の例を示す図である。
図２９は、２主合成桁のモデルにおける鋼及びコンクリートの材料定数の一例を示す図である。
図３０は、２主合成桁のモデルにおける着目点近傍の断面図である。
図３１は、解析モデル全体図と着目点との位置を示す図である。
図３２は、床版上面における着目点のｘ方向垂直応力の影響線コンター図である。
図３３は、参照点の座標と各参照点に単位荷重を載荷したときの着目点応力と、本実施形態に係る手法による参照点における影響線の値をまとめた図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る応力影響線の算出方法及び鋼床版の疲労評価方法の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
（【００１１】以降は省略されています）

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