どうも。今回は前回に引き続き、柱脚の検討を行います。
ベース・アンカー検討(前回の続き)
ﾍﾞｰｽﾌﾟﾚｰﾄの検討①-引張-
(1)ｱﾝｶｰﾎﾞﾙﾄの引張降伏耐力全塑性耐力の計算
まずはﾍﾞｰｽﾌﾟﾚｰﾄの引張力に対する検討から。以前の記事で扱ったんですが、ｱﾝｶｰﾎﾞﾙﾄの引張降伏耐力全塑性耐力で検討する。
・ｱﾝｶｰﾎﾞﾙﾄの全塑性耐力
Tp=Ab*F/1000=706.9mm2*235N/mm2/1000≒166.1kN/本
引張降伏耐力全塑性耐力は、ｱﾝｶｰﾎﾞﾙﾄの軸部の断面積に対して算出する。ねじ部じゃなくて軸部なのはなんでなんすか。ねじ部の方が断面積が小さいんだから、ねじ部が先行降伏するのでは？
と思って調べたら、
短期許容耐力はねじ部、全塑性耐力は軸部で計算するみたいです。(転造ねじ、切削ねじに限らず)
例)
①転造ねじ(ABR400→F=235N/mm2)
M24：軸部断面積Ab=375.0mm2 →Tp=Ab*F/1000≒88.1kN…全塑性耐力
：ねじ部断面積Abe=353.0mm2→Ta=Abe*F/1000≒83.0kN…短期許容耐力
②切削ねじ(ABM400→F=235N/mm2)
M24：軸部断面積Ab=452.0mm2 →Tp=Ab*F/1000≒106.2kN…全塑性耐力
：ねじ部断面積Abe=384.0mm2→Ta=Abe*F/1000≒90.2kN…短期許容耐力
断面積が大きいから切削ねじの方が耐力は大きいんですね。
(2)曲げモーメントの計算
曲げモーメントは、ｱﾝｶｰﾎﾞﾙﾄの芯から柱のフェイスまでの距離から求める。
M=T*dt/1000=166.1kN*75mm/1000≒12.5kNm
(3)ﾍﾞｰｽﾌﾟﾚｰﾄの断面係数Zの計算
有効幅B=ボルト径+dt*2=30mm+75mm*2=180mm。
Z=B*t^2/6=180mm*36mm^2/6=38880mm3。
Zの計算
(4)ﾍﾞｰｽﾌﾟﾚｰﾄの検討
σb=M*10^6/Z=12.5kNm*10^6/38,800mm3≒321.5N/mm2
σb/sfb=321.5N/mm2/375N/mm2≒0.85＜1.0 OK
よってOKです。
ﾍﾞｰｽﾌﾟﾚｰﾄの検討②-圧縮-
続いて圧縮に対する検討。ﾍﾞｰｽﾌﾟﾚｰﾄの圧縮の検討は大きく
①片持ち版
②2辺固定版(リブあり)
③3辺固定版(リブあり)
の3パターンの検討方法がある。
今回は①の片持ち形式で検討する。
圧縮力に対する検討なので、まず、柱脚部(ﾍﾞｰｽﾌﾟﾚｰﾄ)に生じる圧縮応力度を求める必要がある。
圧縮パターンは以下の3通りある。
①全面圧縮(ｱﾝｶｰﾎﾞﾙﾄに引張は生じない)
②部分圧縮(部分的に引張が生じる場合。ｱﾝｶｰﾎﾞﾙﾄに引張は生じない)
③局部圧縮(部分圧縮よりも大きな引張が生じる場合。ｱﾝｶｰﾎﾞﾙﾄに引張が生じる)
いずれのパターンに該当するかは、偏心距離eを用いて確認する。
①の全面圧縮→e≦D/6=650mm/6=108.3mmの時
②の部分圧縮→D/6+dt/3≧e＞D/6=650mm/6+75mm/3=133.3mm≧e＞108.3mmの時
③の局部圧縮→e＞D/6+dt/3=e＞650mm/6+75mm/3=133.3mmの時
※D=ﾍﾞｰｽﾌﾟﾚｰﾄの成
上の計算結果を見てもわかる通り、偏心距離、つまり軸力の作用位置がﾍﾞｰｽﾌﾟﾚｰﾄ芯から離れるほど、曲げモーメントが大きくなるので引張面が大きくなる。→局部圧縮に近づくことになる。(e=M/Nなので、Nに対してMが大きいほどeは大きくなる)
今回がどのパターンに当てはまるか検討してみると…
N2=718.0kN、M=233.0kNmより、e=M/N2*1000=324.5mm。
e=324.5mm＞D/6+dt/3=133.3mm。よって局部圧縮に該当。
そして、①～③の圧縮の状況によって、ﾍﾞｰｽﾌﾟﾚｰﾄに作用する最大圧縮応力度の計算式は異なる。それぞれの計算式は以下。
①の全面圧縮→σc=N/(b*D)*(1+6e/D)
②の部分圧縮→σc=2N/{3*b*(D/2-e)}
③の局部圧縮→σc={2N*(e+D/2-dt)}/{b*Xn*(D-dt-Xn/3)}
ひゃーめんどくせえええ。
くどいようだが今回は局部圧縮に該当するので、③の計算式に当てはめると、
(1)ﾍﾞｰｽﾌﾟﾚｰﾄに生じる圧縮応力度の計算
σc={2N2*1000*(e+D/2-dt)}/{b*Xn*(D-dt-Xn/3)}
={2*718.0*1000*(324.5+650/2-75)}/{650*341.0*(650-75-341.0/3)}
=8.07N/mm2→ﾍﾞｰｽﾌﾟﾚｰﾄに生じる最大圧縮応力度である。
※式が長く煩雑になるので計算途中の単位は省略
ここまででようやくﾍﾞｰｽﾌﾟﾚｰﾄの圧縮の検討のための前準備は整ったので、ﾍﾞｰｽﾌﾟﾚｰﾄの検討を行う。
片持ち形式のﾍﾞｰｽﾌﾟﾚｰﾄの検討式(必要板厚の計算式)は、
(2)ﾍﾞｰｽﾌﾟﾚｰﾄの必要板厚の計算
必要t=u*√3σc/fb1*(1-u/3Xn)
=150mm*√(3*8.07N/mm2/325N/mm2*(1-150mm/3*341.0mm)
=37.8mm＞設計t=36.0mm：NG 検定値1.05
ここで、ﾍﾞｰｽﾌﾟﾚｰﾄの許容応力度fb1にsfbを使わないこと。sfbは面外方向に曲げを受ける場合の許容値であって、圧縮の検討時に採用することはできない。
ということで、検討結果はNG。リブプレートを入れるか、板厚を38mmにするか、どっちかの措置が必要になる。今回はNGこれ以上の検討はしない。(もはや面倒くさい)
ｱﾝｶｰﾎﾞﾙﾄの検討①-引張-
ﾍﾞｰｽﾌﾟﾚｰﾄの次はｱﾝｶｰﾎﾞﾙﾄの検討を行う。ｱﾝｶｰﾎﾞﾙﾄの検討では、ｱﾝｶｰﾎﾞﾙﾄに対する引張の検討と、ｺﾝｸﾘｰﾄのコーン状破壊の検討の2つを行う。
まず、ﾍﾞｰｽﾌﾟﾚｰﾄの検討でふれたように、今回は③の局部圧縮に該当するので、ｱﾝｶｰﾎﾞﾙﾄに引張力が生じる。(①全面圧縮と②部分圧縮の場合は引張の検討は必要ない)
よって、引張力の算定から。
(1)引張力の計算
Z=N2*(e-D/2+Xn/3)/(D-dt-Xn/3)
=718.0kN*(324.5mm-650mm/2+341.0mm/3) /(650mm-75mm-341.0mm/3)
=176.1kN
これを引張有効ｱﾝｶｰﾎﾞﾙﾄ本数で除して、1本あたりの引張力を求める。
T=Z/nt=176.1/3=58.7kN/本
(2)断面算定
σt=T*1000/Abe=58.7kN*1000/621.0mm2=94.5N/mm2
σt/ft=94.5N/mm2/235N/mm2=0.40＜1.0:OK
断面算定結果はOK。
ｱﾝｶｰﾎﾞﾙﾄの検討②-ｺｰﾝ状破壊-
続いてｺｰﾝ状破壊の検討。ｺｰﾝ状破壊とは、ｱﾝｶｰﾎﾞﾙﾄが引き抜かれる際、定着版から円錐形状にｺﾝｸﾘｰﾄが破壊する現象の事。破壊に対して有効に効くのはｺﾝｸﾘｰﾄなので、ｺｰﾝ状破壊の検討はｺﾝｸﾘｰﾄに対する検討と考えて良い。
定着版上端から45度勾配の範囲が有効
コーン状破壊有効断面積=1000x1200
ｺｰﾝ状破壊に有効なｺﾝｸﾘｰﾄ断面は、引張ｱﾝｶｰ定着版上端から、45度角の範囲。(上図のハッチの範囲)
(1)有効面積の計算
有効幅b=(Dc-Db)/2+dt+ℓb=(1200mm-650mm)/2+75mm+650mm=1,000mm
Ac=b*B=1,000mm*1,200mm=1,200,000mm2
(2)ｱﾝｶｰﾎﾞﾙﾄの全塑性耐力計算
Tb=nt*Ab*ft/1000=3*706.9mm2*235N/mm2/1000=498.3kN
(3)耐力計算(Tpの計算)
低減係数φ=0.6
Tp=0.31φ1*√Fc*Ac=0.31*0.6*√21N/mm2*1,200,000mm2/1000=1022.8kN
(4)断面算定
Tb/Tp=498.3kN/1022.8kN=0.49＜1.0:OK
ｺﾝｸﾘｰﾄの検討-圧縮-
最後にコンクリートの圧縮に対する検討。ﾍﾞｰｽﾌﾟﾚｰﾄの圧縮力の検討に使った圧縮応力度を使う。
σc=8.07N/mm2
σc/fc=8.07N/mm2/14.0N/mm2=0.58＜1.0:OK
よってOK。
以上で柱脚の検討終了です。
今回はここまでで終わります。ではまた。
