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v1.10.0(2026.10.03)の Elastic Analysis の解き方(引張と圧縮で剛性が違うばねを Newton 法で解く,右クリックの Solver)を使った例題です。

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製材を 3 段に重ねてビスで留め,1 本の梁として使う場合(重ね梁)を,線材(製材)とばね(ビス)でモデル化する。あわせて,次のことを確かめる。

  1. ビスのすべり剛性によって,重ね梁の曲げ剛性は「接着(完全合成)」と「重ねただけ」の間のどこに来るか。EC5 の γ 法の理論値と合うか
  2. 材どうしの支圧(圧縮は硬い)とビスの引抜き(引張は柔らかい)を,引張と圧縮で剛性が違うばねで表すと,Solver auto(Newton 法)と linear(1 ステップ)で結果がどう違うか

モデル

01_builtup_model.png

ばねの値(3dm の線のユーザーテキスト)

ばねの局所 x 軸は線の向き(下の段 → 上の段)なので,x の引張 = 継ぎ目が開く向き,圧縮 = 材どうしが押し合う向き,y・z = 継ぎ目のすべりになる。

レイヤ kxt(引張) kxc(圧縮) kyt = kyc = kzt = kzc(すべり) 意味
screw 6000 kN/m 37500 kN/m 2000 kN/m ビス 1 本の引抜き剛性 6 kN/mm,すべり剛性 2 kN/mm。圧縮は材どうしの支圧(めり込み): E90·b·s/h = 250 N/mm² × 120 × 150 / 120 = 37.5 kN/mm
glued 3.75×10⁷ 3.75×10⁷ 2×10⁶ 接着相当(すべて 1000 倍)
noscrew 0 37500 0 ビスなし(重ねただけ。支圧だけ効き,開くのもすべるのも自由)

回転のばね(mx, my, mz)は 0。ばねの値は例題用の仮定値で,実在のビスの試験値ではない。実際の設計では,ビスのすべり剛性(Kser など)・引抜き剛性は試験値や規準の式から決める。

理論値(γ 法)

ビスのような柔らかい接合でつないだ重ね梁の有効曲げ剛性は,EC5(EN 1995-1-1)付録 B の γ 法で求められる。3 段の同じ材で,中央の材を基準(γ₂ = 1)にすると,

$\gamma_1=\gamma_3=\frac{1}{1+\pi^2 E A s/(K L^2)},\qquad (EI)_{ef}=\sum_i \left(E I_i+\gamma_i E A_i a_i^2\right)$

ここで A = 0.12×0.12 m²,s = 0.15 m(ビスの間隔),K = 2000 kN/m(ビス 1 本のすべり剛性),a₁ = a₃ = 0.12 m(中央の材からの距離),I_i = bh³/12。

ケース γ EI(kNm²) 中央のたわみ 5wL⁴/(384EI)
接着(完全合成,360 の 1 本の材) 1 3266 2.01 mm
ビス 0.148 792 8.28 mm
ビスなし(3 本がばらばらに曲がる) 0 363 18.08 mm