AISC学生鋼橋コンペティションのための橋構造の分析および設計能力の紹介
ほぼ一年中, 米国中の大学には、それぞれのAISC Student SteelBridgeチームとクラブがあります。 AISC学生スチールブリッジコンペティション. これには、さまざまな荷重条件やその他の判断基準の下でテストされるモデルスケールの橋を設計および構築する1学年の長い旅が伴います。. 学生のために, このプロセスには、資金調達から予備的な橋の設計まですべてが含まれます, 注文に, 橋の製作と組み立て. AISCが後援し、促進します, Student Steel Bridgeコンテストは、学生に実際のエンジニアリング調達の感覚を与えます, プロセスの設計とレビュー.
プロセスの非常に重要な側面 – あなたは大学院の仕事に最も関連があると言うことができます – 橋の構造の分析とモデリングです. 構造工学ソフトウェアは、設計プロセス全体を通じて橋の設計を迅速に分析して決定する力を学生に提供することにより、重要な役割を果たします。.
SkyCiv Structural 3Dは、分析力と適応性の完璧なブレンドを学生に提供します. SkyCivは、ソフトウェアを学習して効果的に操作するためにかかる起動時間の短縮に誇りを持っています。, より多くの時間につながる 付加価値 彼らのプロジェクトに, そしてもっと早く.
それを念頭に置いて, AISC Student SteelBridgeコンテストの橋梁構造の予備設計を見てみましょう。.
トラス構造のモデリング
AISC Student SteelBridgeでAISCが提供する橋梁エンベロープ拘束ドキュメントを使用する – 2019 ルール, 私たちは次のことを観察します:
図 1: AISC学生鋼橋封筒図面
(ソース: AISC学生スチールブリッジコンペティション 2019 ルール)
この例では、プラットトラスを使用します. 詳細については、リンクをクリックしてください トラスタイプ そして トラスのモデリング. この段階でモデルを単純化するために、ストリンガーを単一のメンバーとして分析します。. 学生が設計プロセスを進めるにつれて、より複雑なストリンガーを簡単にモデル化できます.
橋の部分を見る, 地面の高さはのY標高であると仮定します 0, ストリンガーの重心は、のY標高を通過します。 1 足. 側面図を見る, 私たちのサポートが1のそれぞれに集中していると仮定しましょう′-0″ 広い基礎位置. これにより、ボトムストリンガーの長さは 22 足. 橋トラスのトップストリンガー用, その重心がのY標高を通過するとしましょう 4.75 フィート. 最後に, ボトムストリンガーの両端の間に6つの等しいスペースがあると仮定します, したがって、トラス接続位置の間隔は次のようになります。 22 ft / 6 = 3.67 フィート.
これで、ブリッジエンベロープの一般的な寸法がわかりました。, ノードを作成しましょう. これがノードテーブルです, X方向はトラスの長さ寸法であり、Y方向は高さです。.
その後, プラットトラスパターンを使用して、これらのノード間にメンバーを描画できます. 必ず選択してください “トラス” メンバーを作成するときに左側のウィンドウのボタンをクリックして、メンバーの端が瞬間的に解放されるようにします. これが私たちのプラットトラスです:
今度はいくつかのサポートを追加しましょう. AISCブリッジエンベロープの図面をもう一度見てみましょう, 右の基礎は橋の端から内側にあります, カンチレバーを作成する. これに対応するには, ノードを移動しましょう 6 およびノード 8 このサポートの場所と一致する; 基礎の中心は3です′-0″ 右の乗り物から内側に, したがって、X次元は次のようになります 19 足. 最後に, N0deにピンサポートを追加しましょう 1 およびノード 8. 更新されたトラスをご覧ください:
次, 橋の幅全体にトラス構造を繰り返しましょう. これは、構造全体を選択することで実行できます, ノードとサポートを含む, に行きます 編集する – 複製. 図をもう一度見てください 1, トラスはブリッジエンベロープの両側の中央に配置されると想定します. したがって, それらは4の間隔で配置されます′- 3 1/2″, または 4.22 フィート, これが私たちの複製の次元です. また、図に示すようにサポートを調整する必要があります 1, 左のトラスは橋の端で支えられています. 横軸を横切ってトラス構造を複製した後 (Z軸), 3D構造は次のようになります:
今, 橋梁構造の予備モデリングを完了するには、横方向ブレースを使用して構造を接続する必要があります. デザインのこの部分は、学生にとっていくぶん反復的なプロセスです。; 彼らは、横方向の揺れを最小限に抑えるために、各トラスを接続するための正しいポイントを見つけようとします, 横荷重ケース中に判断された主なメトリック. トラスの上部ストリンガーと下部ストリンガーの間に斜めの補強材を入れましょう. 例えば, 上面図から見た図:
SkyCivのStructural3Dモジュールでのモデリングは非常に直感的であり、より迅速な分析とより簡単な結果につながります. 生徒に、トラスを2Dでモデリングしてみてください。 無料のトラス計算ツール.
ブリッジに負荷をかける
モデリング後, これで、AISCによって設定された負荷の適用を開始できます. 負荷には2つの負荷タイプがあります, または荷重ケース, ブリッジがテストされること: 横方向と縦方向. 各荷重ケースの大きさはAISCによって与えられます, しかし、橋の長さに沿った正確な位置はそうではありません. したがって, 学生は、各荷重ケースの複数の異なる場所を分析して、それぞれの最悪のシナリオを見つける必要があります。. 各荷重ケースは個別に適用されることに注意してください; 構造は、両方の荷重状況を同時に認識しません.
AISCによって供給される負荷は 実際 競技で使用される負荷, それらはサービス負荷であると想定できます. たわみ基準を満たしながら、この橋を可能な限り軽量に設計しようとしています。. したがって, 負荷の組み合わせには、増幅負荷係数は含まれません.
横荷重ケース
横荷重の場合, AISCが提供する負荷図を 2019 ルール (図 2):
図 2: AISC学生鋼橋競技会の横荷重試験計画
(ソース: AISC学生スチールブリッジコンペティション 2019 ルール)
最初, あなたはそこにあるだけではないことに気づきます 50 ライド側のポンド横力, しかし、 75 橋の長さに沿った同じ相対位置での左側のポンド垂直荷重. 二番目, 注意 2 場所は “S” ランダムに決定されます. テスト中, 重量と横力のアンカーポイントを支えるために金属格子/デッキを使用するAISC:
ソース: 参加者のためのAISCコンペティションガイド
この例では, 適用します 50 ポンドの横荷重 “ノード21″ 私たちのモデルの. の 75 反対側のlb垂直荷重は、3全体に均一に分散された荷重として適用されます。′-0” デッキの幅.
\(側面:負荷= 50\:lb = 0.05\:キップ)
\(垂直:Load=75\:lb/3\:ft = 25\:lb / ft = 0.025\:kip/ft\)
前述のように, これらはサービス負荷です, したがって、これらの負荷は両方とも、作成したロードケースの下で発生します。 “横荷重ケース” と見なされます 活荷重. その後の荷重の組み合わせはLCになります #1 とは次のとおりです:
\(LC\:1=1.0*Self\:Weight\:of\:構造 + 1.0*側面:Load\:Case\)
再び, 学生は、橋の長さに沿った複数の場所に横方向および縦方向の荷重を加えて、支配的な解析結果を与える場所を把握する必要があります。. これらの負荷が適用されるモデルの外観は次のとおりです:
垂直荷重ケース
垂直荷重の場合, AISCが提供する負荷図を 2019 ルール (図 2):
図 3: AISC学生鋼橋競技会の垂直荷重試験計画
(ソース: AISC学生スチールブリッジコンペティション 2019 ルール)
横荷重の場合と同様, 垂直荷重が作用する場所は直接示されていません. 今回, 評価する必要がある2つの別々の荷重ケースがあります. 最初, そこには 100 lbプリロード条件. その後, 追加 1400 そして 900 ポンドは、 1500 そして 1000 それぞれポンド荷重, 図に示すように 3. 荷重はトラス間で均等に伝達されると仮定します, そして、それらはデッキの長さ全体にわたって均一な分散荷重として機能すること. また, すべての垂直荷重を次のように識別します 活荷重.
プリロードはそれ自体のロードケースになり、呼び出されます “垂直荷重ケース – プリロード”. ノードを中心とした分散負荷を適用してみましょう 21/9 およびノード 24/12. ノード 24 そして 12 橋の中央を横切ってミラーリングされています.
\(プリロード= (100\:lb / 2)/3\:ft = 16.7\:lb / ft = 0.0167\:lb / ft )
その後, 荷重の組み合わせは:
\(LC\:2=1.0*Self\:Weight\:of\:構造 + 1.0*垂直:Load\:Case-Preload\)
これがプリロードケースでのモデルの外観です:
今, 残りの負荷を追加しましょう. 左側の総負荷は現在 1500 ポンド, そして右側に今あります 1000 ポンド. これを別のロードケースとして保存します “垂直荷重ケース – 合計”.
\(合計:Load\:on\:Left\:Side\: = (1500\:lb / 2)/3\:ft = 250\:lb / ft = 0.25\:kip/ft\)
\(合計:Load\:on\:Right\:Side\: = (1000\:lb / 2)/3\:ft = 167\:lb / ft = 0.167\:kip/ft\)
したがって、最後の荷重の組み合わせは次のように識別されます。:
\(LC\:3=1.0*Self\:Weight\:of\:構造 + 1.0*垂直:Load\:合計)
垂直荷重の場合に加えられた総荷重でのモデルは次のようになります:
最近の競争の写真と垂直荷重ケースの荷重メカニズムについては、以下を参照してください:
ソース: 参加者のためのAISCコンペティションガイド
荷重ケース/組み合わせの分析
この演習の最後の部分は、橋の構造の分析を実行し、結果を解釈することです。. その前に, 荷重の組み合わせとその荷重係数を見てみましょう:
これらの負荷はサービス負荷です, したがって、次の負荷率を使用します。 1.0 それらすべてに. これらの3つの荷重の組み合わせは、横荷重ケースと縦荷重ケースの間に提示される荷重条件をカプセル化します。, AISC提供. 今, 分析を実行しましょう. 実用的な目的のために, LCの片持ち梁の端を持つ右トラスの軸方向の結果を確認します 3.
SkyCivはユーザーに隠す力を与えます, それらの構造の結果を分離して表示し、適切と思われる方法で結果を表示します. よりグローバルなアイデアについては、構造全体を見てください, または、組み合わせまたは単一のメンバーを分離して、より詳細なレベルで評価します. ここから, 学生は、チームとの反復的な設計とコラボレーションのプロセスを経る必要があります. 学生は、AISC Student Steel Bridgeコンテストだけでなく、より優れた準備の整ったエンジニアになることに集中できるようになりました。, しかし、トレーニング中のエンジニアおよびプロのエンジニアとして.
この例は、SkyCiv3Dがいかに強力でありながらシンプルであるかを示しています, 工学部の1年生から、キャリアの最盛期にある主任エンジニアまで、ユーザーを対象とした直感的なモジュールを備えています。. SkyCivは、教室内で使用するための優れたツールになることを望んでいます。, 学生がソフトウェアについて学ぶのではなく、工学について学ぶことに集中できるようにする.
参考文献:
- 「大学プログラム。」 AISC, 2019, www.aisc.org/education/university-programs/student-steel-bridge-competition/.
