特開 2024-160825 装置及び変形解析方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024160825

(43)【公開日】2024-11-15

(54)【発明の名称】装置及び変形解析方法

(51)【国際特許分類】

   G06F 30/23 20200101AFI20241108BHJP

【ＦＩ】

G06F30/23

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023076231

(22)【出願日】2023-05-02

(71)【出願人】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】899000068

【氏名又は名称】学校法人早稲田大学

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】100164471

【弁理士】

【氏名又は名称】岡野 大和

(74)【代理人】

【識別番号】100176728

【弁理士】

【氏名又は名称】北村 慎吾

(72)【発明者】

【氏名】松本 安弘

(72)【発明者】

【氏名】涌井 一清

(72)【発明者】

【氏名】玉松 潤一郎

(72)【発明者】

【氏名】岩波 基

【テーマコード（参考）】

5B146

【Ｆターム（参考）】

5B146AA04

5B146DJ02

5B146DJ08

(57)【要約】

【課題】簡易かつ精度の高い３次元有限要素法モデルを生成する装置を提供する。
【解決手段】複数の鋼製セグメント継手の形状、及びボルトの、複数の鋼製セグメント継手を締結しているボルト締結部の形状の入力を受けるデータ入力部１０と、境界条件の入力を受ける条件入力部２０と、データ入力部１０に入力された形状、及び境界条件から、３次元有限要素法モデルを生成するモデル生成部３０と、生成された３次元有限要素法モデルを出力するモデル出力部４０と、を備え、モデル生成部３０は、ボルト締結部の剛性を、軸方向及びせん断方向に変形するばねでモデル化し、ばねの両節点間の変位と、複数の鋼製セグメント継手に形成されているボルトを挿入可能なボルト孔の縁の変位とを同一にした上で、ボルトの初期締付力を荷重でモデル化し、複数の鋼製セグメント継手同士の間の接触を継手間接触力でモデル化する、装置が提供される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の鋼製セグメント継手の形状、及びボルトの、前記複数の鋼製セグメント継手を締結しているボルト締結部の形状の入力を受けるデータ入力部と、
前記複数の鋼製セグメント継手への作用、前記ボルトの初期締付力、及び支持条件を含む境界条件の入力を受ける条件入力部と、
前記データ入力部に入力された、前記複数の鋼製セグメント継手の形状、前記ボルト締結部の形状、及び前記条件入力部に入力された前記境界条件から、３次元有限要素法モデルを生成するモデル生成部と、
前記モデル生成部により生成された前記３次元有限要素法モデルを出力するモデル出力部と、
を備え、
前記モデル生成部は、
前記ボルト締結部の剛性を、軸方向及びせん断方向に変形するばねでモデル化し、
前記ばねの両節点間の変位と、前記複数の鋼製セグメント継手に形成されている前記ボルトを挿入可能なボルト孔の縁の変位とを同一にした上で、前記ボルトの初期締付力を荷重でモデル化し、
前記複数の鋼製セグメント継手同士の間の接触を継手間接触力でモデル化する、
装置。

【請求項2】

前記モデル生成部は、前記ボルトの初期締付力を、前記ばねの両節点への集中荷重でモデル化する、
請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記複数の鋼製セグメント継手は、ワッシャを介して、前記ボルトによって締結され、
前記モデル生成部は、前記ボルトの初期締付力を、前記複数の鋼製セグメント継手の、対応するワッシャに接触している範囲への分布荷重でモデル化する、
請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記継手間接触力は、摩擦力を含む、
請求項１～３のいずれか一項に記載の装置。

【請求項5】

複数の鋼製セグメント継手の形状、及びボルトの、前記複数の鋼製セグメント継手を締結しているボルト締結部の形状を装置に入力することと、
前記複数の鋼製セグメント継手への作用、前記ボルトの初期締付力、及び支持条件を含む境界条件を前記装置に入力することと、
前記複数の鋼製セグメント継手の形状、前記ボルト締結部の形状、及び前記境界条件から、３次元有限要素法モデルを前記装置により生成することと、
前記３次元有限要素法モデルに基づいて、前記複数の鋼製セグメント継手の変形解析を有限要素法ソルバにより行うことと、
を含み、
前記３次元有限要素法モデルを生成することが、
前記ボルト締結部の剛性を、軸方向及びせん断方向に変形するばねでモデル化することと、
前記ばねの両節点間の変位と、前記複数の鋼製セグメント継手に形成されている前記ボルトを挿入可能なボルト孔の縁の変位とを同一にした上で、前記ボルトの初期締付力を荷重でモデル化することと、
前記複数の鋼製セグメント継手同士の間の接触を継手間接触力でモデル化することと、
を含む、
鋼製セグメント継手の変形解析方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、装置及び変形解析方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年，社会インフラの劣化対策が強く求められるようになり、電気通信、鉄道、水道などのために建設されてきたシールドトンネルに対する維持管理技術の需要が高まっている。比較的古いシールドトンネルには鋼製セグメントの一次覆工の内面無筋コンクリートの二次覆工が設けられる構造形式がみられる。

【0003】

この構造形式では，通常，設計においては二次覆工の構造性能を評価しない。しかし建設後の残存耐力評価においては、二次覆工も含めた評価が有効と考えられる。なぜなら二次覆工の応力状態の評価を可能とすることで、二次覆工のひび割れから、当該ひび割れ近傍の一次覆工で、目視点検できない一次覆工の腐食により、一次覆工で降伏応力が負荷されたことを推定する等の応用が期待できるためである。

【0004】

ここで、広く用いられている、はり－ばねモデルによる計算法による解析例がある。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】藤本育雄，中島信，木村定雄，小泉淳，「はり－ばねモデル計算法による断面力算定に関する一考察」，トンネル工学研究論文・報告集第８巻，1998年11月，報告（39），p. 307-312

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

一次覆工と二次覆工との間の相互作用は、覆工間ばねによってモデル化され得る。しかしながら、覆工間の相互作用のモデル化に制約が多いため、二次覆工の応力状態の再現に課題があった。特に、はりばねモデルの覆工間ばねでは、鋼とコンクリートとの間の力の伝達の表現が難しかった。

【0007】

この問題は自由度の高いモデル化が可能な3次元有限要素法により解決できると考えられる。しかし鋼製セグメントのシールドトンネル自体の3次元有限要素法による解析例が少ない。また、Izumi S, Yokoyama T, Iwasaki A, Sakai S, Three-dimensional finite element analysis of tightening and loosening mechanism of threaded fastener, Eng. Fail. Anal. 12(4), 604 - 615, 2005.には、ねじ山までモデル化した詳細モデルが記載されている。一方で、必要な精度を確保しつつ計算時間を短縮するためモデルをどれだけ簡易化してもよいかも明らかでない。

【0008】

そこで本開示は、簡易かつ精度の高い３次元有限要素法モデルを生成する装置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】

【0009】

一実施形態に係る装置は、複数の鋼製セグメント継手の形状、及びボルトの、前記複数の鋼製セグメント継手を締結しているボルト締結部の形状の入力を受けるデータ入力部と、
前記複数の鋼製セグメント継手への作用、前記ボルトの初期締付力、及び支持条件を含む境界条件の入力を受ける条件入力部と、
前記データ入力部に入力された、前記複数の鋼製セグメント継手の形状、前記ボルト締結部の形状、及び前記条件入力部に入力された前記境界条件から、３次元有限要素法モデルを生成するモデル生成部と、
前記モデル生成部により生成された前記３次元有限要素法モデルを出力するモデル出力部と、
を備え、
前記モデル生成部は、
前記ボルト締結部の剛性を、軸方向及びせん断方向に変形するばねでモデル化し、
前記ばねの両節点間の変位と、前記複数の鋼製セグメント継手に形成されている前記ボルトを挿入可能なボルト孔の縁の変位とを同一にした上で、前記ボルトの初期締付力を荷重でモデル化し、
前記複数の鋼製セグメント継手同士の間の接触を継手間接触力でモデル化する。

【0010】

一実施形態に係る変形解析方法は、複数の鋼製セグメント継手の形状、及びボルトの、前記複数の鋼製セグメント継手を締結しているボルト締結部の形状を装置に入力することと、
前記複数の鋼製セグメント継手への作用、前記ボルトの初期締付力、及び支持条件を含む境界条件を前記装置に入力することと、
前記複数の鋼製セグメント継手の形状、前記ボルト締結部の形状、及び前記境界条件から、３次元有限要素法モデルを前記装置により生成することと、
前記３次元有限要素法モデルに基づいて、前記複数の鋼製セグメント継手の変形解析を有限要素法ソルバにより行うことと、
を含み、
前記３次元有限要素法モデルを生成することが、
前記ボルト締結部の剛性を、軸方向及びせん断方向に変形するばねでモデル化することと、
前記ばねの両節点間の変位と、前記複数の鋼製セグメント継手に形成されている前記ボルトを挿入可能なボルト孔の縁の変位とを同一にした上で、前記ボルトの初期締付力を荷重でモデル化することと、
前記複数の鋼製セグメント継手同士の間の接触を継手間接触力でモデル化することと、
を含む。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、簡易かつ精度の高い３次元有限要素法モデルを生成する装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本開示の一実施形態に係る装置の概略構成を示すブロック図である。

【図2】ボルトで締結される２つの鋼製セグメントを示す図である。

【図3】多数の鋼製セグメントで構成される一次覆工の例を示す図である。

【図4】モデル生成部が生成する３次元有限要素法モデルの例を示す図である。

【図5】３次元有限要素法モデルにおいて、ボルトの初期締付力を、ばねの両節点への集中荷重でモデル化する例を示す図である。

【図6】３次元有限要素法モデルにおいて、ボルトの初期締付力を、ボルト頭部側の鋼製セグメント継手の、対応するワッシャに接触している範囲への分布荷重でモデル化する例を示す図である。

【図7】図１の装置及び有限要素法ソルバが実行する、鋼製セグメント継手の変形解析方法を説明するためのフローチャートである。

【図8】図１の装置のモデル生成部が作成した３次元有限要素法モデルを示す図である。

【図9】ボルトで締結されているとともに正の曲げが発生している状態である、２つの鋼製セグメント継手を示す図である。

【図10】ボルト軸力増分と作用モーメントとの関係について、解析結果及び実験値を示す図である。

【図11】継手回転角と作用モーメントとの関係について、解析結果及び実験値を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本開示の実施形態について説明する。

【0014】

（装置について）
図１を参照して、本開示の実施形態に係る装置１の概要を説明する。装置１は、データ入力部１０と、条件入力部２０と、モデル生成部３０と、モデル出力部４０と、を備える。装置１は、記憶部５０を備えてもよい。モデル出力部４０は、有限要素法ソルバ１００に３次元有限要素法モデルを出力する。有限要素法ソルバ１００は変形解析を行う。

【0015】

装置１は、例えばサーバ装置等のコンピュータである。装置１は、ネットワークを介して有限要素法ソルバ１００と通信可能である。

【0016】

データ入力部１０は、複数の鋼製セグメント継手の形状と、ボルトのボルト締結部の形状の入力を受ける。ボルト締結部は、複数の鋼製セグメント継手を締結している部分である。以下、図２を参照して、これら形状の例を説明する。

【0017】

図２は、ボルト２１０で締結される２つの鋼製セグメント継手２２０ａ，２２０ｂを示す。具体的に、鋼製セグメント継手２２０ａ，２２０ｂは平板状である。鋼製セグメント継手２２０ａ，２２０ｂの厚さ方向には、ボルト孔が形成される。ボルト孔は貫通孔であってよい。ボルト孔の半径は、例えば８ｍｍであってよい。ボルト孔の内面にネジが切られていてよい。この場合に、ネジの形状は入力されなくてもよい。

【0018】

ボルト２１０はボルト孔及びナット２３０を通る。ここで、ナット２３０が締め付けられていて、ナット２３０とボルト２１０の頭部とが、鋼製セグメント継手２２０ａ，２２０ｂを締結していてよい。なお、ここではボルト２１０及びナット２３０の全体を示しているが、ボルト２１０及びナット２３０における、鋼製セグメント継手２２０ａ，２２０ｂと接触する領域の近傍のみの形状が、ボルト締結部の形状として入力されてもよい。また、ボルト２１０及びナット２３０のネジ部の形状は入力されなくてもよい。

【0019】

データ入力部１０には、より複雑な形状が入力されてもよい。例えばデータ入力部１０は、図３に示される円筒状の一次覆工３１０の３次元有限要素法モデルを生成することができる。さらに二次覆工３２０，三次覆工等が存在してもよい。二次覆工３２０は無筋コンクリートで構成されてもよい。一次覆工３２０は、鋼製セグメント継手３１１ａ，３１１ｂ，３１１ｃを含む多数の鋼製セグメント継手で構成される。鋼製セグメント継手３１１ａは、一次覆工３１０の周方向で隣接する鋼製セグメント３１１ｂと、ボルトで締結されてよい。鋼製セグメント継手３１１ａは、一次覆工３１０の軸線方向で隣接する鋼製セグメント継手３１１ｃと、ボルトで締結されてよい。これらのボルトは、鋼製セグメント継手３１１ａ，３１１ｂ，３１１ｃに埋設されてよい。鋼製セグメント継手３１１ａの長手方向両縁は、鋼製セグメント継手３１１ｃの長手方向両縁に対して、一次覆工３１０の周方向において、ずれていてもよい。

【0020】

図１に示される条件入力部２０は、複数の鋼製セグメント継手への作用、ボルトの初期締付力、及び支持条件を含む境界条件の入力を受ける。

【0021】

条件入力部２０に入力される複数の鋼製セグメント継手への作用は、土圧、水圧等の死荷重を含んでよい。当該作用は構造物に一様に加わらなくてもよい。例えば、鋼製セグメント継手の下方には、上方より大きな土圧が負荷されてよい。

【0022】

条件入力部２０に入力されるボルトの初期締付力について説明する。図２に示されるナット２３０が締められている場合に、ボルト２１０には軸線方向に引張られる軸力が働き、ボルト２１０が伸びる。ボルト２１０が伸びているときに、ボルト２１０には復元力が働く。復元力によって、鋼製セグメント継手２２０ａ，２２０ｂが締結される。初期締付力として、この復元力が入力されてよい。ボルトの初期締付力は、ボルト毎に異なっていてもよい。

【0023】

条件入力部２０に入力される支持条件は、隣接する鋼製セグメント同士の境界部の挙動を決定する条件である。具体的には、隣接する鋼製セグメント同士がボルト（ピン）で締結されている条件が指定され得る。隣接する鋼製セグメント同士の接触面が接着（固定）されている条件も指定され得る。

【0024】

モデル生成部３０は、データ入力部１０に入力された、複数の鋼製セグメント継手の形状、ボルト締結部の形状、及び条件入力部２０に入力された境界条件から、３次元有限要素法モデルを生成する。

【0025】

モデル生成部３０は、ボルト締結部の剛性を、軸方向及びせん断方向に変形するばねでモデル化する。図４に示される例では、ボルト締結部の剛性が、軸方向に変形する第１ばね４１０と、せん断方向に変形する複数の第２ばねと、でモデル化されてもよい。第１ばね４１０は、ボルトの軸が存在する位置に配置されてよい。第２ばねは、第１ばね４１０の軸方向中心を通るとともに第１ばね４１０に直交する平面に、配置されてよい。第２ばねは、異なる方向を向く２つのばねで構成されてよい。当該２つのばねは、互いに直交してよい。

【0026】

モデル生成部３０は、ばねの両節点間の変位と、複数の鋼製セグメント継手に形成されているボルトを挿入可能なボルト孔の縁の変位と、を同一にする。具体的には、図４に示されるように、ボルトの軸に配置され、軸方向に変形する第１ばね４１０の上端の軸方向位置と、ボルト孔の上縁の軸方向位置とが同一であってよい。さらに、第１ばね４１０の下端の軸方向位置と、ボルト孔の下縁の軸方向位置とが同一であってよい。またさらに、ボルト孔の縁のせん断方向変位の大きさが、第２ばねのひずみに比例してよい。

【0027】

モデル生成部３０は、ボルトの初期締付力を荷重でモデル化する。

【0028】

モデル生成部３０は、ボルトの初期締付力を、ばねの両節点への集中荷重でモデル化してよい。具体的には、図５に示されるように、初期締付力が、第１ばね５１０の２つの節点５１０ｐ（１つのみ図示されている）に載荷される集中荷重でモデル化されてよい。これにより、生成される３次元有限要素法モデルがより簡潔になり、ひいては有限要素法ソルバ１００による変形解析のコストが低減され得る。

【0029】

複数の鋼製セグメント継手が、１つ以上のワッシャを介して、ボルトによって締結されている場合がある。例えば図６に示されるように、半径１６ｍｍの第１ワッシャ６３０が、ボルト頭部と、鋼製セグメント継手６２０の外表面と、に当接している場合がある。このような場合に、モデル生成部３０は、ボルトのボルト頭部による初期締付力を、鋼製セグメント継手において第１ワッシャ６３０に接触している範囲に加わる分布荷重でモデル化してよい。具体的に、ボルト頭部による初期締付力が、ボルト頭部側の鋼製セグメント継手の外表面（例えば外表面を形成するメッシュ）において、第１ワッシャ６３０が当接する範囲に負荷される分布荷重でモデル化されてよい。これにより、ボルト孔６２０ｈ周辺の変形が、ボルトの初期締付力が集中荷重でモデル化された場合よりも小さくなり、ボルト孔６２０ｈ周辺の降伏挙動が実際の挙動により近くなり得る。

【0030】

第２ワッシャが、ナット側の鋼製セグメント継手の外表面に存在する場合に、ナットによる初期締付力が、鋼製セグメント継手において第２ワッシャに接触している範囲に加わる分布荷重でモデル化されてよい。

【0031】

モデル生成部３０は、図２に示されるように、複数の鋼製セグメント継手２２０ａ，２２０ｂ同士の間の接触を継手間接触力でモデル化してよい。継手間接触力により、鋼製セグメント継手２２０ａ，２２０ｂ同士の競り合いが表現される。継手間接触力は、複数の鋼製セグメント継手２２０ａ，２２０ｂの接触面に直交する方向を向いていてよい。また継手間接触力は、摩擦力を含んでよい。

【0032】

モデル生成部３０は、データ入力部１０に入力された複数の鋼製セグメント継手２２０ａ，２２０ｂの形状、及びボルト２１０のボルト締結部の形状によって定義された解析領域を、有限要素で隙間なく分割する。メッシュ分割パターンがあらかじめ用意されていてよい。自動要素分割のアルゴリズムに基づく方法を用いて、自動的に要素が生成されてよい。要素の大きさは、要求される解析の精度に基づいて決められてよい。

【0033】

モデル出力部４０は、モデル生成部３０により生成された３次元有限要素法モデルを、有限要素法ソルバ１００に出力する。モデル出力部４０は、有線又は無線通信によって、３次元有限要素法モデルを有限要素法ソルバ１００に出力してよい。モデル出力部４０は、記憶媒体を用いて、３次元有限要素法モデルを有限要素法ソルバ１００に出力してよい。

【0034】

記憶部５０は、データ入力部１０に入力された複数の鋼製セグメント継手２２０ａ，２２０ｂの形状、及びボルト２１０のボルト締結部の形状と、条件入力部２０に入力された境界条件と、モデル生成部３０が生成した３次元有限要素法モデルと、を記憶する。装置１は、これらの情報を、ネットワークを介して、クラウドのストレージに記憶することもできる。この構成では、記憶部５０を省くこともできる。

【0035】

有限要素法ソルバ１００は、３次元有限要素法モデルに基づいて、複数の鋼製セグメント継手２２０ａ，２２０ｂの変形解析を行う。変形解析の結果、ボルト２１０の軸力及び伸び量、鋼製セグメント継手２２０ａ，２２０ｂの回転角等が算出される。

【0036】

本実施形態によれば、モデル生成部３０が、ボルト締結部の剛性を、軸方向及びせん断方向に変形するばね（第１ばね及び第２ばね）でモデル化する。モデル生成部３０は、第１ばね４１０の両節点間の変位と、複数の鋼製セグメント継手２２０ａ，２２０ｂに形成されているボルト２１０を挿入可能なボルト孔の縁の変位とを同一にした上で、ボルト２１０の初期締付力を荷重でモデル化する。モデル生成部３０は、複数の鋼製セグメント継手２２０ａ，２２０ｂ同士の間の接触を継手間接触力でモデル化する。これらの構成によって、装置１は、簡易かつ精度の高い３次元有限要素法モデルを生成することができる。

【0037】

（鋼製セグメント継手の変形解析方法について）
次に、本実施形態において、装置１及び有限要素法ソルバ１００により実行される鋼製セグメント継手の変形解析方法を、図７のフローチャートを参照して説明する。

【0038】

ステップＳ１００において、複数の鋼製セグメント継手の形状、及びボルトの、複数の鋼製セグメント継手を締結しているボルト締結部の形状が装置１に入力される。より具体的には、装置１のデータ入力部１０（図１参照）に、図２に示される、２つの鋼製セグメント継手２２０a，２２０ｂの形状が入力される。また、データ入力部１０に、２つの鋼製セグメント継手２２０a，２２０ｂを締結するボルト２１０における、鋼製セグメント継手２２０a，２２０ｂと接触する領域の近傍の形状が入力される。

【0039】

ステップＳ１０１において、複数の鋼製セグメント継手への作用、ボルトの初期締付力、及び支持条件を含む境界条件が装置１に入力される。より具体的には、装置１の条件入力部２０に、複数の鋼製セグメント継手への作用として、土圧、水圧等が入力される。条件入力部２０に、ボルトの初期締付力として、鋼製セグメント継手２２０ａ，２２０ｂに締結されたボルトの復元力が入力される。条件入力部２０に、境界条件の支持条件として、隣接する鋼製セグメント継手２２０ａ，２２０ｂ同士がボルトで締結されている状態が入力される。

【0040】

ステップＳ１０２において、複数の鋼製セグメント継手の形状、前記ボルト締結部の形状、及び前記境界条件から、３次元有限要素法モデルが装置１により生成される。ここで装置１は、ボルト締結部の剛性を、軸方向に変形する第１ばね４１０（図４参照）及びせん断方向に変形する第２ばねでモデル化する。装置１は、第１ばね４１０の両節点間の変位と、複数の鋼製セグメント継手２２０ａ，２２０ｂ（図２参照）に形成されているボルト２１０を挿入可能なボルト孔の縁の変位とを同一にした上で、ボルト２１０の初期締付力を荷重でモデル化する。装置１は、複数の鋼製セグメント継手２２０ａ，２２０ｂ同士の間の接触を継手間接触力でモデル化する。

【0041】

ステップＳ１０３において、有限要素法ソルバ１００は、３次元有限要素法モデルに基づいて、複数の鋼製セグメント継手２２０ａ，２２０ｂの変形解析を行う。変形解析の結果、ボルト軸力、ボルト孔周辺に作用するモーメント、鋼製セグメント継手に回転角等が算出される。ステップＳ１０３の後、方法が終了する。

【実施例0042】

本開示の実施形態に係る装置１によって、鋼製セグメント継手曲げ試験を、モデル化し変形解析したので、以下に説明する。当該試験は、村上博智, 小泉淳, シールド工事用セグメントのセグメント継手の挙動について, 土木学会論文報告集, vol. 1980, no. 296, pp. 73-86, 1980. に従う。以下、当該試験を説明する。

【0043】

当該試験では、図８に示されるように、２つの鋼製セグメント継手８２０ａ，８２０ｂが存在する。一方の鋼製セグメント継手８２０ａは、水平方向に延在する角柱状の第１部分８２０ａ１と、第１部分８２０ａ１から上方に延在する第２部分８２０ａ２と、で構成される。第１部分８２０ａ１において、上面８２０ａｕ及び底面は、側面８２０ａｓよりも広い。他方の鋼製セグメント継手８２０ｂの形状は、鋼製セグメント継手８２０ｂの形状と同様である。

【0044】

後述される力（偏心荷重）Ｐが加えられる前には、鋼製セグメント継手８２０ａの第２部分８２０ａ２における、第１部分８２０ａ１とは反対側の端面８２０ａｔ（図９参照）が、鋼製セグメント継手８２０ｂの第２部分８２０ｂ２における、第１部分８２０ｂ１とは反対側の端面８２０ｂｔと当接している。これら端面８２０ａｔ，８２０ｂｔの間は、ボルト９１０によって締結されている。以下、鋼製セグメント継手８２０ａの第１部分８２０ａ１及び鋼製セグメント継手８２０ｂの第１部分８２０ｂ１の側面視で、これら端面８２０ａｔ，８２０ｂｔがなす角度を、継手回転角度θという。

【0045】

鋼製セグメント継手８２０ａの第１部分８２０ａ１の底面は、第２部分８２０ａ２近傍において、床に固定される。鋼製セグメント継手８２０ｂの第１部分８２０ｂ１の底面は、第２部分８２０ｂ２近傍において、床に固定される。

【0046】

鋼製セグメント継手８２０ａの第１部分８２０ａ１の上端部と、鋼製セグメント継手８２０ｂの第１部分８２０ｂ１の上端部とに、鋼製セグメント継手８２０ａ，８２０ｂの長手方向外側から、油圧ジャッキによって、力（偏心荷重）Ｐが加えられる。この状態では、鋼製セグメント継手８２０ａ，８２０ｂに、下方に凸になる曲げ（正の曲げ）が発生している。この状態で、継手回転角度θと、ボルト９１０の軸力と、継手回転角度θを発生させる作用モーメントと、を計測した。

【0047】

以下、本開示の実施形態に係る装置１が作成した３次元有限要素法モデルについて説明する。装置１のモデル生成部３０は、２つの鋼製セグメント継手８２０ａ，８２０ｂそれぞれを、長手方向において、７つのメッシュに分割した。実施例モデル１では、モデル生成部３０が、ボルト９１０の初期締付力を、ばねの両節点への集中荷重でモデル化した。実施例モデル２では、モデル生成部３０が、ボルト９１０の初期締付力を、ボルト孔を中心としてワッシャの直径に等しい円のうちボルト孔を除いた面積に分布する分布荷重でモデル化した。

【0048】

作成した３次元有限要素法モデルに基づいて、複数の鋼製セグメント継手の変形解析を有限要素法ソルバにより行い、継手回転角度θと、ボルト９１０の軸力と、継手回転角度θを発生させる作用モーメントと、を取得した。有限要素法ソルバは、ダッソー・システムズ社のＡｂａｑｕｓを用いた。

【0049】

図１０に、ボルト９１０の軸力増分と、作用モーメントとの関係を示す。また、図１１に、継手回転角度θと、作用モーメントとの関係を示す。

【0050】

図１０及び図１１から、本開示の実施形態に係る装置１が作成した実施例モデル１及び実施例モデル２は、実験値を精度良く再現できていることがわかった。

【0051】

図１０から、実施例モデル２では、実施例モデル１よりもボルト９１０の軸力が増加し始める作用モーメントが小さくなっていることがわかり、ボルト孔周辺の降伏を実験結果の降伏開始に近づけることができた。

【0052】

図１１から、ボルト孔周辺の降伏開始後の継手回転角の増加は、実施例モデル１及び２で実験値よりも大きくなっていることがわかるが(最大約３割)、簡易３次元有限要素法モデルとして実用上問題ないと考えられる。

【符号の説明】

【0053】

１ 装置
１０ データ入力部
２０ 条件入力部
３０ モデル生成部
４０ モデル出力部
５０ 記憶部
１００ 有限要素法ソルバ
２１０ ボルト
２２０ａ，２２０ｂ 鋼製セグメント継手
２３０ ナット
３１０ 一次覆工
３１１ａ，３１１ｂ，３１１ｃ 鋼製セグメント
３２０ 二次覆工
４１０，５１０，６１０ 第１ばね
６２０ 鋼製セグメント継手
６２０ｈ ボルト孔
６３０ 第１ワッシャ
８２０ａ，８２０ｂ 鋼製セグメント継手
８２０ａ１，８２０ｂ１ 第１部分
８２０ａ２，８２０ｂ２ 第２部分
８２０ａｕ 上面
８２０ａｓ 側面
８２０ａｔ，８２０ｂｔ 端面
９１０ ボルト

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】