(57)【要約】【課題】設計者にとってデータの入力作業などを容易にする構造解析プログラムを提供すること。【解決手段】主桁や横桁などからなる鋼橋の骨組み構造をモデル化し、そのモデルに基づいて所定のデータを入力してハードウェア上で構造解析を実行するためのものであって、骨組み構造を構成する主桁や横桁などにライン名Ｇ１〜Ｇ８Ｓ１，Ｓ２，Ｃ１〜Ｃ１０を付し、交差する位置の格点および格点間の要素部材をライン名で特定することにより、データの入力及び出力を行うようにした構造解析プログラム。【選択図】        図６
2004332476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主桁や横桁などからなる鋼橋の骨組み構造をモデル化し、そのモデルに基づいて所定のデータを入力してハードウェア上で構造解析を実行するための構造解析プログラムにおいて、
前記骨組み構造を構成する主桁や横桁などにライン名を付し、交差する位置の格点および格点間の要素部材をライン名で特定することにより、データの入力及び出力を行うようにしたものであることを特徴とする構造解析プログラム。
【請求項２】
請求項１に記載する構造解析プログラムにおいて、
ハードウェアに読み込まれることにより、ディスプレイ上にライン名の付された主桁及び横桁などからなる骨組み構造のモデルとデータ入力部とを画面表示し、その表示された画面に所定のデータを入力していくようにしたものであることを特徴とする構造解析プログラム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する構造解析プログラムにおいて、
設計すべき鋼橋の線形データを入力し、鋼橋の縦断ラインおよび横断ラインを定義して、線形データに従った骨組み構造のモデルをつくるようにしたものであることを特徴とする構造解析プログラム。
【請求項４】
請求項３に記載する構造解析プログラムにおいて、
前記縦断ライン及び横断ラインから主桁と横桁とに対応するライン名を主桁又は横桁として登録し、そのライン名に従ってデータの入力及び出力を行うようにしたものであることを特徴とする構造解析プログラム。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載する構造解析プログラムにおいて、
前記線形データはファイルにして読み込めるようにしたものであることを特徴とする構造解析プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼橋設計における骨組構造を解析するための構造解析プログラムに関し、更に詳細には設計者にとってデータの入力作業などを容易にする構造解析プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、鋼橋の設計を行う場合には、主桁及び横桁を組んだ骨組み構造上に橋梁を構成したモデルを作成し、その鋼橋上を移動する車や列車などの車両によって作用する荷重を解析する必要がある。鋼橋にかかる荷重には、それが利用される環境によって種々設定が異なり、自動車や人が通過する歩道付きの道路橋や、列車が通過する鉄道橋であったり、更には積雪の多い地方に建設される鋼橋であったりする。そうした各々の環境では、鋼橋自体の自重の他、移動荷重や分布荷重といった様々な荷重を想定して骨組み構造を設計する必要がある。
【０００３】
そこで鋼橋の設計について簡単に述べる。図１４は、鋼橋設計のフローチャートを示した図である。鋼橋設計は、大きく分けて鋼橋の骨組みを構成する主桁及び横桁の構造解析と、そこで得られた骨組み構造において実際に鋼橋に荷重が作用した場合、安全に鋼橋を構成し得る主桁の設計が行われる。こうした作業には従来から鋼橋設計ソフトが使用され、コンピュータに読み込まれた構造解析プログラムに従って設計が行われていた。
【０００４】
構造解析プログラムでは、まず鋼橋の骨組み構造についてモデルの作成が行われる（Ｓ１１）。骨組み構造のモデル化は線形データの入力によって行われ、そのモデルは、図１０乃至図１２のようにディスプレイ上に表示される平面形状の鋼橋の骨組みである。なお、ここでは単純な形状の鋼橋について説明するため、骨組み構造は鋼橋の長手方向に掛けられる主桁と、それに直交する鋼橋の幅方向に掛けられる横桁のみを考慮する。
【０００５】
モデル化には鋼橋に基づいて線形計算した線形データが入力される。そして、主桁と横桁とが交差する格点と格点間の要素（部材）番号を設定する必要がある。この従来例の場合には、格点番号１０１〜１３０８が順に付され、要素番号は、その格点番号を結ぶ１０１−２０１と表される。そして、図１０に示す入力画面には、格点番号に対応した線形計算結果からの座標（Ｘ，Ｙ）及び載荷条件の入力が格点ごとに行われる。次に、入力メニューが図１１に示す画面に切り換えられ、格点間ごとの部材に対して要素入力が行われる。
【０００６】
入力する要素は、部材の両端（ｉ端，ｊ端）の断面形状と結合条件であるが、この断面形状は、格点番号によって特定できるようになっており、対応した格点番号が入力されるようになっている。こうした入力作業によって鋼橋を構成する骨組み構造のモデルが作成される。そして、モデルの作成作業が終了すると、次に鋼橋にかかる荷重入力が行われる。入力メニューは、図１２に示す画面に切り換えられ、各種荷重が入力される。図面では集中死荷重、すなわち鋼橋自体の重さを入力する場合の入力メニューが示されている。そこで、先に設定した格点番号を参照し、その番号ごとに荷重の入力が行われる。
【０００７】
こうして、各種荷重の入力が行われることにより、コンピュータの演算処理により、モデル化した骨組み構造に従って構造解析が行われる（Ｓ１２）。そして、例えば図１３に示すような構造解析計算書が出力される（Ｓ１３）。図１３は、構造解析計算書の一部を示した図であるが、これは先に設定した格点番号に対応して部材を特定するようにして出力されている。
こうして鋼橋の構造解析が行われた後は、主桁設計に移行する。具体的には図示しないが、主桁と横桁とについて番号を付し、その番号を用いて設計条件が入力される（Ｓ１４）。そして、構造解析された主桁及び横桁に基づいて設計条件に応じた主桁計算主力が行われる（Ｓ１５）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平０９−１６６９５７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１０乃至図１２に示した従来の構造解析プログラムでは、骨組み構造をモデル化するために先ず格点番号を設定入力し、設計者は、その後の作業において格点番号に基づいてデータ入力を行っていた。従って、設計者は格点番号と実際に鋼橋を構成する主桁及び横桁との対応をとりながら作業を進める必要があり、その都度行う確認作業が煩雑でしかもわかり難いため（実際の鋼橋設計では図１０乃至図１２で示すモデルよりはるかに複雑になる）、作業効率が悪く入力ミスも起きやすかった。出力においてもその格点番号との対応をとって確認することになるため、一見してわかるというものではなく確認しずらいものであった。
【００１０】
そこで本発明は、かかる課題を解決すべく、設計者にとってデータの入力作業などを容易にする構造解析プログラムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の構造解析プログラムは、主桁や横桁などからなる鋼橋の骨組み構造をモデル化し、そのモデルに基づいて所定のデータを入力してハードウェア上で構造解析を実行するためのものであって、前記骨組み構造を構成する主桁や横桁などにライン名を付し、交差する位置の格点および格点間の要素部材をライン名で特定することにより、データの入力及び出力を行うようにしたものであることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の構造解析プログラムは、ハードウェアに読み込まれることにより、ディスプレイ上にライン名の付された主桁及び横桁などからなる骨組み構造のモデルとデータ入力部とを画面表示し、その表示された画面に所定のデータを入力していくようにしたものであることを特徴とする。
また、本発明の構造解析プログラムは、設計すべき鋼橋の線形データを入力し、鋼橋の縦断ラインおよび横断ラインを定義して、線形データに従った骨組み構造のモデルをつくるようにしたものであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の構造解析プログラムは、前記縦断ライン及び横断ラインから主桁と横桁とに対応するライン名を主桁又は横桁として登録し、そのライン名に従ってデータの入力及び出力を行うようにしたものであることを特徴とする。
また、本発明の構造解析プログラムは、前記線形データはファイルにして読み込めるようにしたものであることを特徴とする。
【００１４】
よって、本発明によれば、主桁や横桁などにライン名を付し、そのライン名から格点や部材要素を特定する。そのため、設計者が荷重入力などを行う場合や出力データを読む場合には、たとえばモデル全体からライン名に従って主桁及び横桁などの位置を特定し、更にそのモデルのラインから格点や部材要素を把握することになる。従って、設計者は広い範囲から狭い点への捜索作業がスムーズに行えるようになり、しかもライン名が馴染んだ主桁名であれば、より格点などの特定が簡単になり、設計者にとってデータの入力作業などが容易になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る構造解析プログラムについて、図面を参照しながら以下に説明する。
図１は、鋼橋を示した平面図であり、図２は長手方向を示した側面図、そして図３は幅方向の断面図である。この鋼橋１は、前記従来例で示したものと同様に長手方向の主桁にクロスして横桁が組まれている。本実施形態では、図１に示するように主桁がＧ１〜Ｇ８の８本であり、横桁が両端のＳ１，Ｓ２と中間のＣ１〜Ｃ１０の計１２本で構成されている。
【００１６】
この鋼橋１は、図３に示すように車道２と歩道３とを有する道路橋であり、主桁と横桁からなる骨組み構造上に、鉄筋コンクリート床板４が載置され、その上にアスファルト舗装５が施されている。鋼橋１上には、中央に分離帯６が形成されその左右に車道２が設けられ、更に外側にはその車道とガードレール７を隔てて歩道３が設けられている。そして、鋼橋１の両サイドには歩道の外側に落下防止柵８が設けられている。
【００１７】
こうした鋼橋１について、鉄筋コンクリート床板４やアスファルト舗装５が施された場合の自重（死荷重）、その鋼橋１上を走行する自動車の移動荷重（活荷重）の掛かり方などについて調べ、その荷重に十分耐え得るための骨組みの構造解析を行う必要がある。そして、その構造解析に基づいて主桁及び横桁の設計が行われる。こうした鋼橋１の設計に関する作業の流れは、前記従来例で示した図１４のフローチャートに従って同じように行われる。
【００１８】
ただし本実施形態では、その鋼橋１における骨組みに関する構造解析に特徴を有し、新たな構造解析プログラムを提案する。この構造解析プログラムは、コンピュータに読み込まれ、設計者の入力作業によってコンピュータが演算処理することにより実行される。そこで、以下に設計者が操作するコンピュータのディスプレイを示しながら、構造解析プログラムによる作業手順を説明していく。
【００１９】
図４乃至図７は、構造解析を実行するに際して設計者に示される、パソコンのディスプレイ上に表示される画面を表したものである。そこで先ず、設計者は設計対象となる図１乃至図３に示した完成時の鋼橋１についてその線形データを入力する。線形データは、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の座標と、角度、そして端部からの延べ長さである。
【００２０】
線形データに基づいて骨組み構造のモデルをつくるには、鋼橋の基本形状ライン、すなわち縦断ラインおよび横断ラインを定義する必要がある。そのため、先ず線形計算上のラインにライン名がつけられる。そこで、Ｘ軸方向の縦断ラインには、図３に示す骨組みを構成する主桁Ｇ１〜Ｇ８の他に、それに支持される道路部分について車線や歩道に応じて設定したラインＬ１〜Ｒ１が定義され、それぞれがライン名として設定される。また、横断ラインには、図２に示すＡ１〜Ａ２がそれぞれ定義され、ライン名として設定される。
【００２１】
ここで、図３に示す縦断ラインのうち、ラインＬ１が最上側のラインであり、ラインＣＬは鋼橋１の形状において左右の中心を示すラインであり、さらにラインＧ−ＣＬＲは鋼橋の左右方向の重心を示すラインである。一方、横断ラインにおいては、横桁Ｓ１，Ｓ２，Ｃ１〜Ｃ１０以外のラインＡ１，Ａ２はたもと位置を、ラインＧＥＡ，ＧＥ２，Ｐ１は支承位置をそれぞれ示すラインである。
【００２２】
この線形データは、入力手段によって鋼橋の線形座標値などを入力し、あるいはまた線形ファイルから入力する。図４は、基本条件入力画面、すなわちディスプレイに表示された線形データを入力するための画面である。本例のように線形データのファイルが用意されていれば、そのファイルからの読み込みが行われる。なお、基本条件にはその他に、解析タイプ、トラス構造、主桁タイプの設定が行われる。解析タイプを平面構造（２Ｄ）のモデルとするため、Ｚ座標一括修正量としてゼロを入力する。
【００２３】
次に、図５は、主桁名及び横桁名の指定を行う入力画面をディスプレイに表した画面を示した図である。ここでは、先に入力したライン名と主桁及び横桁とを対応させるための作業が行われる。先ず、主桁の場合、線形欄には、先に入力された線形データのうち、縦断ラインのライン名が表示される。そして、例えばＧ１をクリックした後、矢印「→」をクリックすることにより、入力主桁欄にはラインＧ１が主桁として登録される。これを同じようにしてラインＧ２〜Ｇ８についても行うことにより、鋼橋の骨組みを構成するラインＧ１〜Ｇ８が主桁として登録される。
【００２４】
一方、横桁の場合も同じように、線形欄には、先に入力された線形データのうち、横断ラインのライン名が表示される。そして、例えばラインＳ１をクリックした後、矢印「→」をクリックすることにより、入力横桁欄にはラインＳ１が横桁として登録される。これを同じようにラインＳ２及びラインＣ１〜Ｃ１０についても行うことにより、鋼橋の骨組みを構成するラインＳ１，Ｓ２及びラインＣ１〜Ｃ１０が横桁として登録される。
【００２５】
なお、横桁の場合、ライン名Ｃ３，Ｐ１，Ｃ８の横桁は、図３の右側半分に示すような分配横桁であり、他の横桁Ｓ１，Ｃ１…は、図３の左側半分に示すようなトラス構造の横桁である。そのため、その他のトラス構造の横桁は、主桁間を板状の部材で繋いだ剛性の高い分配横桁に比べて剛性が十分に小さいため、横桁登録時にそれぞれ「剛性無視」をクリックする。
以上の入力作業によって、図５に示すようライン名の記入された主桁及び横桁からなる鋼橋の骨組み構造についてモデルがつくられる。
【００２６】
次に、主桁及び横桁要素の断面定数及び材料の入力が行われる。この入力には図６に示した入力画面から行われる。ここで図８は、骨組み構造モデルの一部を示した図である。
そこで例えば主桁要素１１について入力が行われる場合、図６に示す入力欄（１）には、「主桁／横桁」「横桁／主桁始」「横桁／主桁終」の各欄にライン名（Ｇ１，Ｓ１，Ｃ１）が入力され、その主桁要素１１が特定される。従って、設計者は、そのライン名を参照して入力すべき主桁及び横桁要素を特定し、面積、剛度Ｉｙ、剛度Ｉｚをそれぞれ入力することになる。
【００２７】
そして、各要素の断面定数などの入力が行われた後、更に荷重の入力が行われる。荷重には、床板、舗装及びハンチなどによる面荷重、縁石や分離帯、添加物などによる線荷重、そして、節点荷重や活荷重、そして死荷重などに区別されて入力される。例えば、図８に示す格点１２に節点荷重がかかる場合、図７に示す入力欄（２３）には、横桁と主桁の各ライン名によってその格点２２が特定される。従って、設計者は、そのライン名を参照して入力すべき格点を特定し、荷重をそれぞれ入力することになる。
【００２８】
こうして各種荷重の入力が行われることにより、コンピュータの演算処理により、モデル化した骨組み構造に従って構造解析が行われる。そして、例えば図９に示すような構造解析計算書が出力される。図９は、その構造解析計算書の一部を示した図であるが、これはデータ入力時と同様にライン名に対応して出力される。例えば、要素名「Ｇ１−Ｓ１＆Ｇ１−Ｃ１」は、図８に示すように「Ｇ１−Ｓ１」と「Ｇ１−Ｃ１」とで特定される格点２１，２２を結ぶ要素１１である。
【００２９】
このように、本実施形態の構造解析プログラムによれば、設計者が馴染んだＧ１，Ｓ１，Ｃ１…といった主桁名及び横桁名をライン名にして格点や部材要素を特定できるようにしたため、荷重入力などを行う場合、あるいは出力データを読む場合、設計者が格点や部材要素の位置の把握が非常にわかりやすく、取り扱いが極めて容易になった。
【００３０】
すなわち、従来は設計者が格点番号を任意に付してその番号に従って入力や出力の位置を確認しなければならなかったため、全体からその点を把握することが難しく、そのため入力ミスなども起こりやすかった。しかし、本実施形態では点ではなく縦横のラインによってモデル全体から把握することができ、しかも設計者が馴染んだライン名であるため、そこから格点や部材要素の位置への絞り込みが容易で非常にわかりやすくなった。
【００３１】
また、主桁や横桁が追加された場合には、格点番号を追加しなければならず、設計者にとってより格点位置の把握がしずらくなるが、本実施形態では、桁名を追加するだけなので格点や部材の追加が容易になり、また番号ではなく追加した主桁や横桁のラインに基づいて格点を把握していくため、追加後の入力にも入力ミスなどが起き難くなった。
【００３２】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、主桁や横桁などからなる鋼橋の骨組み構造をモデル化し、そのモデルに基づいて所定のデータを入力してハードウェア上で構造解析を実行するためのものであって、前記骨組み構造を構成する主桁や横桁などにライン名を付し、交差する位置の格点および格点間の要素部材をライン名で特定することにより、データの入力及び出力を行うようにしたので、設計者にとってデータの入力作業などを容易にする構造解析プログラムを提供することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋼橋を示した平面図である。
【図２】鋼橋を示したの側面図である。
【図３】鋼橋を示した断面図である。
【図４】構造解析プログラムの一実施形態における線形データを入力するための画面である。
【図５】構造解析プログラムの一実施形態における主桁名及び横桁名の指定を行う入力画面である。
【図６】構造解析プログラムの一実施形態における主桁及び横桁要素の断面定数及び材料の入力画面である。
【図７】構造解析プログラムの一実施形態における荷重入力画面である。
【図８】骨組み構造モデルの一部を示した図である。
【図９】構造解析プログラムの一実施形態における出力データである。
【図１０】従来の構造解析プログラムにおいて、ディスプレイ上に表示された座標（Ｘ，Ｙ）及び載荷条件の入力画面である。
【図１１】従来の構造解析プログラムにおいて、ディスプレイ上に表示された要素入力画面である。
【図１２】従来の構造解析プログラムにおいて、ディスプレイ上に表示された荷重入力画面である。
【図１３】従来の構造解析プログラムによる構造解析計算書である。
【図１４】鋼橋設計のフローチャートを示した図である。
【符号の説明】
１    鋼橋
２    車道
３    歩道
４    鉄筋コンクリート床板
５    アスファルト舗装
Ｇ１〜Ｇ８  主桁
Ｓ１，Ｓ２，Ｃ１〜Ｃ１０  横桁
【図１】
2004332476.tif 000003
【図２】
2004332476.tif 000004
【図３】
2004332476.tif 000005
【図４】
2004332476.tif 000006
【図５】
2004332476.tif 000007
【図６】
2004332476.tif 000008
【図７】
2004332476.tif 000009
【図８】
2004332476.tif 000010
【図９】
2004332476.tif 000011
【図１０】
2004332476.tif 000012
【図１１】
2004332476.tif 000013
【図１２】
2004332476.tif 000014
【図１３】
2004332476.tif 000015
【図１４】
2004332476.tif 000016