(57)【要約】【課題】シェル要素を用いるのに比べて解析時間が短くて済むファイバー要素を用いて、構造物を構成する構造部材に生じる局部座屈を簡易に解析できる解析方法を提供する。【解決手段】解析対象物を構成する構造部材について、はり要素によるモデル化を行い、前記はり要素には、前記構造部材の断面を仮想的に分割したファイバー要素を用いて構造解析を行う方法であって、仮想分割されたファイバー要素のそれぞれに対して、局部座屈による耐力劣化挙動を模擬する応力−ひずみ関係を与える構造解析方法。応力−ひずみ関係は、対象とする前記構造部材の断面諸元を有するシェル要素について、予め行われた弾塑性解析結果に基づいて算定されることが好ましい。【選択図】図１
2016095599.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
解析対象物を構成する構造部材について、はり要素によるモデル化を行い、前記はり要素には、前記構造部材の断面を仮想的に分割したファイバー要素を用いて構造解析を行う方法であって、
仮想分割されたファイバー要素のそれぞれに対して、局部座屈による耐力劣化挙動を模擬する応力−ひずみ関係を与える、
ことを特徴とする構造解析方法。
【請求項２】
前記応力−ひずみ関係は、対象とする前記構造部材の断面諸元を有するシェル要素又はソリッド要素について、予め行われた弾塑性解析結果又は座屈試験結果に基づいて算定される、
請求項１に記載の構造解析方法。
【請求項３】
予め算定される前記応力−ひずみ関係は、対象とする前記構造部材の断面諸元及び対象とする構造部材に作用する軸力比をパラメータとして、少なくともその勾配、折れ曲がり点を含む特性値を含む関数により特定される、
請求項２に記載の構造解析方法。
【請求項４】
対象とする前記構造部材がＨ型断面部材である場合に、前記応力−ひずみ関係を、フランジとウェブのそれぞれに対して個別に設定される、
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の構造解析方法。
【請求項５】
対象とする前記構造部材がＨ型断面部材である場合に、フランジとウェブのそれぞれについて、区分された領域に対応して、前記応力−ひずみ関係が個別に設定される、
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の構造解析方法。
【請求項６】
対象とする前記構造部材が丸鋼管断面部材である場合に、圧縮及び引張を受ける領域と中立軸に近い領域とを区別して、それぞれ個別に応力−ひずみ関係が設定される、
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の構造解析方法。
【請求項７】
前記ファイバー要素でモデル化する前記構造部材を軸方向に分割する長さを、Ｈ型断面部材では０．５Ｂ〜１．５Ｂ（Ｂ：フランジ幅）、丸鋼管断面部材では０．５Ｄ〜１．５Ｄ（Ｄ：外径）とする、
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の構造解析方法。
【請求項８】
前記ファイバー要素でモデル化する前記構造部材の軸方向の一端又は両端の部材端部における軸方向の長さを、Ｈ型断面部材では０．５Ｂ〜１．５Ｂ（Ｂ：フランジ幅）、丸鋼管断面部材では０．５Ｄ〜１．５Ｄ（Ｄ：外径）とし、部材端部に挟まれる中間部材には弾性特性を与える、
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の構造解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造部材に局部座屈が生じ得る構造物の解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の解析技術では、Ｈ型断面部材、丸鋼管断面部材等の構造部材の局部座屈による耐力劣化挙動を表現するには、構造部材をシェル又はソリッドと呼ばれる要素に分割したモデル化が必要である。ところが、このシェル要素又はソリッド要素（以下、両者をシェル要素等と総称する）を用いた解析モデルで解析するには、コンピュータを用いたとしても解析時間が非常に膨大となるのに加えて、このシェル要素等を用いた大規模な構造物、例えば柱、梁、斜材等の部材数が３０００部材を超えるような構造物では、多大なステップ数の計算を要する地震応答解析などを実施することは現実的に不可能である。
【０００３】
近年、はり要素を用いて、解析上、内部的に部材の断面形状を考慮し、断面内で発生する部材軸方向の弾塑性応力−ひずみ関係を断面の箇所毎にそれぞれ考慮して、部材全体の弾塑性挙動を表現するためのファイバー要素というものが使用されている。鉄筋コンクリート構造物に適用された例が特許文献１に開示されており、この特許文献１は、ファイバー要素と同等の特性を弾塑性トラス要素と非線形ばね要素を結合したモデル化によって得ることを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４２７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、ファイバー要素によるモデルを用いた構造解析では、特許文献１にも記載されているように、梁要素について局部座屈を考慮することができない。したがって、これまでは局部座屈を生じ得る部材を含む大規模な構造物について、局部座屈による耐力劣化挙動を表現することができないという課題がある。
そこで本発明は、シェル要素等を用いるのに比べて解析時間が短くて済むファイバー要素を用いて、構造物を構成する構造部材に生じる局部座屈を簡易に解析できる解析方法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】
【０００６】
かかる目的のもとなされた本発明の構造解析方法は、従来のモデル化、構造解析において非常に時間がかかるシェル要素等を用いるのではなく、単純なはり要素によるモデル化を行い、そのはり要素には、構造部材の断面を仮想的に分割して、あたかもＨ型断面、丸鋼管断面などの形状を有するようなファイバー要素を用い、その仮想分割要素のそれぞれに対して、シェル要素等によって表現可能な局部座屈による耐力劣化挙動を模擬する応力−ひずみ関係を与えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明の構造解析方法において、応力−ひずみ関係は、対象とする構造部材の断面諸元を有するシェル要素又はソリッド要素について、予め行われた弾塑性解析結果、又は座屈試験結果に基づいて算定されることが好ましい。
これによって、種々の構造部材の断面諸元に対して、ファイバー要素の特性をデータとして保持しておくことが可能となり、解析対象物について逐次行う必要のある解析モデル構築までに要する処理時間を短縮できる。
【０００８】
また、本発明の構造解析方法において、予め算定される応力−ひずみ関係は、対象とする構造部材の断面諸元及び対象とする構造部材に作用する軸力比をパラメータとして、少なくともその勾配、折れ曲がり点を含む関数により特定することができる。
これによって、解析モデル構築までに要する時間をより短縮することができる。
【０００９】
また、本発明の構造解析方法において、Ｈ型断面部材を解析対象とする場合に、応力−ひずみ関係を、フランジとウェブのそれぞれに対して個別に設定することができる。
Ｈ型断面部材は、曲げを受けたときに、フランジとウェブに生ずる応力の挙動が異なる。そこで、この挙動の相違を考慮して、フランジとウェブに与える応力−ひずみ関係をそれぞれ個別に設定することによって、解析精度を向上させることが可能となる。
【００１０】
さらに、本発明の構造解析方法において、Ｈ型断面部材を解析対象とする場合に、フランジとウェブのそれぞれについて、区分された領域に対応して、応力−ひずみ関係を個別に設定することができる。
フランジとウェブに生じる応力の挙動の相違をより的確に反映することができるので、さらに解析精度を向上させることが可能となる。
【００１１】
さらに、本発明の構造解析方法において、丸鋼管断面部材を対象とする場合に、圧縮及び引張を受ける領域と中立軸に近い領域とを区別して、それぞれ個別に応力−ひずみ関係を設定することができる。
丸鋼管断面部材を対象とし、地震入力の方向性が限定される場合には、応力−ひずみ関係を上記のように個別に設定することにより、解析精度が向上するとともに、モデル化に要する時間も短縮可能となる。
なお、丸鋼管断面を有する構造部材において、複数方向からの地震入力が想定される解析においては、どの方向においても丸鋼管断面に生ずる応力挙動は均等として評価される。したがって、この場合には、与える応力−ひずみ関係を断面の領域に関わらずに共通に設定することにより、解析モデル構築に要する時間を非常に短くできる。
【００１２】
本発明の構造解析方法において、ファイバー要素でモデル化する構造部材を軸方向に分割する長さを、Ｈ型断面部材では０．５Ｂ〜１．５Ｂ（Ｂ：フランジ幅）、丸鋼管断面部材では０．５Ｄ〜１．５Ｄ（Ｄ：外径）とすることが好ましい。
Ｈ型断面部材は、軸方向の端部（部材端部）から０．９Ｂ〜１．１Ｂの範囲で局部座屈が発生することが、また、丸鋼管断面部材は、部材端部から０．８Ｄ〜１．０Ｄの範囲で局部座極が発生することがわかっている。そこで、これらの範囲を網羅する範囲として、Ｈ型断面部材では０．５Ｂ〜１．５Ｂ、丸鋼管断面部材では０．５Ｄ〜１．５Ｄに設定する。
ファイバー要素で局部座屈を考慮する場合には、ある程度の決まった領域、実態としては局部座屈する領域において、弾塑性特性を設定する必要があり、上記範囲で軸方向の分割を設定すれば、解析精度を保ちつつ、解析モデル化においても解析時間を合理的に設定することが可能となる。
【００１３】
本発明の構造解析方法において、ファイバー要素でモデル化する部材の軸方向の一端又は両端にける軸方向の分割長さを、Ｈ型断面部材では０．５Ｂ〜１．５Ｂ（Ｂ：フランジ幅）、丸鋼管断面部材では０．５Ｄ〜１．５Ｄ（Ｄ：外径）とし、端部材に挟まれる中間部材には弾性特性を与えることができる。
上記のように、部材端部で塑性化が開始したとしても、それ以外の中間部材は変形が弾性範囲にとどまる可能性が高いことから、部材端部の１、２要素以外は弾性特性としてモデル化することによって、解析時間の短縮を図ることが可能となる。一方で、部材端部のみを弾塑性特性として設定することにより、解析上の収束判定の範囲も少なくなることから、解析時間の短縮を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、従来のようなシェル要素等を用いないため、解析時間も非常に短く、かつ、耐力劣化挙動を模擬可能であるから、シェル要素等を用いた場合と同様の精度で局部座屈の解析が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態におけるファイバー要素の概念図である。
【図２】（ａ）は本実施形態における構造解析システムの概略構成を示し、（ｂ）は（ａ）の構造解析システムで得られた解析結果を示すグラフである。
【図３】シェル要素による弾塑性解析結果からファイバー要素に用いる応力−ひずみ関係を導き出す手順を示す図である。
【図４】ファイバー要素に与える応力−ひずみ関係の一例を示す図である。
【図５】ファイバー要素に与える応力−ひずみ関係であって、フランジとウェブのそれぞれに個別に設定する例を示す図である。
【図６】Ｈ型断面部材のフランジとウェブのそれぞれに異なる応力−ひずみ関係を与える設定例を示す図である。
【図７】丸鋼管断面部材に与える応力−ひずみ関係の一例を示す図である。
【図８】丸鋼管断面部材の部位に応じて異なる応力−ひずみ関係を与える設定例を示す図である。
【図９】ファイバー要素でモデル化する部材の軸方向の好ましい長さを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明の構造解析方法を実施形態に基づいて説明する。
本実施形態に係る構造解析システム１００（図２（ａ）参照）は、Ｈ型断面部材、丸鋼管断面部材などの構造部材の局部座屈による耐力劣化挙動を、汎用非線形有限要素解析コードを用いて解析するシステムである。構造解析システム１００は、構造部材のモデル化をファイバー要素によって行うものである。汎用非線形有限要素解析コードとしては、例えば、Abaqus（米国 登録商標）を用いることができる。
【００１７】
［ファイバー要素によるモデル化］
はじめに、構造解析システム１００において適用されるファイバー要素によるモデル化について、図１を参照して説明する。
図１（ａ）に示すＨ型断面部材１０を例にすると、図１（ｂ）に示すように、軸方向Ｚに沿う複数のファイバー要素１１がＨ型断面を構成する集合したモデルＭが構築される。モデルＭは、図１（ｃ）に示すように、ウェブＷ及びフランジＦの断面を仮想的に微小断面に格子分割し、かつ、図１（ｄ）に示すように、軸方向Ｚに複数に分割し、各々の微小断面ごとに、つまり各々のファイバー要素１１ごとに一軸の応力−ひずみ関係を与えて構造解析を行う。
【００１８】
本実施形態は、各々のファイバー要素１１に与える応力−ひずみ関係αを、図１（ｄ）に示すように、引張りの軸力に対応する応力−ひずみ関係βと圧縮の軸力に対応する応力−ひずみ関係γの組合せからなる。応力−ひずみ関係βと応力−ひずみ関係γからなる応力−ひずみ関係αは、シェル要素によって表現可能な局部座屈による耐力劣化挙動を模擬するものである。より具体的に言うと、ファイバー要素１１を用いたモデルＭの構造解析では、局部座屈を直接的に表現することはできないが、耐力が劣化する挙動を含む応力−ひずみ関係γを与えることにより、この耐力の劣化が生じると局部座屈が生じたものとみなす。
【００１９】
本実施形態は、長時間を要するシェル要素等を用いないために、解析時間が非常に短くてすむ。例えば、大規模な構造物を対象とするモデルの構造解析であれば、シェル要素を用いた解析の1/100以下の解析時間とすることが可能である。
また、本実施形態は、耐力劣化挙動を模擬できるので、シェル要素等を用いた場合と同様の精度での局部座屈の解析が可能となる。図２（ａ）に示す構成を備える構造解析システム１００を用いて、実際に構造解析を行った結果（ファイバー要素（本実施形態））を図２（ｂ）に示す。図２（ｂ）には、シェル要素を用いた解析結果（従来）を合わせて示しているが、本実施形態による解析結果がシェル要素を用いた解析結果と極めて近似していることが確認された。なお、図２（ａ）に示す構造解析システム１００の構成については、後述する。
【００２０】
［応力−ひずみ関係γの算定手法］
次に、モデルＭに与えられる応力−ひずみ関係γの好ましい算定手法について説明する。
応力−ひずみ関係γは、対象とする構造部材と同じ断面形態を有するシェル要素について予め行われる弾塑性解析結果に基づき算定しておくことが好ましい。ここでいう断面形態とは、Ｈ型断面、丸鋼管断面などのことである。
【００２１】
例えば、図３（ａ）に示すように、Ｈ型断面部材１０について、シェル要素を用いたモデルＭでの弾塑性解析を実施する。なお、図３（ａ）は、Ｈ型断面部材１０の下端近傍に局部座屈ＬＢが生じている。
この解析結果から得られる応力−ひずみ関係の一例を図３（ｂ）に示す。本例は、Ｈ型断面部材１０について、パラメータが異なる３つの条件Ａ〜条件Ｃについて応力−ひずみ関係γを求めている。ただし、３つの条件はあくまで一例である。なお、Ｈ型断面部材１０の場合のパラメータとしては、局部座屈に与える影響の大きい、フランジＦの幅厚比Ｒｆ及びウェブＷの幅厚比Ｒｗを採用することができる。
次に、図３（ｂ）のシェル要素による解析結果から得られる応力−ひずみ関係から、図３（ｃ）に示すように、ファイバー要素に用いる応力−ひずみ関係γを算定する。
【００２２】
ファイバー要素に用いる応力−ひずみ関係γは、種々の断面緒元（パラメータ）について算定する。例えば、Ｈ型断面部材１０について、異なるｎ個の条件で応力−ひずみ関係γを算定し、また、丸鋼管断面部材についても、異なるｎ個の条件で応力−ひずみ関係γを算定する。丸鋼管断面部材の場合のパラメータとしては、径厚比Ｒを採用する。
算定されたファイバー要素に用いる応力−ひずみ関係γに関するデータは、構造解析システム１００の記憶装置１０５に記憶されており、構造解析システム１００を用いて構造解析を実行する際に、演算装置１０３に読み出される。
【００２３】
以上のように、構造解析システム１００は、予め算定されたファイバー要素に用いる応力−ひずみ関係γに関する複数のデータを保持しておくので、種々の断面諸元の構造部材を対象に解析するとしても、逐次、解析などを実施する必要がない。したがって、本実施形態によると、構造物の全体について解析モデルを構築するのに要する時間を短縮できる。
【００２４】
［応力−ひずみ関係γを特定するデータ］
次に、記憶装置１０５に記憶される応力−ひずみ関係γに関するデータの一例を説明する。
このデータは、構造部材を特定するパラメータに関する関数として与えられる。例えば、図４に示すように、圧縮側における応力−ひずみ関係γが３つの勾配から構成される場合には、二次勾配Ｅ２、三次勾配Ｅ３及び折れ曲り点εＰが、以下の関数で表される。なお、図４には、応力−ひずみ関係γの一次勾配Ｅが、引張り側の一次勾配Ｅを踏襲した図を示しているが、圧縮側と引張側とで相違させてもよいことは言うまでもない。
【００２５】
（Ｈ型断面部材の例）
二次勾配 Ｅ２＝ｆｕｎｃ（Ｎ／Ｎｙ，Ｒｆ，Ｒｗ）
三次勾配 Ｅ３＝ｆｕｎｃ(Ｎ／Ｎｙ，Ｒｆ，Ｒｗ)
折曲り点 εＰ＝ｆｕｎｃ（Ｎ／Ｎｙ，Ｒｆ，Ｒｗ）
Ｒｆ：フランジの幅厚比  Ｒｗ：ウェブの幅厚比
Ｎ：作用軸力            Ｎｙ：降伏軸力
（丸鋼管断面部材の例）
二次勾配 Ｅ２＝ｆｕｎｃ（Ｎ／Ｎｙ，Ｒｔ）
三次勾配 Ｅ３＝ｆｕｎｃ(Ｎ／Ｎｙ，Ｒｔ)
折曲り点 εＰ＝ｆｕｎｃ（Ｎ／Ｎｙ，Ｒｔ）
Ｒt：鋼管径厚比
Ｎ：作用軸力            Ｎｙ：降伏軸力
【００２６】
以上のように、応力−ひずみ関係γに関するデータ関数として与えることで、解析モデル構築に要する時間をより短縮することができる。
なお、ここの例では応力−ひずみ関係γが３つの勾配から構成される特性を示しているが、これに関しては、モデル化によって４、５つの勾配から構成される特性、曲線などで構成される特性などとしても問題ないことは言うまでもなく、さらに、座屈による劣化特性を表現する記載以外のパラメータを関数に入れても問題ないことは言うまでもない。
【００２７】
ところで、Ｈ型断面部材１０は、曲げを受けると、フランジＦとウェブＷに生ずる応力の挙動が異なる。例えば、図５に示すように、強軸曲げ（矢印ｙ）を受ける場合には、一方のフランジＦは全面が圧縮、他方のフランジＦは全面が引張りとなり、ウェブＷは断面内で中立軸を境にして圧縮と引張が分布して生ずる。また、弱軸曲げ（矢印ｘ）を受ける場合には、両方のフランジＦの断面内に圧縮と引張が分布し、ウェブＷには曲げが発生しないものとみなせる。これらの挙動の相違を考慮し、図５に示すように、フランジＦとウェブＷのそれぞれに与えられる応力−ひずみ関係αを、個別に設定するのが好ましい。それぞれに適合した応力−ひずみ関係αｆ，αｗを用いることにより、解析精度を向上させることが可能となる。
【００２８】
以上のように、Ｈ型断面部材１０を有する構造系での解析において、すべての断面での特性を同一にするのではなく、圧縮、引張を受ける状態を考慮した上で、フランジＦとウェブＷに与える応力−ひずみ関係α（β＋γ）を個別に設定することにより、より解析精度を向上させることが可能となる。
【００２９】
以下では、さらに解析精度を向上させることができる手法を説明する。
本実施形態は、フランジＦとウェブＷに与える応力−ひずみ関係α（β＋γ）を個別に設定するのに加えて、フランジＦとウェブＷのそれぞれの領域によっても、それぞれ応力−ひずみ関係α（β＋γ）を個別に設定することができる。この個別の設定も、Ｈ型断面が曲げを受ける場合に、フランジＦとウェブＷの挙動が異なることに基づいている。
【００３０】
一例として、図６（ａ）に示す例では、Ｈ型断面部材１０のフランジＦのセルを幅方向の両端部と中央部の二つの領域Ｆ１及び領域Ｆ２に区分する。また、ウェブＷについても同様であり、幅方向の両端部と中央部の二つの領域Ｗ１及び領域Ｗ２に区分する。そして、これらの領域Ｆ１，領域Ｆ２，領域Ｗ１及び領域Ｗ２について、以下のように個別に最適化された応力−ひずみ関係を設定する。
領域Ｆ１：応力−ひずみ関係αＦ１
領域Ｆ２：応力−ひずみ関係αＦ２
領域Ｗ１：応力−ひずみ関係αＷ１
領域Ｗ２：応力−ひずみ関係αＷ２
【００３１】
解析構造の観点からすると、最も好ましくは、図６（ｂ）に示すように、フランジＦとウェブＷの全てのセルに対応する応力−ひずみ関係αを個別に設定する。つまり、フランジＦの全てのセルをＦｉ（ｉ＝１，２，３…ｎ）と表し、ウェブＷの全てのセルをＷｉ（ｉ＝１，２，３…ｎ）と表すと、セルＦｉ（ｉ＝１，２，３…ｎ）ごとに、セルＷｉ（ｉ＝１，２，３…ｎ）ごとに、異なった個別の応力−ひずみ関係γｉを設定する。そうすることにより、さらに解析精度を向上させることが可能となる。
【００３２】
以上では、Ｈ型断面部材１０について説明したが、丸鋼管断面部材２０についても、セルに与える応力−ひずみ関係を部位に応じて設定することができる。
例えば、図７に示すように、丸鋼管断面部材２０が曲げを受ける場合で、かつ、地震入力方向が限定される場合においては、圧縮及び引張を受ける領域ＦＡのセルと、中立軸付近に位置する領域ＦＢのセルとは、応力の挙動が区別されることになる。この場合、応力−ひずみ関係を、領域ＦＡと領域ＦＢに分けて個別に設定しておくことにより、解析精度が向上するとともに、モデル化に要する時間も短縮可能となる。
【００３３】
もっとも、地震入力の方向が限定されない場合においては、図８に示すように、丸鋼管断面部材２０のいずれの領域においても、特性は同一とみなせる。この場合には、各セルに対応して与える応力−ひずみ関係を同一のものとする必要がある。ただし、すべての方向に対して同様の特性とする必要があるため、平均的な応力−ひずみ関係を設定することが重要なポイントとなる。
丸鋼管断面部材２０を有する構造系において、複数方向からの地震入力に対する解析においては、どの方向においても丸鋼管断面の特性は同一として評価されるため、それに対応可能な応力−ひずみ関係として設定することにより、解析モデル化は１つの特性を設定するのみで足りるので、モデル化を非常に短時間で終えることができる。
【００３４】
［軸方向の分割長さ］
前述したように、ファイバー要素でモデル化する部材は、軸方向に分割される。
本実施形態において、この軸方向の分割長さを、図９に示すように、Ｈ型断面部材１０（図９（ａ））では０．５Ｂ〜１．５Ｂ（Ｂ：フランジ幅）、丸鋼管断面部材２０（図９（ｂ））では０．５Ｄ〜１．５Ｄ（Ｄ：外径）とすることを推奨する。
これは、Ｈ型断面部材１０は、局部座極が軸方向の端部（部材端部）から０．９Ｂ〜１．１Ｂの範囲で局部座屈が発生することが、また、丸鋼管断面部材２０は、局部座極が部材端部から０．８Ｄ〜１．０Ｄの範囲で発生することが、解析的検討によりわかっている。そこで、これらの範囲を十分に網羅する範囲として、Ｈ型断面部材１０では０．５Ｂ〜１．５Ｂ、丸鋼管断面部材２０では０．５Ｄ〜１．５Ｄに設定する。
ただし、これよりも小さい範囲、つまりＨ型断面部材１０では０．５Ｂ未満、丸鋼管断面部材２０では０．５Ｄ未満で軸方向の分割をしても差し支えない。これとは逆に、Ｈ型断面部材１０では１．５Ｂを超え、また、丸鋼管断面部材２０では１．５Ｄを超える範囲で軸方向の分割をすると、座屈領域を超えた範囲での判定となることから解析精度が悪くなってしまう可能性がある。
【００３５】
ファイバー要素で局部座屈の特性を考慮する場合には、ある程度の決まった範囲、つまり実態として局部座屈する範囲で、弾塑性特性を設定する必要があるが、上記の範囲の設定であれば、解析精度を保ちつつ、解析モデル化においても解析時間を合理的に設定することが可能となる。
【００３６】
以上で説明したように、局部座屈が発生するのは、Ｈ型断面部材１０，丸鋼管断面部材２０ともに、部材端部１２，２２に限定される。この部材端部１２，２２で塑性化が開始したとしても、部材端部１２，２２に挟まれる中間領域は変形が弾性範囲にとどまる可能性が高い。したがって、一方又は双方の部材端部１２，２２には、弾塑性特性として応力−ひずみ関係を与え、それ以外の中間部材２３には弾性特性を与えることができる。
【００３７】
ファイバー要素で局部座屈特性を考慮する場合には、ある程度の決まった範囲（実態として局部座屈する範囲）で、弾塑性特性を設定する必要があり、上記の範囲の設定であれば、解析精度を保ちつつ、解析モデル化においても解析時間を合理的に設定することが可能となる。
しかも、端部のみを弾塑性特性として設定することにより、解析上の収束判定の範囲も少なくなることから、解析時間の短縮を図ることが可能となる。
【００３８】
［構造解析システム１００］
以上説明した本実施形態による解析方法を実現する構造解析システム１００を、図２（ａ）を参照して説明する。図２（ａ）に示すように、構造解析システム１００は、入力装置１０１、演算装置１０３、記憶装置１０５及び出力装置１０７から構成されており、パーソナルコンピュータ（Personal Computer：ＰＣ)から構成することができる。
【００３９】
入力装置１０１は、各種の入力情報が入力され、この入力情報は演算装置１０３に出力される。入力装置１０１は、例えばキーボードやマウスから構成される。本実施形態における入力情報については、後述する。
演算装置１０３は、入力装置１０１から入力された入力情報と、記憶装置１０５に記憶されている汎用非線形有限要素解析コードとに基づいて各種の演算処理を行い、当該演算処理結果を出力装置１０７に出力する。本実施形態における演算処理については、後述する。
記憶装置１０５は、汎用非線形有限要素解析コードを予め記憶すると共に、演算装置１０３における各種演算処理に使用されるデータの保存先として機能する。本実施形態において保存されるデータについては、後述する。
出力装置１０７は、演算装置１０３から入力される演算処理結果を表示する。出力装置１０７は、例えば液晶ディスプレイからなる画像表示装置、印刷機からなる。出力装置１０７は、演算処理結果に限らず、入力装置１０１で入力された入力情報、演算装置１０３における演算処理の途中経過をも出力させることもできる。
【００４０】
入力装置１０１に入力される入力情報として、少なくとも以下の情報を含む。
・解析対象物の全体構造情報（座標、要素結合、境界条件などの情報）
・使用する要素の情報（ファイバー、ばね、はり要素、などの情報）
・使用する要素の断面諸元、特性情報（各種断面定数、断面形・断面分割などの情報、ばね定数などの情報）
・材料の情報（ヤング率、ポアソン比などの一般的な材料情報、ファイバー要素に入れる応力−ひずみ関係などの情報）
・外力の情報（静的解析であれば変位、荷重情報、動的解析であれば地震入力に関する情報など）
【００４１】
次に、記憶装置１０５は、少なくとも以下の情報を記憶している。
・入力情報
・ファイバー要素の応力−ひずみ関係のデータベース
・解析上の途中経過の情報、など
【００４２】
演算装置１０３は、入力装置１０１から入力された入力情報を基に汎用非線形有限要素解析コードを実行して構造解析を行う。
具体的には、演算装置１０３は、記憶装置１０５に格納されているファイバー要素の応力−ひずみ関係のデータベースからファイバー要素の応力−ひずみ関係に関する情報などを読み出す。そして、演算装置１０３は、図１に示すように、梁要素を用いて解析対象物をモデル化し、当該モデルに所望する外力パターンを与えた場合の挙動についてシミュレーションを行う。
【００４３】
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１０    Ｈ型断面部材
１１    ファイバー要素
１２    部材端部
Ｆ      フランジ
Ｗ      ウェブ
２０    丸鋼管断面部材
２２    部材端部
２３    中間部材
１００  構造解析システム
１０１  入力装置
１０３  演算装置
１０５  記憶装置
１０７  出力装置
【図１】
2016095599.tif 000003
【図２】
2016095599.tif 000004
【図３】
2016095599.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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