許容応力の選択

Question

地震対策用の金具(SS材)の設計をしていますが、震度6位（400gal)を想定した場合金具に掛かる力はF=maで、金具に掛かる相当応力を算出した場合、
材料の許容応力の安全率は、衝撃の場合をとるのでしょうか？加速度を掛けているので死荷重レベルでよいのではと思っているのですが。ご教授よろしく御願い致します。

Accepted Answer

SS材を使用しての小生の設計思想を以下に示します。
結果的に、他の回答者さんと同じ様になりますが…。

先ず、負荷荷重は、Ｆ ＝ ｍａにて求めます。

次に、SS材の許容応力は、
※ 地震の部材に対する影響は、
　 ＊ ?；負荷荷重が一定 ⇒ 鉄鋼の場合、安全率３が許容応力
　 ＊ ?；負荷荷重が0～100％で変化、?の（許容応力の）2/3値が許容応力
　 ＊ ?；負荷荷重が-100～100％で変化、?の（許容応力の）1/3値が許容応力
　 以上は、全て衝撃がない場合なので、衝撃がある場合は更にその1/2値を取る
　 <F=ma又は力積の様に、計算できる衝撃的荷重は、計算して算出するが原則>
　　　　↑ 0～100％/-100～100％で変化の変化パターンが衝撃的の意味です
　 例えばSS400は、引張強さ400～510Ｎ/mm2、降伏点215Ｎ/mm2なので、
　 地震条件は、負荷荷重が-100～100％で（衝撃的）変化なので、
　 215Ｎ/mm2 × 1/3 × 1/3 × 1/2 ＝ 11.9Ｎ/mm2 と、なります。

最後に、アンフォン教授による安全率を示す表があります。が、それには、
鋼で変化する荷重或いは衝撃の条件では、安全率が12となっています。
しかし、小生は前述の（1/3 × 1/3 × 1/2 ＝ 1/18）18を安全率として
計算をしています。
また、部材選定は、許容応力ギリギリは避けて、選定します。

Answer

構造物に作用する加速度を、加速度計で測定した値がａだったからといって、応答計算の荷重をＦ＝ｍａとして良いわけではありません。
荷重（加速度）が、静かに作用するのか、急激に作用するのかで、応答が変化するからです。
地震の場合には、特に勘違いし易いので要注意です。

では、急激に作用するという状態をどのようにとらえれば良いか？　といえば、今の場合のようにＧ値が与えられている問題の場合には、荷重のステップ入力の問題として扱うことができるので、比較的簡単です。
ステップ入力の問題とは、死荷重の場合に値がわかっている荷重を、（静かにではなく）急激に与える問題なのですが、この場合、変位も応力も、死荷重で与えたときの２倍の値が出ます。（このことは、振動の問題を少し勉強すれば、すぐにわかります。）
だから、死荷重で計算して、それを２倍したものが評価に使う値となるわけです。
ただし、ここでの２倍は、決して安全率ではありません。安全率を考慮するなら、２倍後の値に対してさらに掛ける必要があります。

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