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※ ChatGPTを利用し、要約された質問です(原文:実際は、両端固定支持なのに計算は単純支持)

固定支点として考える梁とは?

2023/10/18 15:32

このQ&Aのポイント
  • 実際のものは、両端を固定した梁なのに、それを、単純支持梁と考え、強度計算することは、問題ないのでしょうか。
  • 固定梁として考えると、計算が難しくなること、そして、固定梁の方が強いということはわかっていますが、多くの設計者の方は、この点どのように対処しておられるのでしょうか。
  • 部材の両端をボルト止めや溶接などで固定した梁は、両端固定梁であると思われるが、固定支点として考えられているのかどうかについては議論がある。
※ 以下は、質問の原文です

実際は、両端固定支持なのに計算は単純支持

2011/06/12 04:20

実際のものは、両端を固定した梁なのに、それを、単純支持梁と考え、強度計算することは、問題ないのでしょうか。
固定梁として考えると、計算が難しくなること、そして、固定梁の方が強いということはわかっていますが、多くの設計者の方は、この点どのように対処しておられるのでしょうか。
また、両端固定の梁は、荷重の直接かかっているところより、両端の固定部分の方が常に応力は小さいのでしょうか。

私の中では、部材の両端をボルト止めや溶接などで固定した梁は、両端固定梁であると思っているのですが、いかがでしょうか?

参考のサイト見ましたが、固定支点と考えています。次のような例です。
例えば、SGPで作った簡単なはしごの人が乗る部分、あれは、両端が溶接で固定されていますが、あれは、両端固定梁ではないのでしょうか。
あるいは、公園の鉄棒はどうでしょうか。
また、2本の柱の上面にボルト止めした梁はどうでしょうか。
1Nの涙さんから指摘があったように、ラーメン構造のことを知らないので、それとごっちゃになっているのかもしれません。

質問者が選んだベストアンサー

ベストアンサー
2011/06/12 23:02
回答No.5

百聞は一見にしかずなので、↓梯子の計算の応力σを比較して下さい
条件は、all-SGP25Aで@300で左右Pitch400で、体重が765Nとしました
上からラーメン構造、両端固定はり、単純はりで、両端固定だと危険側だ

また、一般に機械設計で使うようなベースは露出型柱脚というらしいが
↓参考URLに、半固定で柱頭の30%モーメントを柱脚で負担とある。つまり、
ピン支持と固定支持の中間くらいで設計してる(鋼構造物設計便覧)
※このように固定端と見なすには相応の剛性が必要だと言いたいのです
http://vib.aae.kagoshima-u.ac.jp/SOTUKEN06/Y-HATA06.pdf

おはよう。月曜の朝は、いまひとつ気合いが入りません

・・・・・未だ少し違いますね(回転剛性が十分であるかと)

固定支点や節点がガチガチなのは良いとして、ラーメン構造の柱部分まで
ガチガチの剛体というのが違う。柱は弾性体だから、これは有り得ない
ですから梁と柱の剛性比率によりモーメントも変わり応力も変化するのです

先に示した、鋼構造物設計便覧では↓のような強固なNCベースを使うことで
半固定とみなそうというのだがら、一般の固定ではピンと見なした方がより
安全側で良いし、安易にアンカーで固定=固定端とするのは危険だと言いたい

また溶接にしても、その部材も弾性体のなのであってガチガチでは無いのです
その証拠に、先の曲げモーメントの図をupした通り柱でも応力を分担している
ですから、ケースバイケースで設計者が適宜に考えるという初めの話に戻る
http://www.nipponchuzo.co.jp/nck/product/k8_shape.html

おはようございます。何度も質問してくれるので、答え甲斐があります
このような優秀でやる気のある後輩を育てて行きかなければと思います

>実物が、ラーメン構造の梁であれ・・・略

結論から言うと、少し勿体ないが、そうなりますね

FEMを使わないでも簡単なラーメン構造ならば手計算でもネット上の計算でも
意外に簡単に解けます。問題は、それを評価する力で、構造力学や材料力学の
基本を理解し使いこなしているかだと思う。これはFEMを使っても同じ事です

知識があれば使えるが、無いと設計で初めからハンデを背負っている事になる
梯子の件のように考えることや説明ができるのも、その恩恵だと思うのです
でも実務で使う機会が無いのなら無駄にはならないけれども、非常に勿体ない

お礼

2011/06/13 00:14

丁寧な解答ありがとうございます。もしかして、私の質問のために、あの資料を作ってくださったのでしょうか。感謝です。
私が、両端固定梁ではと考えていたものは、梯子の場合しかりですが、ラーメン構造というものだったのですね。
両端固定梁といえるのは、ガチガチの剛体を地面や床と一体化するほどに固定させて、その二つの剛体に梁を渡し、梁をその剛体にこれまたガチガチに一体化させたものみたいに考えればよろしいでしょうか。
そう考えると、確かに、そういうものは、あまりないですね。

朝早くから、ありがとうございます。理解が深まりました。
両端固定梁は、機械設計の分野にはほとんどないと考えておきます。
「ケースバイケースで設計者が適宜に考える」というのはわたしには、なかなか難しいとおもいますが。
でも、何が両端固定かなんていう話は私が見てきた中ですが、なかなか設計関連の本にも出ていませんでした。
ついでに、もう1つ教えてほしいのですが、結局のところ、実物が、ラーメン構造の梁であれ、単純支持であれ、両端固定であれ、梁形状のものはすべて単純支持梁と考えて応力計算すれば、安全面からのみ考えれば、それで問題ないと考えてよいのでしょうか。
(FEMソフトを使うことは考えないとすればの話です)

長い間、お付き合いいただきありがとうございました。
また、疑問に思うことがあれば、質問させていただきます。

質問者

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その他の回答 (6件中 1~5件目)

2011/06/13 02:16
回答No.6

>実際のものは、両端を固定した梁なのに、それを、単純支持梁と考え、強度計算することは、問題ないのでしょうか。
私の場合は、モデル次第です。完全に固定部の角度0が明確な場合は固定梁として計算します。逆に実際固定なのに、単純支持とすると強度不足で品質問題ですから。固定端が単純支持より計算が複雑とかは思いませんので、それは影響しません。

反面単純支持でも、FEMソフトで計算する場合片方は水平方向フリーにします。両端水平固定すると過剰拘束で経済設計ではなくなりますし、理論解より大きな応力が発生するので。

どの部分に最大応力が発生する等は、既に丁寧な回答をされている方がいるのでコメント不要だと思いますが、様はいかに現物を再現できるモデル化をするかが設計者のセンスだと思います。安全だけ考えれば全部固定端ですが、経済設計という観点からはそれではだめですから・・・。

>実際固定なのに、単純支持とすると強度不足で品質問題ですから。」といっておられますが、逆ではないでしょうか。
ご指摘の通りです。私の誤記です。

お礼

2011/06/13 20:34

解答ありがとうございます。1つ気になったのですが、「実際固定なのに、単純支持とすると強度不足で品質問題ですから。」といっておられますが、逆ではないでしょうか。同じ条件なら、単純支持で計算したほうが、安全側にでるのではないでしょうか。

質問者
2011/06/12 19:13
回答No.4

> 多くの設計者の方は、この点どのように対処しておられるのでしょうか。
そうですねぇ・・、不静定梁として解きたい時や、厳密解が欲しい時には、
普通に微分方程式を立てたり、電算解析したり・・ですかね。

でも、一旦、両端支持梁と考えておいて計算し、
あとで、実機での撓みや応力を測定して摺り合わせておけば、
それが設計上のノウハウになって蓄積されます。
多くの場面では、そうやって安全率を決めてきたのではないかなと思います。

以上、一つの考え方として、お役に立てますでしょうか?

お礼

2011/06/12 19:22

ありがとうございます。参考になります。

質問者
2011/06/12 17:52
回答No.3

私も回答(1)さんと同意見です。
両端固定よりも単純支持の方が安全側(たわみが大きく出る)に見積もられるから。(安全率という観点です) 少なくとも,私はそうやって強度を見積もってます。より詳細に見たければ,FEM解析を使いますけど。

それほどにこだわりを持たれているのであれば,まず御自身で確認されれば良いのでは? 実物があるなら,ひずみが大きくなると考えられる箇所にひずみゲージを貼るとか,ないのであれば,今お考えになっている形状をモデリングして,FEM解析をやってみるとか。で,実際どっちの支持に近いのかは確認できると思います。(FEM解析が実施できる環境下にあるのかはわかりませんが)

※個人的には,鉄棒はラーメン構造だと思いますが・・・

お礼

2011/06/12 19:13

解答ありがとうございます。特に、こだわりがあるわけではありません。ただ、「単純支持と考えて、安全側に出るから」、ならそれで、そうかと思うのですが、(ちなみに、当方は設計4年位で、実務でも曲げ応力を考えなければならないような状況は、ほとんどなく、自分の勉強ついでに質問したような感じなんです。)
ひとつ気になったのが、解答者(1)さんが、「実務でほとんど、両端固定はない」と言われたのが自分が思っていたのと違ったので、知りたかったしだいです。
追記にも書いていますが、簡単なはしごのような構造って結構あると思うんですが、あれは、人が足をかける梁の両端が溶接してあるので、両端固定梁ではないのでしょうか。

質問者
2011/06/12 12:00
回答No.2

両端を固定した梁なのには、どのような状態でしょうか?

さて、梁の強度確認は、撓み(正確には、角度)で、簡易的にされます。
(使用している方が、以外に多い)

その計算には、支点の支持方法がポイントになります。

以下に参考のURLを記しますから、確認の上で追記で再詳細質問をして下さい。

お礼

2011/06/12 19:16

解答ありがとうございます。追記しましたので、またよろしくお願いします。

質問者
2011/06/12 07:29
回答No.1

>実際のものは、両端を固定した梁なのに、
実務では両端固定とみなせる場合の方が少ないのでは無いでしょうか
何故なら、固定端の定義は、たわみと回転角が零であることですよね

両端固定中央集中荷重梁なら両固定端と中央で最大曲げMで1/8PL(正&負)
単純梁は両回転端では曲げMがゼロ、中央で最大曲げMが1/4PLで、たわみ
も各々PL^3/192、PL^3/48となり単純梁とした方が部材選定では安全側です

固定端モーメントを支えるだけの剛性があり十分だという判断は、設計者が
自らケースバイケースで適宜に決めるしかないのだろうと、私は思います
ただ、先に述べたように安易に固定端とみなすことは危険を伴ないます

戻って計算が難しくなるというのは、例えば門型ラーメン構造のような場合、
柱と梁の剛性により曲げM分担が決まるからかと思うがココら辺を計算できる
とアイテムが増えて更に深く突っ込んだ設計ができるようになるのではないか
(機械設計者で、これが出来る方は圧倒的に少ないように感じます)

ついついアツい長文になってしまった
最後に少なくても両端固定のBMDのイメージが湧かないなら安全側が無難
材料が多少無駄になったとしても安全には代えられない・・・・・仕方がない

それは、剛節接合点と言う。梁の曲げ自体も両端固定梁と似てるが異なります
門型ラーメンでは、節点は溶接構造にし梁の接続には保有耐力継手を使います
梁の継手・接合部にも十分な剛性が無いと、ピン接合になり剛節になりません

間違い無く固定端と言えるものは、埋め込み柱脚のような支点だと考えます

http://www.kozobiz.com/modules/yougo/index.php?content_id=18

お礼

2011/06/12 11:11

丁寧な解答ありがとうございます。
追記にも書きましたが、実務では固定の方が多いと思っていました。
例えば、言及してくださった門型ラーメン構造で梁を柱に溶接やボルトで固定する場合、それは、固定梁にならないのでしょうか。そういうものなら、結構あるように思うのですが、なにぶん初心者です。

質問者

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