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4. 三次元的に扱う柱と梁

4.1 座標系の解釈と選択


4.1.6 ラーメンの解析では右手系の方が便利

 ピントラスの解析は、トラス弦材に曲げモーメントも捻じれモーメントも作用しないとする仮定です。釣り合い条件から、剪断力も作用しません。弦材の長手方向にx座標だけを考えればよく、y座標を必要としません。式(4.1)または式(4.2)で、1行1列のマトリックスを扱うことに対応します。ラーメン構造は、トラスの格点で剛に部材を繋ぎますので、剪断力と曲げモーメントを考えるためにy座標も必要です。部材の向きが、斜めや垂直の場合もあり、また、図4.2を上下逆に使い、x座標の正の向きが左を向く約束も考えられます。したがって、部材ごとに局所座標系を決める場合には、部材の長手方向を決めるx座標の向きの約束を決めなければなりません。普通、その部材両端の格点番号の対を使えば、向きが決まります。例えば、格点番号の対で(3,5)と(5,3)と表すなどをしますが、向きの約束も定義しています。このようなラーメン構造の解析では、図4.2の定義とは逆向きの、右手系の局所座標系を使う方が便利です。ちなみに、有限要素法を利用する構造解析は、格点数と部材数の多い骨組みモデルを仮定します。このとき、部材の向きを考えて全体の幾何学的な構成を決めなければなりません。これは、相当に面倒な作業ですので、メッシュの自動分割が研究されています。この場合、部材単位の局所座標系に左手系の座標系を使うと、ベクトルの外積計算が必要になる個所で混乱が起きます。
科学書刊株式会社:電子版 「橋梁&都市 PROJECT: 2011」

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