緊張ケーブルを組み込んだ構造システムの動的非線形挙動に関する研究

ケーブルを有する骨組構造システムを対象として,ケーブル部材の応力弛緩・緊張挙動が全体の振動特性に与える影響を検討した。平成12年度においては,非線形振動方程式の周期解を高精度で求める数値解析手法を,有限要素法プログラムに応用し,これを用いて得られた数値解析結果をもとに,具体的な構造モデルの動的挙動の性質を非線形振動論の立場から定性的に議論した点が主な成果となる。解析プログラムでは,幾何学的非線形性を考慮して各要素を定式化し,引張時と圧縮時で異なるケーブル部材の軸方向力の特性を,部材の応力-ひずみ関係において,軸方向ひずみが正(引張)の場合は応力がひずみに対して線形となり,負(圧縮)の場合には応力が常に0となる区分線形関数を用いることで表現した。この解析プログラムにより張弦梁構造モデルの定常振動解析を行い,2次共振を含む非線形振動の周期解を詳細に求めた。初年度の時刻歴応答解析の結果から,骨組部材を主体とする構造システムにおいては,ケーブルの弛緩・緊張挙動の影響は比較的軽微に留められる可能性があることが示唆されたが,このことは定常振動解析に基づいて得られた共振曲線や,周期解の特性からも極めて明確に確認することができた。共振曲線の形状は,線形振動系と大きな差異はなく,モデルの固有振動数の約1/2となる振動数で加振した場合の周期解において,2次共振によるものと見られる小さなピークが現れるものの,その影響は総じて小さいことを明らかにした。張弦梁構造のモデルのため,振動特性は,ケーブルに導入される張力や,初期形状に大きく依存するが,この依存度に比較すれば,全体形状が直線の梁や平板状である場合(ドームなど,元来,幾何学的非線形性が強いとされる形を有している場合は除き),ケーブルの張力が消失することに起因する非線形性については,設計上,特に大きな配慮は必要ないと判断される。

ケーブルを有する骨組構造システムを対象として,ケーブル部材の応力弛緩・緊張挙動が全体の振動特性に与える影響を検討した。平成12年度においては,非線形振動方程式の周期解を高精度で求める数値解析手法を,有限要素法プログラムに応用し,これを用いて得られた数値解析結果をもとに,具体的な構造モデルの動的挙動の性質を非線形振動論の立場から定性的に議論した点が主な成果となる。解析プログラムでは,幾何学的非線形性を考慮して各要素を定式化し,引張時と圧縮時で異なるケーブル部材の軸方向力の特性を,部材の応力-ひずみ関係において,軸方向ひずみが正(引張)の場合は応力がひずみに対して線形となり,負(圧縮)の場合には応力が常に0となる区分線形関数を用いることで表現した。この解析プログラムにより張弦梁構造モデルの定常振動解析を行い,2次共振を含む非線形振動の周期解を詳細に求めた。初年度の時刻歴応答解析の結果から,骨組部材を主体とする構造システムにおいては,ケーブルの弛緩・緊張挙動の影響は比較的軽微に留められる可能性があることが示唆されたが,このことは定常振動解析に基づいて得られた共振曲線や,周期解の特性からも極めて明確に確認することができた。共振曲線の形状は,線形振動系と大きな差異はなく,モデルの固有振動数の約1/2となる振動数で加振した場合の周期解において,2次共振によるものと見られる小さなピークが現れるものの,その影響は総じて小さいことを明らかにした。張弦梁構造のモデルのため,振動特性は,ケーブルに導入される張力や,初期形状に大きく依存するが,この依存度に比較すれば,全体形状が直線の梁や平板状である場合(ドームなど,元来,幾何学的非線形性が強いとされる形を有している場合は除き),ケーブルの張力が消失することに起因する非線形性については,設計上,特に大きな配慮は必要ないと判断される。