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ボルト締結体の非線形解析(NX Nastran SOL601)

キーワード) 鋼構造設計 ボルト接合 接合部の力学 ボルト初期締付力 非線形接触 引張接合形式継手

事例概要

ボルト接合は鋼構造で広範囲に使用されている。図に示すように接合のメカニズムから摩擦接合、支圧接合、引張接合に分類されるが、本解析では引張接合形式のT継手と梁柱接合構造を例とし、NX NastranのAdvance Nonlinearモジュールを用いて締結体の非線形解析を行った。ボルトをソリッド要素でモデル化し、通常のボルトと高力ボルトを比較した。荷重を負荷する時のボルト締結体の力学的なつり合い状態と構造の変形モードを求めた。

ボルト接合の分類

右図はフランジ厚さとボルト強さによる接合部の変形を示す。下図はFemapフリーボディでボルト締結体の荷重分担を示す。

Femapフリーボディでボルト締結体の荷重分担
ボルト接合T継手の変形及び破壊モード

ボルト引張接合形式梁と柱の締結構造に外力を加えたときの接合部の変形及び応力分布

左図は梁端部に溶接されたエンドプレートをボルトで柱のフランジと締結する例である。外力とボルトの偏心によるてこ反力があり、ボルトの荷重分担は位置に依存する。線形領域から更に荷重が大きくなると、締結体間の接触面が分離し始める。ボルトと締結体の荷重変位関係は非線形挙動を示す。設計する際これらの状態を解明する必要がある。

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