「鉄道橋上路プレートガーダー」の設計 課題説明 【課題内容】 ①スパン中央部のプレートガーダー断面の設計 断面上下縁の応力度を 材料強度の特性値（許容応力度）の90％以上を目標に断面を決定せよ。 ウェブ厚さは、9mm以下，上下フランジ厚さは、9mm以上とする。 ②スパン1/8点のプレートガーダー断面の設計 断面上下縁の応力度を 材料強度の特性値（許容応力度）の80％以上を目標に断面を決定せよ。 ウェブ厚さはスパン中央部と同じにする。 上下フランジ厚さは、9mm以上とする。 ③端補剛材・中間補剛材の設計 ④プレートガーダーのＣＡＤによる設計図面の作成 【設計条件】 A.共通条件 ①線路：直線，線路等級：１級線（通過トン数2000万tonf以上） ②桁自重：0.50tonf/m，軌道重量：0.45tonf/m，橋側歩道：なし ③衝撃：Ka(在来線)=2，設計速度V=115km/h ④車両横荷重，風荷重：省略（考慮せず） ⑤疲労限の照査：省略，繰り返し数の影響を考慮した疲労の照査：省略 ⑥横構，対傾構，橋桁のたわみ・製作そり，桁の安定：すべて省略 ⑦固定フランジ間距離：（支間長／5）m，ただし、最小4m以上 B.個別条件 列車荷重，支間長，使用鋼材については、裏面の一覧表に示す。 なお、列車荷重については、擬似的なEA荷重体系を考え、以下のようにする。 列車荷重 等分布荷重 q 集中荷重 P ① ④ ② ③ a b a ⑥ ⑤ b a ⑧ ⑨ ⑦ c a b a b ⑬ ⑫ ⑩ ⑪ a b a(m) b(m) c(m) P(tf) q(tf/m) E-17 2.8 2.0 4.0 17.0 5.0 E’-1 2.6 2.2 4.0 17.0 4.8 E’-2 3.0 2.0 3.8 16.0 4.8 E’-3 3.0 1.8 4.0 15.0 4.6 E’-4 2.8 1.8 4.2 17.0 5.2 E’-5 2.8 2.2 3.8 16.0 4.6 平成27年度(2015) 鉄道橋上路プレートガーダーの設計条件一覧 № 学籍番号 氏 名 列車荷重 支間長(m) 構造用鋼材 AA AA E’-1 15 SM400 2 23456789 BB BB E’-1 17 SM400 3 34567890 CC CC E’-1 19 SM400 4 45678901 DD DD E’-1 21 SM400 1 12345678 5 56789012 EE EE E’-1 23 SM400 6 67890123 FF FF E’-1 25 SM490 7 78901234 GG GG E’-1 27 SM490 8 89012345 HH HH E’-1 29 SM490 … … … … E’-4 19 SM400 … … 51 98765432 ZZ ZZ 構造用鋼材の基本強度 SM400 2400ｋｇｆ/ｃｍ2 SM490 3200ｋｇｆ/ｃｍ2 【注意事項】 ①計算書は、A4版で左上を閉じること。また、必要と考えられる図を 挿入しておくこと。 ②製図図面は、A3版でJWCADによるものとする。 ③提出期限は、計算書 9月28日(月)、製図図面 10月2日(金)とする。 実務訓練生は、必ず期限内にチェックを受け提出すること。 未提出者は、実務訓練を中止させる。 ④計算書・製図図面は、最終チェックを受けた後、保存用としてデジ タルデータを提出すること。 ⑤質問などは、適宜開講する講義時間または教官室（702号室）で 受け付ける。 環境防災研究室のHPから、資料をダウンロードすること。 環境防災研究室のHPから ダウンロードするものについて 課題と条件 課題2015A.ｐｄｆ 平成27年度（2015）『建設設計製図Ⅱ』課題 ～「鉄道橋上路プレートガーダー」の設計～ 提出物の例 計算書例.ｐｄｆ CAD製図例.ｐｄｆ 参考 設計例.ｐｄｆ 第３章 鉄道橋プレートガーダーの設計例 設計標準.ｐｄｆ 鉄道構造物等設計標準（平成4年10月） 対応表.ｐｄｆ 課題に必要な部分についての「設計例」と「設計標準」の対応 説明2015.ｐｐｔｘ このプレゼンテーション 日程説明 『建設設計製図Ⅱ』授業日程 日 時 9/4(金) 9/7(月) 講義室 内 容 208 1コマ：課題説明（鉄筋コンクリート構造物） 電算室 CADの設定および動作確認 208 備 考 9/1(火)～3(木) 地盤工学発表会 1コマ：課題説明（鋼構造物） 電算室 9/11(金) 電算室 鉄筋コンクリート計算書提出 9/14(月) 電算室 設計断面力（特性値） Check 9/18(金) 電算室 9/24(木) 電算室 端補剛材・中間補剛材 9/25(金) 電算室 鉄筋コンクリート図面提出 9/28(月) 電算室 鋼構造設計計算書提出締切 10/2(金) 電算室 鋼構造設計図面提出締切 10/5(月) 電算室 予備日 10/9(金) 電算室 予備日 設計断面 9/16(木)～18(金) 土木学会全国大会 Check Check 振替授業（月曜日） 実務訓練開始 提出用デジタル・データについて ファイル名は、 鋼構造計算書：SC 鋼構造製図面：SG 鉄筋コンクリート計算書：CC 鉄筋コンクリート製図面：CG 上記の英字の後に学籍番号を付ける。 例．SC12345678.ｐｄｆ 設計の概要 設計の流れ 形式（単純ばり） 設計条件 スパン長 等級 設計荷重 死荷重 桁自重，軌道自重，橋側歩道など付属施設の自重，雪荷重etc. 活荷重 列車荷重，衝撃荷重，群衆荷重，制動荷重，風荷重etc. 応用力学・構造解析学 設計断面力(特性値)の算定 Check 曲げモーメント 安全係数 せん断力 軸力 許容応力度設計法 Check設計断面力(作用断面力)の算定 限界状態設計法 Check主桁断面の設計 上下フランジ・ウェブの寸法 水平補剛材の必要性の有無 端補剛材の設計 Check 中間補剛材の設計 端補剛材の寸法 中間補剛材の寸法＋間隔 終局限界状態 使用限界状態 疲労限界状態 設計条件 E荷重 M荷重 活荷重 車両 1/2 列車荷重 E荷重 M荷重 1/2 1/2 死荷重 レール 枕木 軌道 自重 0.45 tonf/m 1/2 Ⅰ型プレートガーダー 主桁 自重 0.50 tonf/m （主桁１本当り） １ 主桁＋軌道の自重 0.50+0.45/2=0.725 tonf/m 上下フランジ・ウェブの幅（高さ）・厚さ 端補剛材の幅・厚さ 中間補剛材の幅・厚さ・間隔 ＣＬ 水平補剛材の幅・厚さ・位置 上フランジ プレートガーダーの設計とは？ 中間補剛材 水平補剛材 端補剛材 ウェブ （腹板） Ａ Ｌ/8 250 Ｌ/8 Ｌ/4 Ｌ/8 a b Ｌ/8 下フランジ 3Ｌ/8 Ｌ/2 Ｌ/8 d c 上フランジの上縁は同じ位置 水平補剛材 端補剛材 上フランジ ウェブ （腹板） 中間補剛材 ウェブの下縁は同じ位置 下フランジ 支点断面 Ｌ/８断面 中央断面 提出物について 提出物 計算書 CADによる製図図面 環境防災研究室のHPからダウンロー ドした「計算書例」・「CAD製図例」を参 考にして作成すること。 「計算書」と「製図図面」に矛盾がない ことが重要 計算書 提出する計算書(A4版)は、 Word Processor 使用可 鉛筆書きもO.K. 提出する計算書には、「計算書例」 の pp.11，pp.34～36 は記載不要 計算書は、 A4版提出後、PDF化して 中村先生に提出する。 CADによる製図図面 （Ａ３版用紙にプリントアウト＋ＰＤＦ化） ＣＡＤ製図例の説明① 上フランジ 1-A PL 300×20×2000 1-A PL 350×30×5250 A A B B 下フランジ ウェブ 1-PL 200×10×2000 1-PL 300×22×5250 1-PL 910×8×2000 1-PL 900×8×5250 A-A断面 ウェブと補剛材は破線 B-B断面 ウェブと補剛材は実線 ＣＡＤ製図例の説明② 端補剛材 2-PL 80×10×910 中間補剛材 1-PL 80×10×860（850） 溶接記号 テーパー ボルト連結（それらしく） 支承（それらしく） 250に固定 中間補剛材の間隔 1000@6=6000 テーパー 支承（それらしく） ボルト連結（それらしく） 設計断面力(特性値)の算定 設計断面力(特性値)の算定 q 死荷重 A a Ｌ/8 b c Ｌ/8 Ｌ/4 Ｌ/8 d Ｌ/8 Ｌ/2 B Ｌ/4 3Ｌ/4 Ｌ/4 活荷重 ① ② ③ A a Ｌ/8 ④ ⑤ ⑥ b c Ｌ/8 Ｌ/4 Ｌ/8 ⑦ d Ｌ/8 Ｌ/2 ⑧ ⑨ ⑩ ⑪ ⑫ ⑬ B Ｌ/4 3Ｌ/4 Ｌ/4 A点 の 最大曲げモーメント を求めること。 ａ，ｂ，ｃ，ｄ点 最大せん断力 設計断面力(特性値)の算定 死荷重 設計断面力(特性値)の算定 死荷重 q B A a Ｌ/8 b c Ｌ/8 Ｌ/4 Ｌ/8 d Ｌ/8 Ｌ/2 Ｌ/4 3Ｌ/4 x 1 x Q q 2 せん断力（Ｑ）図 2 x 1 2 x 1 1 M q q 2 8 2 曲げモーメント（Ｍ）図 Ｌ/4 2 x 設計断面力(特性値)の算定 影響線の利用 a M b b 曲げモーメント x x ab 1 x x a x a Q せん断力 R 支点反力 1 x 断面力の影響線 設計断面力(特性値)の算定 死荷重 q M Aw 曲げモーメント 影響面積 Q Aw 2 Aw1 せん断力 R 支点反力 Aw Aw1 Aw2 Aw 断面力の影響線 設計断面力(特性値)の算定 活荷重 １４通りの荷重位置 最大曲げモーメント 最大せん断力 最大支点反力 設計断面力(特性値)の算定 ① M 曲げモーメント Q せん断力 R 支点反力 活荷重 ② ③ 荷重位置① ④ ⑤ 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ 6 7 8 9 6 7 8 9 6 7 8 9 断面力の影響線 ⑩ ⑪ 設計断面力(特性値)の算定 ① M 曲げモーメント 1 Q せん断力 R 支点反力 1 活荷重 ④ 荷重位置② ⑤ ⑥ ⑦ 4 5 6 7 8 9 10 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ② ③ 2 3 ⑧ ⑨ ⑩ ⑪ 断面力の影響線 ⑫ 設計断面力(特性値)の算定 ① M 1 曲げモーメント Q せん断力 R 支点反力 1 活荷重 荷重位置③ ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ ⑪ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 5 6 7 11 10 8 9 断面力の影響線 ⑫ 設計断面力(特性値)の算定 ① M 曲げモーメント ② ③ 2 3 Q せん断力 R 支点反力 2 3 活荷重 荷重位置④ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ ⑪ 4 5 6 7 8 9 12 11 10 4 5 6 7 8 9 10 11 12 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ⑫ 断面力の影響線 ⑬ 設計断面力(特性値)の算定 ② ③ M 2 3 曲げモーメント Q せん断力 R 支点反力 2 3 ④ ⑤ 活荷重 ⑥ 荷重位置⑤ ⑧ ⑨ 5 6 7 8 9 10 5 6 7 8 9 10 11 12 Aw 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Aw 4 ⑩ ⑪ ⑫ ⑦ 11 12 Aw 断面力の影響線 ⑬ 設計断面力(特性値)の算定 ③ M 曲げモーメント ④ ⑤ 4 5 Q せん断力 R 支点反力 4 5 ⑥ 活荷重 荷重位置⑥ ⑫ ⑬ 12 Aw 11 12 Aw ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ ⑪ 6 7 8 9 10 11 6 7 8 9 10 6 7 8 9 10 11 12 Aw 断面力の影響線 設計断面力(特性値)の算定 ⑤ M ⑥ 曲げモーメント Q せん断力 R 支点反力 5 6 荷重位置⑦ ⑩ ⑪ ⑫ ⑬ ⑦ ⑧ ⑨ 7 8 9 10 11 12 Aw 7 8 9 10 11 12 Aw 7 8 9 10 11 12 Aw 5 6 活荷重 断面力の影響線 設計断面力(特性値)の算定 ⑥ M 7 9 10 11 12 8 9 10 11 12 8 9 10 11 12 Q せん断力 支点反力 6 ⑫ ⑧ ⑨ 7 8 ⑩ ⑪ 荷重位置⑧ ⑦ 6 曲げモーメント R 活荷重 ⑬ Aw Aw Aw 断面力の影響線 設計断面力(特性値)の算定 ⑦ M 7 曲げモーメント Q せん断力 R 支点反力 7 活荷重 荷重位置⑨ ⑫ ⑧ ⑨ ⑩ ⑪ 8 9 12 11 10 9 10 11 12 8 9 10 11 12 ⑬ Aw Aw Aw 断面力の影響線 設計断面力(特性値)の算定 ⑦ M 曲げモーメント ⑧ ⑨ 8 9 Q 支点反力 ⑫ 12 10 11 10 11 12 せん断力 R ⑩ ⑪ 活荷重 8 9 10 11 12 荷重位置⑩ ⑬ Aw Aw Aw 断面力の影響線 設計断面力(特性値)の算定 ⑧ ⑨ M 8 9 曲げモーメント Q 支点反力 ⑩ ⑪ ⑫ 10 12 11 11 12 せん断力 R 活荷重 8 9 10 11 12 荷重位置⑪ ⑬ Aw Aw Aw 断面力の影響線 設計断面力(特性値)の算定 ⑨ M 曲げモーメント Q せん断力 R 支点反力 ⑩ ⑪ 10 11 ⑫ 12 12 10 11 12 活荷重 荷重位置⑫ ⑬ Aw Aw Aw 断面力の影響線 設計断面力(特性値)の算定 ⑩ ⑪ M 10 曲げモーメント 11 ⑫ 活荷重 荷重位置⑬ ⑬ 12 Aw Q せん断力 R 支点反力 Aw 10 11 12 Aw 断面力の影響線 設計断面力(特性値)の算定 活荷重 荷重位置⑭ ⑬ M 曲げモーメント Aw Q せん断力 R Aw 支点反力 Aw 断面力の影響線 Check せん断力Sｂ 載荷荷重番号：１ 支点反力RA せん断力Sｃ 載荷荷重番号：２ 載荷荷重番号：７ 曲げモーメントMａ 載荷荷重番号：２ 曲げモーメントMｂ 載荷荷重番号：３ 曲げモーメントMｃ 載荷荷重番号：４ 曲げモーメントMｄ 載荷荷重番号：８ せん断力Sａ 載荷荷重番号：２ せん断力Sｄ 載荷荷重番号：7 曲げモーメントの集計表 Ma(tf・m) 特性値 列車荷重 衝撃 死荷重 終局 作用 断面力 82.45 90.70 ×１.１ 29.92 32.91 ×１.１ 19.19 19.19 ×１.０ 142.79 Mb(tf・m) Mc(tf・m) Md(tf・m) 特性値 作用 断面力 特性値 作用 断面力 特性値 作用 断面力 141.85 156.04 175.49 193.04 186.36 205.00 51.47 56.62 63.67 70.04 67.62 74.38 32.90 32.90 41.12 41.12 43.86 43.86 245.55 304.20 323.24 設計標準 限界状態の照査は原則として，材料強度と荷重の特性値ならびに以下の各項に 示す安全係数を用い，各限界状態に対して規定される安全性の照査方法に基づい て行う。 安全係数は，一般に荷重係数γf，構造解析係数γa ，材料係数γm，部材係数γbお よび構造物係数γiとする。 １）死荷重の荷重係数は１.０とする。 ２）列車荷重の荷重係数は１.１とする。 ３）衝撃，遠心荷重，車両横荷重および車輪横圧荷重ならびに制動荷重および 始動荷重の荷重係数は，列車荷重の荷重係数と同一とする。 水平補剛材及び中間補剛材の設計 水平補剛材及び中間補剛材の設計（鉄標7.2.3） 用語の定義 t：腹板の厚さ[cm] D：腹板の高さ[cm] d：実際の設計に使用する中間補剛材間隔[cm] dmax ：中間補剛材の最大間隔[cm] σ：腹板の作用縁圧縮応力度（フランジによる固定線における 腹板の曲げ圧縮応力度）[kgf/cm2]，補剛材間の平均値 τ：作用せん断力応力度[kgf/cm2] ，補剛材間の平均値 ★腹板の最大幅厚比 （鉄標7.2.3.1） D t が、表7.2.6の値を超えないとき水平補剛材を必要としない。 表7.2.6 材料 Dt 最大幅厚比 SS400，SM400，SMA400 145 SM490 125 SM490Y，SM520，SMA490 120 SM570，SMA570 105 ★腹板の最大幅厚比 （鉄標7.2.3.2） D 0 t が、表7.2.7の値を超えないとき中間補剛材も必要としない。 表7.2.7 材料 最大幅厚比 Dt SS400，SM400，SMA400 70 SM490 60 SM490Y，SM520，SMA490 55 SM570，SMA570 50 0 中間補剛材の間隔（鉄標7.2.3.3） 規定① 中間補剛材の間隔は、2Dを超えてはならない。 ★水平補剛材がない場合（鉄標7.2.3.3.(1)） 規定②A σが表7.2.8の値を超えない場合には、 d≦d max 3200 規定②B t σが表7.2.8の値を超える場合には、 2 4 2 d D ≦1 の場合 ≦1 2 D 100t 3490 580 780 D d 2 4 2 d D 1＜ ≦2 の場合 ≦1 2 100 t 3490 D 780 580 D d 表7.2.8 材料 固定線における腹板の曲げ圧縮応力度 σ [kgf/cm2] SS400，SM400，SMA400 750 SM490 1000 SM490Y，SM520，SMA490 1050 SM570，SMA570 1550 中間補剛材の間隔（鉄標7.2.3.3） ★水平補剛材を圧縮フランジ側から0.2D付近に１本配置する場合（鉄標7.2.3.3.(2)） 規定②A σが表7.2.9の値を超えない場合には、 d≦d max 2800 規定②B t σが表7.2.9の値を超える場合には、 2 4 2 d D ≦0.8 の場合 ≦1 2 D 100t 18800 910 790 D d 2 4 2 d D 0.8＜ ≦2 の場合 ≦1 2 D 100t 18800 1220 580 D d 表7.2.9 材料 固定線における腹板の曲げ圧縮応力度 σ [kgf/cm2] SS400，SM400，SMA400 1500 SM490 1350 SM490Y，SM520，SMA490 1250 SM570，SMA570 1150 中間補剛材の断面寸法（鉄標7.2.3.5） ts：中間補剛材の厚さ[cm] bs：中間補剛材の幅[cm] I：中間補剛材の総断面の断面二次モーメント[cm4] ， 鉄標7.2.1の図7.2.2(左)に示すように腹板の補剛材側 の面を軸とする断面二次モーメント I req：中間補剛材の所要断面二次モーメント[cm4] 2 γ：剛比（必要剛度比） I req D 25 20 ただし 、 ≧5 d max bs ≦16 ts 規定③ 中間補剛材の最大幅厚比 規定④ 中間補剛材の所要断面二次モーメント 1 3 5 3 I ts bs ≧I req dt 3 22 2 3 bs tsbs 1 3 I bsts tsbs 12 3 2 5 3 dt 22 水平補剛材の断面寸法（鉄標7.2.3.4） 水平補剛材を１本用いる場合、その位置は圧縮フランジ側から0.2D付近に配置する。 ts ：水平補剛材の厚さ[cm] bs ：水平補剛材の幅[cm] I：水平補剛材の総断面の断面二次モーメント[cm4] ， b 鉄標7.2.1の図7.2.2(左)に示すように腹板の補剛材 側の面を軸とする断面二次モーメント I req：水平補剛材の所要断面二次モーメント[cm4] 規定③ 水平補剛材の最大幅厚比 bs b ≦ t s t 0 規定④ 2 tsbs3 1 3 s I bsts tsbs 2 12 3 d I req 5dt 3 ただし 、 ≦2 D 鉄標7.2.1の表7.2.1① 材料 SS400，SM400，SMA400 板の最大幅厚比 (b/t)0 12.5 SM490 11 SM490Y，SM520，SMA490 10 SM570，SMA570 9 水平補剛材の所要断面二次モーメント 1 I t s bs3≧I req 5dt 3 3 ★水平補剛材がない場合（鉄標7.2.3.3.(1)） ★水平補剛材がない場合（鉄標7.2.3.3.(1)） ★水平補剛材を圧縮フランジ側から0.2D付近に１本配置する場合（鉄標7.2.3.3.(2)） ★水平補剛材を圧縮フランジ側から0.2D付近に１本配置する場合（鉄標7.2.3.3.(2)） 終
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