益永八尋 2013 年 11 月 24 日管体構造計算益永八尋パイプラインの縦断図及び水理縦断図のデータから管体構造計算に必要なデータ ( 静水圧水撃圧土かぶり荷重条件等 ) を抽出し管種選定を行うための構造計算を行うこのソフトを利用し各管種の経済比較のための資料作成も容易に行える

Size: px

Start display at page:

Download "益永八尋 2013 年 11 月 24 日管体構造計算益永八尋パイプラインの縦断図及び水理縦断図のデータから管体構造計算に必要なデータ ( 静水圧水撃圧土かぶり荷重条件等 ) を抽出し管種選定を行うための構造計算を行うこのソフトを利用し各管種の経済比較のための資料作成も容易に行える"

あかりすみい
5 years ago
Views:

1 管体構造計算パイプラインの縦断図及び水理縦断図のデータから管体構造計算に必要なデータ ( 静水圧水撃圧土かぶり荷重条件等 ) を抽出し管種選定を行うための構造計算を行うこのソフトを利用し各管種の経済比較のための資料作成も容易に行える例えば掘削埋戻し土量の計算も縦断図のデータと標準断面図のデータから可能であり各管種別の工事費積算も容易に行えるまた筆者が作成したスラストブロックの計算ソフト (Excel VBA) を利用すれば付帯工の工事費積算も容易に可能である入力データは行方向に側点列方向に構造計算に必要な土被り静水圧内部摩擦角荷重条件等の各種データを入力するまた計算結果についても入力データと同じように出力するこのソフトは当然ながら農林水産省農村振興局制定の土地改良事業計画設計基準パイプラインに基づいて作成されているなお管体構造計算に必要な管の諸言はテキストデータとして保存されている管体構造計算が可能な管種管径は以下の通りであるファイル名管種口径 (mm) カンタイ Pipeacp 石綿管 250~1500 カンタイ Pipedcip ダクタイル管 75~2600 カンタイ Pipefrpb 強化プラスチック複合管 (B 種 ) 500~3000 カンタイ Pipefrpc 強化プラスチック複合管 (C 種 ) 200~2400 カンタイ Pipefrpd 強化プラスチック複合管 (D 種 ) 200~2400 カンタイ Pipepcds PC 管 DS 種 500~3000 カンタイ Pipepcp1 PC 管 SⅠ 種 500~2000 カンタイ Pipepcp2 PC 管 SⅡ 種 500~2400 カンタイ Piperca 遠心力鉄筋コンクリート管 (A 種 ) 150~1800 カンタイ Pipercc 遠心力鉄筋コンクリート管 (C 種 ) 1500~3000 カンタイ Pipercnc 遠心力鉄筋コンクリート管 (NC 種 ) 1500~3000 カンタイ Pipesgp 鋼管 SGP( ガス ) 管 50~500 カンタイ Pipesm490 鋼管 SM ~3000 カンタイ Pipestpg370 鋼管 STPG370 50~650 カンタイ Pipestpg410 鋼管 STPG410 50~650 カンタイ Pipestpy 鋼管 STPY 350~2000 カンタイ Pipestw290 鋼管 STW290 80~300 カンタイ Pipe stw370 鋼管 STW370 80~300 カンタイ Pipe stw400 鋼管 STW ~3500 カンタイ Pipe stw490 鋼管 STW ~3500 カンタイ Pipesus304 ステンレス管 SUS304 50~650 カンタイ Pipesus316 ステンレス管 SUS316 50~650 カンタイ Vpvuvmpe 塩化ビニル管 (VP,VU,VM,VH,VT) ポリエチレン管 (PE) VP:50~300 VU:50~800 VM:350~500 PE:50~300 VH:50~300 VT:50~300

2 Ⅰ. データ入力画面

3 Ⅱ. 出力画面

4 Ⅲ. 報告書形式の管体構造計算書ダクタイル管の管体構造計算 (1) 設計条件管種 DB 管径 = 400 (mm) 管外径 = (m) 管厚中心半径 = (m) 土の単位体積重量 = 19.0 (kn/m3) 土の内部摩擦角 =25.0 基礎材の反力係数 = (kn/m2) 支承角 = 120 : 自由支承沈下比 = 施工条件常時締固め区分締固めⅠ 土質区分砂質土設計たわみ率 = 3.0 (%) 安全率 = 1.0 荷重条件トラック荷重 T - 25 後輪荷重 = 100 (kn) AS 舗装低減係数 = 0.9 土圧公式溝形施工掘削法勾配 = 1: 0.4 管底溝幅 = (m) 埋設深 = (m) (2) 土圧公式鉛直土圧 H<= 2.0m Wv = w * H ( 垂直土圧公式 ) H > 2.0m 溝形 Wv = Cd * w * B ( マーストン公式 ) 突出形 Wv = Cc * w * Dc( マーストン公式 ) 矢板施工 Wv = w * H 水平土圧

5 1 e' X1 Pv = * * ( スパングラー公式 ) F1 R 2 Cc : 突出形の場合の土圧係数 H <= He の時 ( 完全溝状 ) -2*K*μ*(H/Dc) e - 1 Cc = *K*μ H > He の時 ( 不完全溝状 ) -2*K*μ*(He/Dc) e - 1 H He -2*K*μ(He/Dc) Cc = ( ) e -2*K*μ Dc Dc 上式の He は次式から求める -2*K*μ*(He/Dc) e H He rsd*p ( ( ) ) -2*K*μ 2*K*μ Dc Dc 3 1 He rsd*p H He -2*K*μ*(He/Dc) (---)^ ( ) e 2 Dc 3 Dc Dc 1 He H He H * * --- = -rsd*p * --- 2*K*μ Dc Dc Dc Dc He は上式から直接もとめることはできないので試算により求める He= (m) と仮定し上式の左辺と右辺を求めれば下記のように左辺右辺となるので仮定した He は正しい

6 左辺 = 右辺 = Cd : 溝形の場合の土圧係数 -2*K*μ'(H/B) 1 - e Cd = *K*μ' Wv = w * H = 19.0 * = (kn/m2) (3) 上載荷重自動車荷重 Wwa 自動車荷重による鉛直荷重の算定は輪荷重が接地幅 0.2m で自動車の進行方向にのみ 45 に分布するものとして算出する P * β 2 * P1 * β Wwa = = * ( 1 + i ) W ( 車両占有幅 )*( * H) 2 * 100 * 0.9 = * ( ) = (kn/m2) 2.75 * ( * ) Wwa : 自動車荷重によって管頂に作用する鉛直荷重 (kn/m2) P : 車両占有幅あたりの後輪荷重 (kn/m2) β : 断面力の低減係数 β= 0.9 W : 輪荷重の分布幅 (m) H : 土被り (m) H =1.498 (m) P1 : 後輪荷重 (kn) P1 =100 (kn) i : 衝撃係数 i = 0.3 (4) 曲げモーメントの計算 1) 鉛直等分布荷重による曲げモーメント - 鉛直等分布荷重 ( 鉛直土圧 + 上載荷重 ) WWV = Wv + Wwb = = (kn/m2) WWV : 鉛直等分布荷重 (kn/m2)

7 Wv : 鉛直土圧 (kn/m2) Wv = (kn/m2) Wwb : 上載荷重 (kn/m2) Wwb = (kn/m2) MM1 = KQ1 * (WWV + Wwa) * RX^2 = * ( ) * ^2 = (kn m/m) MM1 : 鉛直等分布荷重による曲げモーメント (kn m/m) KQ1 : 支持条件による係数 KQ1 = WWV : 活荷重以外による鉛直等分布荷重 (kn/m2) WWV = (kn/m2) Wwa : 活荷重による鉛直等分布荷重 (kn/m2) Wwa = (kn/m2) RX : 管厚中心半径 (m) RX = (m) 2) 管内水重による曲げモーメント MM2 = KQ2 * W0 * RX^3 = * * ^3 = (kn m/m) MM2 : 管内水重による曲げモーメント (kn m/m) KQ2 : 支持条件による係数 KQ2 = W0 : 水の単位体積重量 (kn/m3) W0 = (kn/m3) RX : 管厚中心半径 (m) RX = (m) 3) 水平荷重による曲げモーメント - 静土圧による水平土圧 1 e' X1 1 * * Pv1 = * * = = (kn/m2) F1 RX * * 2 2 * F1 * KQ1 * WWV * RX^4 2 * 1.0 * * * ^4 X1 = = = (m) E * I * e' * RX^3 1.60E+08* 3.57E *3000.0* ^3 X1 : 鉛直土圧による水平たわみ量 (m) KQ1 : 基礎の支持角によって決まる係数 KQ1 = E : 管材のヤング係数 (kn/m2) E = 1.60E+08 (kn/m2) I : 管壁の断面二次モーメント (m4/m) I = 3.57E-09 (m4/m) e' : 土の反力係数 (kn/m2) e' = (kn/m2) F1 : 変形遅れ係数 F1 = 1.0 RX : 管厚中心半径 (m) RX = (m)

8 - 動土圧による水平土圧 1 e' X2 1 * * Pv2 = * * = = (kn/m2) F1 RX * * 2 2 * KQ1 * Wwa * R^4 2 * * * ^4 X2 = = = (m) E * I * e' * RX^3 1.60E+08* 3.57E * * ^3 X2 : 動土圧による水平たわみ量 - 管内水重による水平土圧 (m) 1 e' X3 1 * * Pv3 = * * = = (kn/m2) F1 RX * * 2 2 * F1 * Ko * Wo * RX^5 2 * 1.0 * * * ^5 X3 = = = (m) E * I * e' * RX^3 1.60E+08*3.57E * * ^3 X3 : 管内水重による水平たわみ量 (m) Ko : 基礎の支持角によって決まる係数 Ko = Wo : 水の単位体積重量 (kn/m3) Wo = (kn/m3) - 水平荷重による曲げモーメント MM4 = * (Pv1 + Pv2 + Pv3) * RX^2 = * ( )* ^2 = (kn m/m) 4) 最大曲げモーメントの計算 MMX = MM1 + MM2 + MM4 = = (kn m/m) (5) タワミ率の計算タワミ率は次式により求める X *100(%)= *100(%)= 2.089(%) < 3.0(%) OK 2 *RX 2 *

9 X = X1 + X2 = = (m) 2*F1*(KQ1*WWV*RX^4 + Ko*Wo*RX^5 + Kp*Wp*RX^4) X1 = E*I *e'*RX^3 2* 1.0*(0.089 * * ^ * * ^ * * ^4) = E+08* 3.57E *3000.0* ^3 = (m) 2*KQ1*Wwa*RX^4 X2 = E*I *e'*RX^3 2 * * * ^4 = = (m) 1.60E+08* 3.57E *3000.0* ^3 (6) 内外圧から求める管厚内外圧から求める管厚は次式による 0.5*D*H+((0.5*D*H)^2+24*α*σa*MMX)^(1/2) t = *σa 0.5* * 0.8 +((0.5* * 0.8)^2+24*0.7* * 0.241)^(1/2) = = (m) 2 * t : 応力計算から求められる必要管厚 (m) D : 管の内径 (m) D = (m) H = 0.823(MPa) MMX : 外圧によって発生する最大曲げモーメント (kn m/m) MMX = (kn m/m) α : 引張応力 / 曲げ応力ダクタイル管の場合 α = 0.0 σa : 許容引張応力度 σa = (N/mm2) = (kn/m2)

10 上式で求めた管厚に腐食代及び管厚公差余裕を見込む t + 1 < 10 mm の場合 T = t = = 0.000(mm) - 規格管厚との比較規格管厚 = 0.006(m) > 内外圧から求まる管厚 = (m) OK (7) 設計タワミ率から求める管厚設計タワミ率から求める管厚は次式による t = (12*I)^(1/3)=(12* )^(1/3) = (m) RX^3 F1*(KQ1*WWV+Ko*Wo*RX+KP*Wp)+KQ1*Wwa) I = * ( * e' ) ET ST / ^3 1.0*( 0.089* * 9.800* * 0.245) *26.624) = * ( E / * ) = 0.00E+00 t : 設計タワミ率から求められる必要管厚 (m) I : 管壁の断面 2 次モーメント (m4/m) I = 0.00E+00 (m4/m) RX : 管厚中心半径 (m) RX = (m) ET : 管材のヤング係数 (kn/mm2) ET = 1.60E+08 (kn/m2) F1 : 変形遅れ係数 F1 = 1.0 KQ1 : 基礎の支持角によって決まる係数 KQ1= WWV : 荷重 ( 活荷重を除く ) による鉛直荷重 (kn/m2) WWV = (kn/m2)

11 Ko : 基礎の支持角によって決まる係数 Ko = Wo : 水の単位体積重量 (kn/m2) Wo = (kn/m2) Kp : 基礎の支持角によって決まる係数 Kp = Wp : 管体の単位面積当り重量 (kn/m2) Wp = (kn/m2) Wwa : 荷重 ( 活荷重 ) による鉛直荷重 (kn/m2) Wwa = (kn/m2) e' : 基礎材の受働抵抗係数 (kn/m2) e' = (kn/m2) ST : 設計タワミ率 (%) ST = 3.0 (%) 上式で求めた管厚に腐食代及び管厚公差余裕を見込む t+1<10mm の場合 T = t = = (mm) - 規格管厚との比較 (8) 許容内圧の計算許容内圧 HH は次式により求める σa * t^2-4.2 * MMX HH = * D * t * ^2-4.2 * = = (MPa) 0.5 * * HH : 許容内圧 (MPa) σa : 許容引張応力 (kn/m2) σa = (kn/m2) t : 計算管厚 (m) t = (m) MMX : 最大曲げモーメント (kn/m2) MMX = (kn m/m) D : 管の内径 (m) D = (m)

IT1815.xls

IT1815.xls 提出番号 No.IT1815 提出先御中ハンドホール 1800 1800 1500 - 強度計算書 - 国土交通省大臣官房官庁営繕部監修平成 5 年度版電気設備工事監理指針より受領印欄提出平成年月日株式会社インテック 1 1. 設計条件奥行き ( 短辺方向 ) X 1800 mm 横幅 Y 1800 mm 側壁高 Z 1500 mm 部材厚床版 t 1 180 mm 底版 t 150