角パイプを平行に並べて溶接した時の強度について

質問

車両の通行する溝の蓋を鉄板にすると重たくなるため、角パイプを平行に並べて溶接したものにしようと考えています。この角パイプ蓋の強度計算を教えて下さい。宜しくお願い致します。
(条件)溝幅：600mm、角パイプ：□50mmｔ3.2mm×700mmを6本並べて表裏全溶接したもの

回答No.5

noname#230359

参考URLにあるように、車両が通行する溝の蓋は、その荷重はタイヤ接地面積に
加わる。とすればスパン600mmの単純梁と置き換えて考えることもできる。
20x50cmの内で20cm幅(スパン方向）に部材を何本入れられるかがネックになる
となれば角パイプでは精々4本しか入れられないことになるから有利にならない

仮に荷重区分Ｔ-25で137kNの衝撃考慮の後輪一輪荷重なら137/4=34.25kN/本の
単純梁となるからσ=M/Z=(1/4*34250*600)/8160≒630 N/mm2で耐えられない
更にスパンに対するたわみ規制も1/500以下とかも考慮するべきでしょう

結論、角パイプ構造だけでは無理があるから鉄板との併用とするかないだろう
つまるところ、結局は重量軽減は難しくなり、グレーチング構造に落ち着くと
思う。ザックリと計算しただけだがこんな感じになるだろうと思います

参考URL：

http://www.chubu-net.co.jp/kenzai/pdf/481.pdf http://www.dkc.jp/product59/catalog/02/2-1-07.pdf

お礼

ご回答ありがとうございます。
計算参考になりました。グレーチングの方向で検討してみます。

回答No.4

noname#230359

実用面では回答(1)(2)両氏に賛同します。

その一方で、材料力学的計算は、大して難しい問題ではないので、適切な
公式を適用すればよさそうに思います（参考URLを参照下さい）。

角パイプ□50mmｔ3.2mm1本を支間600mmの両端支持として、中央部に1000kg
の荷重を加えた場合の最大応力は170MPa程度と計算できますので、そーっと
荷重を加える条件であれば、材質がSS400程度であれば、塑性変形せずに持
ち堪える筈です。（局部座屈の配慮をしていないので、この結果に頼るのは
心配もありますが・・・）

溶接すれば、6本が並列に合成されるので、理想的には6倍の強さになると
思われますが、タイヤの幅が丁度6本分の300mmよりは狭いと考えた方が
良いので、タイヤの幅分に相当する強度と考えては如何でしょうか。

なお、実際の車両が通過する場合は、静荷重による弾性限度で判定すること
では危険であって、動荷重に対する安全係数を加味して判断することが必要
と思います。

参考URL：

http://kijie.com/compute/cal/sect/t/

お礼

ご回答ありがとうございます。
安全係数や、動荷重を考える必要があるんですね。参考になりました。グレーチングの方向で検討してみます。

回答No.3

noname#230359

厚板　　　　溶　　　　　　角パイプ　又は　　　　　　　溶　　厚板　　
アングル　　接　　　　　　フラットバー　　　　　　　　接　　アングル
　　　　　　↓　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　↓　
　┌────┬────────────────────┬────┐
　└───┐│　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　│┌───┘
　┏━━┓││　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　││┏━━┓
　┃　　┃││　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　││┃　　┃
　┃　　┃└┴────────────────────┴┘┃　　┃
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　┃　　┃　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　┃　　┃
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　┃　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　┃　　
　┃　　　　　　　　　　　溝　又は側溝　　　　　　　　　　　　　┃
　┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛

上の構造を溶接で製作

又は、他の回答者さんの如く、市販品のグレーチング

ホームセンターでも確認できますよ

お礼

ご回答ありがとうございます。
単純に角パイプを並べて溶接を考えていたのですが、アングルに溶接する方法はとても参考になりました。

回答No.2

noname#230359

私も回答(１)氏のグレーチングに賛成。
コストパフォーマンスを考えれば、他の選択肢は無い。

どうしても自分で作ってみたいのなら、
角パイプの溶接ではなく、厚肉アングルと縞鋼板の組合せ。

お礼

ご回答ありがとうございます。
グレーチング採用の方向で検討してみます。

回答No.1

noname#230359

用途からして、グレーチングを買ったほうが結局安いと思います。

　　溝幅600mm　【荷重】２トン用
　　http://item.rakuten.co.jp/takara-kizai/tup38-60/

許容荷重が明記され、頻度か少ない箇所なら少しのオーバは大丈夫。この場合なら縦断限定を横断するとか。

　　http://www.okutanikanaami.co.jp/yousetu/y0004-2.html

グレーチングは構造材の断面二次モーメントが明記されるが、この種の計算で厄介なのは、タイヤが載るとして構造材の何本がそれを支えるか想定を要すること。

覆う必要があるなら適当な縞鋼板を溶接する。その強さはオマケ。

これは事故になれば責任を問われる案件です。

　　http://www.kawagure.co.jp/grating/catalog_pdf/080-081_.pdf

グレーチングは規格がはっきりしており、メーカーに製造責任を問えるが、自分で設計施工すれば全部を被らねばならない。
これは見掛けの安い高いを吹っ飛ばす程の違いです。

角パイプ１本あたりの簡易計算は電卓不要で出来る。

　　角パイプの断面性能
　　http://www.ns-kenzai.co.jp/pdf/a1/a1_4.pdf

　　辺の長さ 50×50　厚さ 3.2 断面二次モーメント 20.4　　断面係数 8.16
　　　　　　　　　　　　　　　　　　単位換算要　　　↓　　　　　　　↓

　　http://www.hajimeteno.ne.jp/engineer/calclib/bar2ten1.html
　　一様断面２点支持梁集中荷重のたわみ計算

　　支点間距離(L)： 600 mm
　　断面係数(Z)： 8160 mm3
　　断面２次モーメント(I)： 204000 mm4
　　荷重(F)： 5000 N
　　荷重点位置(a)： 300 mm
　　計算点(x)： 300 mm
　　材質： 鉄 (E)： 206000 MPa

　　計算結果
　　----
　　----
　　----
　　たわみ(ω)：0.535 mm
　　----
　　曲げ応力(σ)： 91.912MPa　　　　←　回答（４）と同じ計算

１本について500Kgの静荷重にギリギリ耐えそうとの結果。実際の荷重はそうでなく安全係数余裕もみて更に低くしなければならないが、その判断根拠が難しい。
グレーチングは計算だけでなく試験の裏打ちがあるから信用出来る。その違いです。

過去質問の例。
　　http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=281654&event=QE0004
これでも私が（４）でグレーチングを提案、その前後で延々延々延々・・・・質問者もアキレ

責任問題は、役所の仕事を請けることを考えれば判りやすいでしょう（でなくとも責任被るか被せられるかの違いは同じ）

グレーチングなら耐荷重何トンのものを使います、だけで通る。ＪＩＳ規格や国交省基準、業界標準などあるから適合品は審査不要。

オリジナル構造物を提案しようものなら、設計書持って来いの建築基準法に則った計算せよ、、と手間は数百倍。でグレーチング並の単価でないと入札負け。

お礼

ご回答ありがとうございます。
おっしゃられる通り、タイヤ幅から何本で支えられるかの想定や、事故時の責任問題もあるため、グレーチング採用の方向で検討してみます。