梯子の強度計算

質問

鉄骨の骨組計算の勉強をしようと思っています。
材料力学の基礎的なところは勉強しましたが、それを
どう応用すればいいのかきっかけがつかめません。

例えば、鋼製梯子を製作するとした場合、どのような点
について強度計算するのでしょうか。（あえて強度計算
するとした場合）

・鋼製梯子は、垂直に立て、最下部はコンクリート基礎　に埋め込んである。
・縦部材には、チャンネルを使用し、横桁には、アング　ルを使用する。材質は、SS400とする。
・それぞれの横桁は、縦部材に溶接されている。
・その梯子を非常に重い人が利用すると仮定した場合

実際には、正確に荷重条件、構造を想定しなければいけないと思いますが、私の考えでは、

・横桁の曲げ応力、せん断力を算出し、許容以下であ　　るか確認する。溶接だから、両端固定梁
・縦材の圧縮応力について計算する。
　この場合、自重、横桁をどう考えればいいのか。
・溶接部の強度も確認したいがどうするのか。
　すみ肉溶接とした場合、上記の最大せん断力にもつか　どうかを検討すればいいのか。
・座屈の検討をしたいが、どのようにするか。

検討項目、考え方について教えてください。

・座屈の検討をしたいが、どのようにするか。

回答No.2

gyu-gyu- · ベストアンサー

以下の手順で解けます。
1.横桁両端固定の梁に集中荷重（人+作業荷重＝100kg位）を載荷させて、曲げとせん断のチェックをすればＯＫです。
2.端部に発生する反力に対して溶接のチェックをします。3.主桁の設計に用いるスパンは、
・移動可能な通常の梯子なら　スパンＬ＝全長-端部支点距離（20ｃｍ程度でＯＫでしょう）×2
・固定の梯子なら　　スパンＬ＝上下固定館の水平距離
をとります。
4.載荷する荷重は、自重+活荷重です
5.自重は梯子の重量で、等分布に作用させます。
6.活荷重は人や作業名荷重で集中荷重となります。スパンにもよりますが一度に1名ないし2名は載るでしょうから、最も不利なように載荷させます（連行荷重として影響線から求め載荷させます）。曲げとせん断の最大は載荷位置が違いますので別々に求めます。
7.たわみのチェックもします。たわむと梯子を使用している人は怖くなるので、ある程度の制限を設けます。たとえば5ｃｍを制限にするとか
8.部材は腐食を考慮したもので諸数値を求めます。

以上で求まります。

なお、なぜチャンネルの鋼材というものを用いるのかよく分りません
・具体的何をしようしたら良いかよく分らないから？
・スパンが長いから？
・鋼材はさびるので、長ものや環境によってはステンレスを用いることも有ります
・横桁のＬ型では梯子の方向性が決まってきてしまうますのでこれは固定用ですか
・横桁のすべりに対しては何か対応は必要ですか

移動式では梯子時の重量でも大きさが決まります
また、固定式では搬入の関係のチェックも必要です（長ものは現地で溶接することが多い。するとそのチェックも必要です）

構造のほか、このような点までを考慮し設計すれば、よい結果が得られると思います

これなら手計算でできると思います
以上、参考にして下さい。

お礼

早々の回答ありがとうございました。
材力の計算式を勉強しても、いざ鋼材を組み合わせた
構造を想定した時に、実際は、どのような検討・計算
すればよいのか分からなくなります。この辺りは、会
社で実務をして、設計実例のようなものに接するのか
も知れません。上記のチャンネル材も単なる想定のつ
もりです。
さて、＃２の回答中で
「6.活荷重は人や作業名荷重で集中荷重となります。スパンにもよりますが一度に1名ないし2名は載るでしょうから、最も不利なように載荷させます（連行荷重として影響線から求め載荷させます）。曲げとせん断の最大は載荷位置が違いますので別々に求めます。」
とございますが、載荷方法がいまひとつ分かりません。お時間のあるときに教えていただけないでしょうか。
どうぞよろしくお願いいたします。

回答No.4

gyu-gyu-

先日の回答の続きです

α＝2.1です
（下端＝固定、上端＝自由のときの推奨値　理論値は2.0）

なお、上端をピンとしますと　α＝0.7（理論値＝0.8）となります

以上です。

回答No.3

gyu-gyu-

No..2です。座屈についての回答がなかったので追加します。
座屈についてですが、長さに対し軸方向の荷重が大きい場合に生じます。梯子は垂直でしたですね。以下で検討してください。

1.計算荷重は全荷重の1/2（チャンネルが2本あるので）とします
2.座屈長は片側固定、他方自由とすると、オイラーの公式より座屈の計算に用いる長さは、Ｌ＝実長×α　で求まります
3.後は通常の部材の設計のように許容や応力を求めれば完了です。
4.αについては今資料がないのでお答えできませんです。
会社に行ったら調べて連絡します。

後はNo..2の回答と　command7　さんの考えのとおりで解けます。

回答No.1

nika

有限要素法による構造解析を勉強されることをおすすめします。
２次元、３次元の構造物をコンピュータの中で再現して、さまざまな境界条件によって解析を行います。
有限要素法のプログラムは、市販されているプログラムがありますが、勉強のため自作することも可能です。
座屈とありますが、有限要素法で解析する場合、構造物の振動解析をまず行い、固有の振動モードより座屈解析を行います。ほとんどのプログラムには、構造解析→振動解析→座屈解析がセットでついています。
市販のプログラムはパソコン用で数十万する場合がほとんどですが、公的機関（技術センター）で講義もありますし、安くで使用できる場合があります。

お礼

ご回答ありがとうございました。
有限要素法についてもすでに学習しましたが、身に
ついていません。
今後の課題としてがんばってみます。