クレーンの安全柵(配管破損防止柵)について

質問

フレコン（500kg）運搬時にクレーン操作を誤って、配管(FL+20０0mm)にぶつけた時に、配管破損防止の安全柵（フレーム）を考えています。

衝撃の分野になると思いますが、どのように計算し、フレームを組めばよいでしょうか。
鋼材（アングル、チャンネル等）を溶接構造で作ろうと考えています。

参考意見よろしくお願いします。

クレーンの速度(m/s)：v
フレコン重量(kg)：m
組むフレーム距離(mm)：ｌ
組むフレームの縦（高さ）(mm)：h

回答No.1

foomufoomu

衝突時の物体の運動エネルギーと柵の変形による仕事が等しいとしてとけばよいです。
なお、mは質量(kg)です。また、長さの単位はすべてｍとします。

運動エネルギー　E1=1/2*m*v^2
柵の変形を弾性変形の範囲とする場合　E2=1/2*k*d^2
k:柵のばね係数N/m d:衝突時の柵の変形量m
ここでE1=E2　としてdを計算し、F=d*k　から衝突時の力を計算します。

しかし、おそらくこの条件では弾性範囲に収めるのは難しいと思います。

柵の変形を塑性変形まで許す場合　E3=Py*d
Py:柱降伏時の衝突個所にかかる力（柵が片持ち柱なら　Py=Mp/H)
H:柱の高さｍ　Mp:柱の降伏曲げモーメントNm

まえと同様に E1=E3としてｄを求め、それが許容変形量の範囲内ならOKです。

補足

回答ありがとうございます。

しかし、どの鋼材（断面二次モーメント？）のサイズを選定していいか、計算式ではでてきません。特に柵のばね定数はよくわかりません。
例えば、
E1=E3の場合、m=500kg、v=2m/s、H=2m、Mpは両端持ちで鋼材のIなどの選択肢が出てくるでしょうか。