揚排水機場の設計計算

「河川構造物の耐震性能照査指針(H24)」に準拠し、
揚排水機場の設計計算を行うプログラム

揚排水機場の設計計算 Ver.4

初版リリース:2013.08.07/最新Ver.リリース:2019.06.03

¥550,000

プログラム概要

「河川構造物の耐震性能照査指針(案)・同解説」を主たる適用基準とし、排水機場の設計計算をサポートするプログラムです。

断面形状は、鉛直方向5階層、水平方向15スパンまでの版ラーメン構造と、版部材は個別に部材厚の変更または削除ができ、部材厚の不均一な個所を有する版ラーメン構造にも適用可能です。
設計の考え方は、震度法または応答変位法による設計に対応し、常時、レベル1地震時、レベル2地震時の設計計算を行うことが可能です。
地震時の部材の非線形性を考慮するため、ファイバーモデルを適用した構造解析(弊社Engineer's Studio®による解析)を行います。
直接基礎の安定計算、液状化の判定、杭基礎の設計用反力の算定を同時に行うことが可能です。

▲メイン画面

▲骨組解析結果画面

▲Engineer's Studio®による解析結果確認

関連情報

◆新製品情報
揚排水機場の設計計算 Ver.4(Up&Coming '19 盛夏号掲載)
◆関連セミナー
配水池・揚排水機場の設計セミナー

プログラムの機能と特長

適用形状

  • 平面形状は、機場本体部における水路直角方向の検討断面位置を考慮
  • 取水路、放水路部分についても検討断面位置として考慮することで設計可能
  • 断面形状は、鉛直方向5階層、水平方向15スパンまでの版ラーメン構造。版部材は個別に部材厚の変更または削除ができ、部材厚の不均一な個所を有する版ラーメン構造にも適用可能
  • 基礎構造は、直接基礎または杭基礎に対応可能
  • 柱を有する構造モデルに対応可能
  • 地盤面の左右非対称に対応可能

計算機能

  • 震度法または応答変位法による設計に対応し、常時、レベル1地震時、レベル2地震時の設計計算を行うことが可能
  • 震度法を適用した非線形解析として、荷重増分法によりプッシュオーバー解析(荷重または変位をある刻みで増やしながら解析する方法)に対応
  • 地震時の部材の非線形性を考慮するため、ファイバーモデルを適用した構造解析Engineer's Studio®による解析)に対応 直接基礎の安定計算、液状化の判定、杭基礎の設計用反力の算定を同時に実行可能

解析モデルと解析機能

設計対象として地上構造物・地中構造物のいずれかを選択し、それぞれ震度法の適用または応答変位法の適用による設計計算に対応

震度法を適用する構造物

  • 構造体に生じる断面力に及ぼす影響が地盤変位よりも構造体に作用する慣性力の方が支配的と考えられる構造物に適用
  • 構造物が地上に構築されているものだけでなく、半地下構造物に対しても必要に応じて地上構造物の扱いとすることが可能

震度法を適用する構造物

  • 構造体に生じる断面力に及ぼす影響が慣性力より地盤変位の方が支配的と考えられる構造物に適用
  • 構造物が地中にあり、かつ、構造物が地盤の変位に追随するように変位し、この変位に伴い大きな断面力が発生する構造物が主になります
  • 周辺地盤の影響については地盤バネを適用して考えますが、この地盤バネは地震時受働土圧を上限とするバイリニアバネとして考慮可能

揚排水機場の耐震性能

  • 「河川構造物の耐震性能照査指針・解説」では、揚排水機場の耐震性能として次に示す3段階が示されています
       ◦耐震性能1:地震によって揚排水機場としての健全性を損なわない性能
       ◦耐震性能2:地震後においても、揚排水機場としての機能を保持する性能
       ◦耐震性能3:地震による損傷が限定的なものにとどまり、揚排水機場としての機能の回復が速やかに行いうる性能
  • レベル1地震動に対しては「耐震性能1~3」のいずれかを設定可能で、レベル2地震動に対しては「耐震性能2~3」を設定可能
  • 時およびレベル1地震時「耐震性能1」では構造物を弾性体扱いとして線形解析、「耐震性能2」または「耐震性能3」では部材剛性の低下を考慮した非線形解析に対応

▲揚排水機場の解析モデルと解析方法

荷重

  • 設計に考慮する主な荷重は、躯体自重、上載荷重、外圧(土圧・水圧)、内圧(水圧)、および、地震時の慣性力、土圧、水圧などに対応
  • 荷重を組合せて載荷し、 各部材に発生する断面力に対しての断面照査(許容応力度法、限界状態設計法)に対応
  • データ入力段階における荷重図の確認が可能
常時の照査に考慮する荷重
荷重項目 生成方法
1 躯体自重 自動算定
2 上載荷重 任意入力
3 土圧 自動算定(静止土圧)
4 外水圧 自動算定(静水圧)
5 内水圧 自動算定(静水圧)
6 その他 任意入力(任意荷重データとして入力)

地震時の照査に考慮する荷重
荷重項目 生成方法
1 躯体自重 自動算定
2 上載荷重 任意入力
3 外水圧 自動算定(静水圧)
4 内水圧 自動算定(静水圧)
5 その他 任意入力(任意荷重データとして入力)
6 地震時慣性力 自動算定
7 地震時土圧 自動算定
8 地震時動水圧 自動算定
9 変位振幅荷重 自動算定

結果確認/印刷

  • 画面上での結果確認および印刷プレビューを行なうことが可能
  • 結果確認としては、安定計算結果、断面照査結果、フレーム解析結果などを用意
  • 3D表示、3Dアノテーション表示が可能

液状化の判定

  • 液状化の判定は、液状化抵抗係数FL=R/Lが1.0以下である場合に、地盤が液状化するものと判定
    Rは地盤の液状化に対する抵抗力を表す指標(動的せん断強度比)であり、Lは地震動によって地盤中に生じるせん断応力を表す指標です。
  • 各地層ごとに液状化の判定を行なう/行なわないの指定が可能
  • 値は層ごとの平均N値を用いる場合と、任意深度ごとに細かく入力したN値を用いる場合との選択が可能
  • 適用基準(設計水平震度の算出方法)の選択が可能
  • 土質定数の低減係数DEの算出が可能

杭基礎構造に対応

  • 任意の杭配置・杭頭条件で支持された設計計算が可能
  • 各杭1本ごとの杭頭反力を出力し、別途基礎の設計を用いて杭の設計が可能
  • 杭頭条件として、ピン支点、固定支点、バネ支点など、さまざまな設定が可能
  • 杭基礎のバネ支点条件で、常時/地震時の個別入力が可能

Engineer's Studio®との連携が可能

  • 骨組構造の解析部は、弊社製品Engineer's Studio®による解析部ソルバーを採用
  • 解析実行と同時に、Engineer's Studio®用の入力用データファイルがエクスポート出力可能で、Engineer's Studio®によって再計算および結果閲覧を行うことで、より詳細な構造解析結果を確認することが可能

適用基準及び参考文献


適用基準
耐震性能照査指針 河川構造物の耐震性能照査指針・解説 V揚排水機場編 国土交通省水管理・国土保全局治水課 平成28年3月
河川構造物の耐震性能照査指針・解説 V揚排水機場編 国土交通省水管理・国土保全局治水課 平成24年2月
参考文献

・水道施設耐震工法指針・解説 2009年版 社団法人 日本水道協会

・水道施設耐震工法指針・解説 1997年版 社団法人 日本水道協会

・土地改良事業計画設計基準及び運用・解説 設計「水路工」 公益社団法人 農業農村工学会 平成26年3月

・道路橋示方書・同解説 V耐震設計編 (社)日本道路協会 平成14年3月

・計算事例-10 独立行政法人土木研究所

製品価格

本体価格

価格は税別表示です

■本体価格

製品名 価格
揚排水機場の設計計算 Ver.4 ¥550,000

■フローティングライセンス価格

本体価格の40%を追加いただくことで、誰でも、どこでも、どのPCでも製品の利用が可能となります。

製品名 価格
揚排水機場の設計計算 Ver.4 ¥220,000

>>ライセンス形態についての詳細はこちら

サブスクリプションサービス 契約価格


サブスクリプションサービス 契約価格

■サポート内容
・バージョンアップ無償提供  ・電話問合せテクニカルサポート
・問合せサポート(電子メール、FAX)  ・ダウンロードサービス  ・保守情報配信サービス  

※ライセンス管理コスト削減、製品ご利用形態ニーズ多様化への対応を充実させることを目的として、従来の保守・サポート形態からより便利な、「サブスクリプションサービス」へ順次移行いたします(2016年4月1日~)。

価格は税別表示です

対象製品 初年度 1年
サブスクリプション(揚排水機場の設計計算 Ver.4) 無償 ¥121,000
サブスクリプション(揚排水機場の設計計算 Ver.4 フローティング) ¥154,000

レンタルライセンス/レンタルフローティングライセンス価格


■レンタルライセンス:短期間での利用により、低廉な価格でのライセンス利用が可能

■レンタルフローティングライセンス:ライセンスの認証をWeb経由で受ければ、誰でも、どこでも、どのPCでも製品の利用が可能

■レンタルアクセス:既に購入済みの製品の利用ライセンス数を増やす事が可能です。事前契約により、レンタルライセンス期間(1ヵ月~3ヵ月)の単位で自動的にライセンスが付与されます。利用実績に応じて後日請求いたします。事前申込価格として、レンタルライセンス価格の15%引きとなります。ユーザ情報ページにてお申込みいただけます。

※サービス強化、利便性向上を図る目的で「レンタルライセンス/レンタルフローティングライセンス」を2007年9月3日より提供を開始しました。

※レンタルライセンス/レンタルフローティングライセンス開始後の期間変更は出来ません。期間延長の場合は再申込となります。

レンタルライセンス/レンタルフローティングライセンス

価格は税別表示です

■レンタルライセンス

対象製品 1ヶ月 2ヶ月 3ヶ月 6ヶ月
揚排水機場の設計計算 Ver.4 ¥192,500 ¥247,500 ¥291,500 ¥357,500

■レンタルフローティングライセンス

対象製品 1ヶ月 2ヶ月 3ヶ月 6ヶ月
揚排水機場の設計計算 Ver.4 ¥319,000 ¥412,500 ¥489,500 ¥605,000
      

アカデミー価格


教育関係者、研究者、学生などの教育目的のご利用に向けて、アカデミーライセンスを提供しています。

アカデミー価格

価格は税別表示です

製品名 アカデミー価格
揚排水機場の設計計算 Ver.4 ¥440,000

バージョンアップ開発履歴


バージョンアップ開発履歴

■バージョンアップ、リビジョンアップ(無償保守)の主な内容を一覧にしています。
旧版改訂、リバイバル版リリース時などの場合にご参考ください。

揚排水機場の設計計算
バージョン リリース日 主なバージョンアップ内容
4.00.00 19/06/03
  1. 『土地改良事業計画設計基準及び運用・解説 設計「水路工」』における液状化判定に対応
  2. 『河川構造物の耐震性能照査指針』における液状化判定に対応
  3. 土質定数の低減係数DEの算出に対応
  4. 『道路橋示方書・同解説 IV 下部構造編』におけるせん断耐力の照査に対応
  5. 独立行政法人土木研究所発行『計算事例-10』における曲げ耐力照査に対応
  6. 支間における最大および最小応力値の抽出に対応
  7. 任意荷重画面において、集中荷重の入力方法を改善
  8. 3Dアノテーションに対応

動作環境


動作環境

OS Windows 8 / 10
CPU PentiumIII 800MHz以上 (推奨Pentium IV 3.0GHz以上)
必要メモリ(OSも含む) 2GB以上推奨
必要ディスク容量 約30MB以上 (インストール時及び実行時含む)
ディスプレイ(画面解像度) 1024×768以上
入力データ拡張子 F5D
ファイル出力 F8出力編集ツール対応:TXT、HTM、 PPF、DOC、 DOCX、PDF、 JTD、JTDC
画像:3DS
ES:ES
他製品との連動 Engineer's Studio®と内部連携

製品購入/お問い合わせ窓口


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画面サンプル

▲メイン画面

▲メイン画面・地層表示

▲躯体形状画面

▲杭配置入力画面

▲地盤バネ入力画面

▲地震時組合せ画面

▲骨組解析結果画面

▲断面照査結果画面

▲計算書プレビュー画面

▲印刷プレビュー

▲Engineer's Studio®による解析結果確認

1.入力関連

M-φ関係の値を修正することが考えられるケース はどうしたらよいか

断面の補強を行った場合、プログラムの内部計算機能(鉄筋のみ配置されたコンクリート断面のM-φ)で得られる通常のM-φをそのまま使用する計算でよければ修正する必要はありません。通常のM-φ以外としては、鋼板補強したときのM-φとか、炭素繊維補強したときのM-φとか、を別途算出しておき、必要な部材箇所のM-φをデータ変更して、解析を行うケースが考えられます。
M-φの値は、全部材について、画面上で直接修正することも可能ですし、CSVファイル出力→エクセルシート上で編集するなども可能です。

杭基礎構造は適用可能か

杭基礎構造については、次のように適用可能としています。杭基礎構造の場合、底版と杭頭が結合する位置に格点を設け、支点条件として「固定支点/ピン支点/バネ支点」を設定し、フレーム解析を実行します。解析結果より、各杭頭位置の支点反力が得られますので、これを各杭の杭頭反力値として出力します。設計者側では、この各杭の杭頭反力値を用いて、別途杭基礎プログラムを使用して杭の設計が可能です。(現在バージョンでは、杭基礎プログラムとの連動機能はありません。)

適用している地震時土圧式、動水圧式は何か

レベル1地震時土圧式は修正物部・岡部式、レベル2地震時は近似式または修正物部・岡部式のいずれかを選択、となります。 動水圧式は、Westergaardの動水圧式となります。

考え方-降伏変位算定用補正係数について

この設定値は、書籍等に示されるものではなく、弊社が用意した降伏変位δyに対する調整目的のための入力値となります。
構造物の降伏変位δyをどう算定するかについてですが、揚排水機場のような骨組構造物においては、骨組みの一か所が断面降伏した時点をもって降伏と定めて良いのかどうかという疑問が伴います。一般には、まず、いずれかの隅角部近辺に断面降伏が生じて塑性ヒンジ状態となり、荷重増大と共にこのような箇所が連鎖的に他の隅角部にも広がり、同時に水平変位も増大していきます。
全体挙動としての震度-水平変位曲線をみたとき、多くの場合、骨組みの一か所が降伏しただけではいわゆる変位急増状態にはなっておらず、さらに荷重載荷が進んで複数箇所に断面降伏が生じていく過程で、変位急増状態がみられます。構造物の降伏変位δyというのは、この変位急増している箇所の変位を採用するのが理想となりますが、現状プログラムではこの降伏変位δyをプログラム内部で適切に求める機能がありません。
そこで、弾性変位から求められる水平変位δe(グラフ上での傾き)をベースとして、この傾きをどれくらい倒した方向に変位急増があるのか仮定するときの補正係数を考えました。δeを0.1~1.0で除してδyが存在するであろう方向に傾きを低減して近づけるイメージとなります。降伏変位δy=水平変位δe/αy(0.1~1.0)としています。
αyの初期値は0.9としていますが、上記のδeの補正を行いたくない場合はαy=1.0として下さい。

断面照査は、許容応力度法、限界状態設計法のどちらか

耐震性能1の場合は許容応力度法による断面照査、 耐震性能2・3の場合は限界状態設計法による断面照査となります。

配筋データ画面の使用配筋1段目、2段目、とはどこか

水平部材のスラブ部材は上端側から1段目(頂版、中版、底版でも上端側から1段目、2段目、・・・)と考えて下さい。
鉛直部材の壁部材は左端側から1段目(左側壁、中壁)、右側壁のみ右端側から1段目と考えて下さい。
次に、この1段目からn段目の入力欄に、どの鉄筋No.を当てはめるのかを指定して下さい。画面右側の表で定義している鉄筋データNoを入力します。上縁かぶり、下縁かぶりの位置についてはこの画面右側の表で入力します。上縁かぶり、下縁かぶりの定義については、画面ヘルプボタンの説明を参考にして下さい。

2.常時または地震時の計算関連

部材の非線形特性について

部材の非線形特性は、ファイバーモデル、または、M-φモデルのいずれかを選択可能です。(Ver2より)
非線形解析の手法は、荷重増分によるプッシュオーバー解析を行っています。

底版の杭全体を一括して、杭基礎として設計する方法について

揚排水機場プログラムでは、各杭頭部の反力が得られます。これらの反力を使用して杭群全体の合力を手計算で算出する必要があります。
次に、この合力を使用して「杭基礎の設計」側で「作用力を指定してレベル2地震時照査を行う」等を行って下さい。
(なお、揚排水機場の底版は橋脚や橋台などのフーチングとは剛性が違い、剛体基礎扱いとは見なせないと考えられる場合は、各杭1本ごとに杭頭作用力を使用して設計を行う方が良いと考えます。)

底版全体の杭群反力は、次のように求めてください。
(1)水平反力
  H=Σ(RXi) i=1,設計方向の杭本数n
  ここに、RXi:計算結果-杭頭反力-水平反力(RX)の値。
  この反力値は設計方向に直交方向の杭1本当たりなので、設計方向に直行方向の杭本数を掛けて底版全体の反力として下さい。
  反力の向きは、プラス値=全体座標系の+X方向、マイナス値=全体座標系の-X方向 です。
(2)鉛直反力
  V=Σ(RYi) i=1、設計方向の杭本数n
  ここに、RYi:計算結果-杭頭反力-鉛直反力(RY)の値。
  この反力値は設計方向に直交方向の杭1本当たりなので、設計方向に直行方向の杭本数を掛けて底版全体の反力として下さい。
  反力の向きは、プラス値=全体座標系の+Y方向、マイナス値=全体座標系の-Y方向 です。
(3)回転反力
  M=-Σ(RXi*Yi)+Σ(RYi*Xi)+Σ(RMi) i=1、設計方向の杭本数n
  ここに、RXi:計算結果-杭頭反力-水平反力(RX)の値。
  Yi :底版下面中心から杭iの杭頭までの鉛直距離(+Y方向にプラス値、-Y方向にマイナス値)
  RYi:計算結果-杭頭反力-鉛直反力(RY)の値。
  Xi :底版下面中心から杭iの杭頭までの水平距離(+X方向にプラス値、-X方向にマイナス値)
  RMi:計算結果-杭頭反力-回転反力(RM)の値。
  この反力値は設計方向に直交方向の杭1本当たりなので、設計方向に直行方向の杭本数を掛けて底版全体の反力として下さい。
  反力の向きは、プラス値=反時計回り、マイナス値=時計回り です。

残留変位に対する照査は可能か

現状バージョンでは、「河川構造物の耐震性能照査指針(H24)」4.5.1の解説文の記載に基づき、残留変位が発生しないよう構造物に生じる応力度が降伏応力度以下であることを照査すること、に代えております。
プログラムでは非線形解析の最終ステップにおいて、すべての部材モーメント(Md)が初降伏モーメント(My)以下であることを確認できるよう、断面照査位置でのMd、Myを出力しています。

許容応力度法と限界状態設計法による照査を任意に切り替えることは可能か

「河川構造物の耐震性能照査指針(H24)」の記載にしたがい次のようになります。
常時の設計については、許容応力度法になります。
レベル1地震時、レベル2地震時の設計については、耐震性能1~3の設定条件にしたがっての設計法となります。
耐震性能1の場合は、線形解析・許容応力度照査となります。
耐震性能2または3の場合は、非線形解析・部材の耐力照査となります。

構造計算は、壁式ラーメンですか、柱梁式ラーメンですか

現状バージョンは壁式ラーメンでの設計になります。機場本体部における水路直角方向の版部材で囲まれるラーメン構造を想定しております。
柱梁式ラーメンでの取り扱いは将来の検討課題とさせて頂きます。


 >> サポートページ 揚排水機場の設計計算 Q&A集

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