張力材により安定化補剛される構造システムの形態解析: 構造モデルと解析手法の提案

摘要

This paper presents a numerical method for stabilized and stiffened structural system by tension members. In these structures, it is generally difficult to controla shape and prestress because of high dependency between them. Our proposal model has similar features of these systems, and we find the resisting structural form efficiently for compression occurred by prestressing. Our analytical approach is to divide a structure into two groups which are instable system and statically indeterminate system. We formulated equations of stabilizing process in each group, and showed some results of fonn-finding. Next, we present geometrically nonlinear analysis with prestress by FEM. This analytical model stiffened by prestress and it is important to consider the geometric stiffiiess. These shapes of structures become a unique shape under the specified deformations. Therefore, we can obtain the surface of strain energy, and showed the surfece of strain energy. We focus a form-finding analysis and optimization for these structures in this paper.%本研究は，張力材により安定化補剛される構造システムおよび構造形態解析手法に関する提案を行う.張力材により安定化される構造システムとは，テンセグリティやケーブルドームに代表される構造システムが举げられ，これらは一般的に構造形態と部材の応力状態が不可分な関係にあり，張力導入により安定化される形態や，形態から求められる張力導入のための自己釣合軸力を算定する必要がある.軽量かつ張力導入による高剛性を期待でき，浮遊感のある空間構造の魅力を持つ事から，これまでに多くの研究成果が挙げられている.ケーブルドームや張力安定トラスは剛性を持たない不安定構造システムに張力材の初期張力により剛性を付与し，安定化を実現している.一方で張弦粱やテンセグリックドームは安定であるものの比較的剛性が低い構造システムに対し，同様に張力材の初期張力により鋼性を高めることを実現している.一方で，張力材により安定化補剛される構造システムの既往研究において，指定された導入張力に対する形状決定問題に関する研究は多数提案されているが，導入張力をパラメータとし，それにより形成される構造システムの形状や曲面形状の力学的な最適性について論じられるものは少ない.したがって，本研究では同様の力学特性を持ちながら，曲面形状を形成しやすい新たな構造モデルを提案し，その形態解析手法を示すとともに，得られた形態が持つ力学指標を導出することで，解形態の特性や提案手法の妥当性の検証を目的とする.