単管パイプで補強する場合は引張力に期待するか?圧縮力か?

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[mathjax]

足場などを組んでいて、「ちょっと弱そうだな。」と感じたり
「ここ通路にしたいからスパン飛ばそう」とか考える事って有るよね。

 

その時に上司などに相談すると

「そんなの単管パイプで補強しとけよ!」

と言われてオシマイ。という人もいるはず。

 

「でも、単管パイプで補強するって効果的な方法ってあるの?」

という疑問にぶち当たるはず。

 

恐らく、タイトルを呼んで興味を持ってくれたあなたも
同じ気持ちじゃないのかな?

 

そこで

今回は単管パイプの効果的な補強方法についてお伝えしていくよ。

 

最初に結論から言うと

圧倒的に単管パイプの「引張力」に期待したほうが有利。

 

なぜなら

単管パイプで補強する場合で引張力に期待する場合は、
補強したい部分と、強固な部分(例えば足場を浮かす際は、
地上から足場を建てている等、構造的に安定している部分)
とをクランプでつなぐのが一般的。

 

すると

単管パイプのような細長い鋼管は、限界耐力まで
ほぼ変形せずに力を存分に発揮できるからである。

 

しかし

下から単管パイプで突いて補強する場合は、
単管パイプに過度な力を掛けると「座屈」してしまうから。

ちょうど、細長いストローなどを両側から力を加えると
「クニッ」と曲がってしまう現象のようになるから。

 

しかも

圧縮力に頼る場合は、「座屈の検討」という余計な仕事が
増えてしまうので、楽するためにも引張力に頼ろうね。

 

ちなみに

「座屈の検討ってどうするの?」

という疑問に答えるために簡単に解説しておく。

 

まずは、部材に掛かる軸力を\(N\)、部材の断面積を\(A\)とすると
圧縮応力度\((\sigma_c)\)は

$$ \sigma_c = \frac{N}{A} (N/cm^2) $$

となる。

また単管パイプにかかる許容圧縮応力度\((f_c)\)は、
座屈長さ\((l_k)\)と、断面2次半径\((i)\) より、

$$ 細長比(\lambda)  \lambda = \frac{l_k}{i} (cm) $$
$$限界細長比(\Lambda) \Lambda = \sqrt{\frac{\pi^2 E}{0.6F}} $$
ただし、単管パイプのヤング係数\((E)\)、F値\(F=35.3(kN/cm^2)\)とする。

更に
$$安全率(\nu) \nu = \frac{3}{2} + \frac{2}{3} {\left ( \frac{\lambda}{\Lambda} \right )}^2$$

より

$$ f_c = $$
$$\frac{1-0.4 {\left ( \frac{\lambda}{\Lambda}\right )}^2 }{\nu} \times F   (\lambda \leq \Lambda) $$
$$\frac{0.277F}{{\left ( \frac{\lambda}{\Lambda} \right )}^2}   (\lambda > \Lambda) $$

となる。

この\(f_c\)が圧縮応力度\((\sigma_c)\)以下であればOKなのだ。

 

ここで

1つポイントを付け加えると、圧縮の場合は支点間距離が
長ければ長いほど小さな荷重で座屈をしてしまう。

 

だから

中間に水平材などで支点を新たに設け、支点間距離が半分になると
耐力は感覚的に4倍近くになるからね。

 

つまり

単管パイプで足場を補強する場合は引張か圧縮かどちらに期待するか?
という問題に対しては、どちらでも対応可能な場合は圧倒的に
「引張力」に期待すべきである。

 

なぜなら

単管パイプと言うものは、圧縮力を掛けていくと非常に座屈しやすい反面
引張力に関しては限界耐力までほとんど形状が変化しないから。

ちょっとしたことかも知れないけど、知っていると知らないの
ほんの少しの差が、事故などの命運を分ける大きな結果に
なるかもしれない。と私はいつも感じているよ。

あっそうそう

こちらで、私がブログでいつも書いている内容より
ほんのちょっと踏み込んだ本音を発信しているよ。

興味の有る人は無料なので是非参加して欲しい。

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