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角パイプ片持ち梁の許容加重とたわみ量
- 無限大の強度を有する完全剛体壁面に溶接された、断面サイズ40mmX40mm、長さ300mmの角パイプ片持ち梁の先端に200Kgの集中荷重をかけたいのですが、可能でしょうか？
- 可能な場合、角パイプの厚みおよび材質は何でしょうか？また、たわみ量はどの程度でしょうか？（あまり高価な材質でない方がありがたいです。）
- 全周溶接の場合と両サイド溶接のみの場合とでは、強度差はどの程度でしょうか？製作を依頼する場合、どういったところにお願いすればよいでしょうか？
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□40xt3.2と仮定すれば Z1=5.356x10^3 mm3 となる σb=200*9.80665*300/5356=109.9 N/mm2 < 156 OK？ ・・・せん断応力は此処では面倒なので省きます・・・ 溶接脚長を仮に5とすると □47x□40の断面のノド厚での断面積となる 従って Z2=8.226x10^3 mm3 となる(Z2>1.5*Z1) σw=200*9.80665*300/8226=71.6 N/mm2 < 140 OK？ ＋＋＋＋＋ ちなみに脚長を回答(2)のように3mmとするならば □44.2x□40の断面のノド厚での断面積となる 従って Z2=4.39x10^3 mm3 となり σw=200*9.80665*300/4390=134.1 N/mm2 < 140 OK τw=200*9.80665/(40^2-33.6^2)=4.2 < 80 OK σwe=(134.1/140)^2+(4.2/80)^2=0.93 < 1.0 OK しかし疲れ強さや衝撃荷重を考慮した場合には 十分な脚長とは言えないし少ないビードでは、 却って施工も難しい。また「すみ肉」も不安が残る。 やはり重要な部分は開先を取り完全溶け込みとしたい。 ＋＋＋＋＋ どうせ計算してあげるならば、最低これくらいが必要。 計算してみましたなどという無責任な投稿はダメだろう？ 私は、計算して見せてあげることも稀には必要だと思う。 しかし嘘や誤回答のまま残してはいけないと思っています。 以上・・・参考まで こんなんササっと出来ないようでは、実務では使えない設計士となるだろう。 たわみ量はどの程度でしょうか？【Ｑ２】・・・。！・・・・・・・・・・
まず【Ｑ３】について・・・ 荷重の条件にもよりますが、両サイド溶接のみである場合、応力集中が発生して強度が格段に落ちる危険性があります。 （完全剛体という仮定を無視してますが、角パイプの溶接相手の剛性が低いとありえます。） そしてＱ１については、判断基準をどう定めるかが大事であり、それは各社で定めるノウハウ的なものだと思います。 Ｑ２も、たわみをいくつ以内に押さえたいかはむしろ設計における入力条件です。（もちろん出力になることもありますが） 全般的に専門書で語れるようなものでなく、各分野によって異なる、実地の知識が必要な質問だと僕は思います。 実務に従事されている方のご意見は、「この質問は本だけでは回答できない」というものじゃないでしょうか・・・
> 断面ｻｲｽﾞ40mmX40mm、長さ300mmの角ﾊﾟｲﾌﾟ片持ち梁の先端に200Kgの集中荷重をかけたいのですが、 > 可能でしょうか？ のｽﾀｰﾄ内容からの展開は、一流設計士？の持ち分より、機械工学の一般教養で、 学校で習う内容が大部分。 それを、一流設計士？の内容を持ち出すと、かえって混乱のもと。
古い質問で閉じられて居なかった。あの"方"の間違いを訂正して歩いている。 片持はりの許容たわみは、クレーンではスパンの2/100以内のたわみという規定 が参考にはなるが、より厳しいのは鉄骨梁の片持ち梁では1/250 以下の規定有り 要は強度よりも剛性(振動など）計算の方が問題になることが多いのだが、今回 の質問はスパンと言っても300mmしかないのでは・・・意味が余り無いかもん 荷重点には難しく言うなら角パイプの局部座屈つまり、部分的な潰れを考慮する 必要がある。また屋外か屋内かも分らないし実際の設計では錆も考慮しないと なりません。そう言った意味から如何にも素人っぽい質問には違いない。 溶接部の強度計算をしたことも無い人間には怖くて教えられたものではないが、 ＞無限大の強度を有する完全剛体壁面に溶接された・・・何とも、大袈裟かつ 試験問題みたいだが・・・ ヒントだけ。断面二次モーメントは、溶接部にだって適用できるのであるから 厳密にその応力を計算することが出来るし、計算書だって提出可能である。 以上は2流以上？の一人前の機械設計士でなければ解けないだろうと思われ る。ちなみに我社では私以外には、できないだろうと思う。。。 高専を出ても努力無しでは、全く進化せず役立たずのダメ設計士になります。 【Q3】について、誰も明確な回答をされていなかったようなので2流の私が投稿
【Q1】 40?×40?、長さ300?であれば、材料がＳＳ系以上かニッケルクロム 鋼材以上の強さであれば問題ないと思います。 計算式は【Q2】 【Q2】 片もち梁の計算は以下のようになります。 変位量＝-（Ｗ×Ｌ^3)／(3×E×Ｉ) 式１） Ｗ：集中荷重、Ｌ：長さ、Ｅ：材料の縦弾性係数、Ｉ：断面二次ﾓｰﾒﾝﾄ Ｉ＝（ｂ×Ｈ^3）×1／12 ｂ：幅、Ｈ：高さ 式２） 式１）と式２）から ＳＳ４００ ：０．４? ＳＮＣ２３６：０．４? アルミニウム合金：1? です。よって材料によっても変わります。 上記の式から、材料を変えてみて下さい。 【Q3】 上記はあくまでも一体ものとの計算ですので、全周溶接と仮定して います。全周溶接でない場合は当然上記より変位量も大きくなり、 両サイドの溶接部にも荷重が集中すると思います。 【Q4】 なんともいえませんので、Webでいろいろ探してあたってみては
課題に直面したら、その専門書を購入して、自らも確認して下さい。 そうしないと、毎回人に確認を依頼する事になりますよ。 相談内容は、基本中の基本です。 専門書の例題に、類似内容は、多分掲載されています。
角パイプではなく角材を使いましょう。 それでたわみは0.4mm、曲げ応力も580kg/cm2で安心です。 すみ肉脚長3mmの場合、全周の方が7倍強いです。 全周で7.6kg/mm2なので全周でなければ無理です。
私は現場サイドの人間で、強度計算などは出来ませんが。 【Ｑ１】屋内であれば可能かと思います。（角パイプは断面形状が変形すると極端に強度が落ちるので、出来れば型鋼をお勧めします。サイズ的に角パイプをお使いになるのであれば、リブ、または筋交いを付けられた方が無難だと思います。） 【Ｑ２】経験的なカンで申し上げますと鉄パイプで４．５ｔは必要だと思います。（手配が難しいかもしれませんが） 【Ｑ３】 溶接は全周溶接でしょう。両サイドの溶接のみでは溶接の上端部に応力が集中してしまいます。 もし、二面のみの溶接にするのであれば上下二面の方が応力集中を避けることが出来ます。（極力、二面溶接は避けた方がいいでしょう。） 【Ｑ４】制作上の注意点ですが屋外に設置されるのであれば出来れば角パイプは避けるべきです。パイプの内部から錆が発生してしまいますから。 それと角パイプの壁面側にリブ付きのベースプレートを取り付けると壁面に対しての応力集中を避けることも出来ますし壁面に対しての取り付け作業も楽になります。 蛇足ながら、「吊り下げる」と言うことで気になるのはパイプに付ける吊具の取り付けですが、板状の吊具をパイプの下面にパイプと平行に直に付けますと断面形状が変形する危険があるので避けて下さい。
お礼
アドバイス、ありがとうございます。 4.5tは入手がむつかしいかもしれませんが、できるだけ肉厚にしたいと思います。 また、「錆び」については全く考慮していませんでした。一応、屋外ではないのですが、防錆対策はしたいと思います。