報告書番号

SS25002

タイトル（和文）

立体骨組解析を適用した送電用鉄塔の設計支援システムTAFSLの開発

タイトル（英文）

Development of a design support system TAFSL for transmission towers using three-dimensional frame analysis

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背　　景
送電用鉄塔に対しては、国や民間の基準に準拠して、想定される自然外力に対応する設計がなされるとともに、これまでの経験に基づき、対策や設備強化が都度講じられてきた。一方、2022年度に改正された電気学会規格「送電用鉄塔設計標準JEC-5101」（以下、改正JECと称する）は、鉄塔に発生する応力の算定において、従来の平面解析に代わり、より実態に即した評価が可能な、立体骨組解析を推奨している。このため、改正JECへの対応として、立体骨組解析に基づく鉄塔設計手法が必要となった。
目　　的
改正JECに準拠した、立体骨組解析に基づく送電用鉄塔の設計システムを開発する。
主な成果
1. システムの基本設計
送電用鉄塔を対象に、①送電用鉄塔の簡易発生軸力評価プログラムTCLOAD2による改正JECに準拠した設計荷重の算定、②立体骨組モデルの作成、③CAFSS[1]による解析の実行、④その結果に基づく部材断面力の照査、および⑤強度不足の部材の更新、の一連の処理フローを提案し、TAFSSL（Tower、Analysis、Frame、Space、System、Load）としてシステム化した。
2. 立体骨組モデル作成ルーチンの開発
既往の平面解析に基づく設計条件の入力と、システムに実装したデータベースからの結構パターンの選択により、立体骨組モデルを作成するルーチンを設けた。これにより、平面内にある結構の部材接続点に対し、パネルの高さと幅の入力値が考慮され、射影変換に基づいて3次元的な座標値が生成される。こうした立体骨組モデルでは部材の偏心を無視し、重ね継手において生じる偏心曲げモーメントは、別途算定、付加する仕様とした。
3. 影響線マトリクスの重ね合わせアルゴリズムの提案
照査過程の効率化のため、CAFSSによる部材断面力の算出に関し、立体骨組モデルの荷重節点に単位荷重を作用させる解析を予め実行し、その結果として得られる影響線マトリクスを設計荷重に応じて重ね合わせるアルゴリズムを提案、採用した。この方法は、立体骨組解析の実行ケース数を大幅に減らす効果もある。
4. 試設計によるシステムの動作確認
500kV山形鋼鉄塔を対象に、具体的な設計条件として、鉄塔の寸法指定、結構および部材の選択など、TAFSSLの操作過程を示し、部材断面力の算定と安全率照査により強度不足の部材が更新され、システムが正常に動作することを確認した。
今後の展開
結構その他のデータベースを拡充し、システムの適用範囲拡大と操作性向上を図る。

概要 （英文）

The transmission tower design standard JEC-5101, revised in fiscal year 2022, recommends three-dimensional frame analysis for calculating stresses in towers. This approach enables more realistic evaluations than conventional planar analysis. Consequently, tools that facilitate tower design based on three-dimensional frame analysis have become necessary. This study proposes a processing flow for transmission towers: setting loads using TCLOAD2, performing three-dimensional frame analysis using CAFSS, verifying member section forces based on the results, and updating members with insufficient strength. This flow was systematized as TAFSL. The system incorporates a routine for creating a three-dimensional frame model by inputting design conditions derived from conventional planar analysis and selecting structural patterns from a database implemented within the system. Furthermore, to enhance verification calculation efficiency, an algorithm was proposed and adopted for calculating member section forces using CAFSS. This involves pre-executing an analysis by applying unit loads to the load nodes of the 3D frame model and then superimposing the resulting influence matrix according to the design conditions. This method also significantly reduces the number of 3D frame analysis cases required. As a trial design, the operation process of TAFSL was demonstrated, confirming that members with insufficient strength were updated through member section force calculation and safety factor verification, and that the system functioned correctly.

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