横座屈（曲げねじり座屈） — トラブルシューティングガイド

横座屈は他の座屈に比べて「見た目の結果が合っているように見えて実は間違っている」ことが多い。注意すべきポイントを見ていこう。

横座屈で最も多いトラブルだ。原因チェック：

• 梁要素でワーピング自由度を考慮していない — $C_w$ 項がゼロになり、$M_{cr}$ が低くなる
• 端部のワーピング拘束が間違っている — ワーピング自由とワーピング固定で $M_{cr}$ が20〜30%変わる

教科書の理論式（上で示した式）は両端ワーピング自由を仮定している。実構造では溶接のダイアフラムやスチフナーでワーピングが拘束されることが多く、実際の $M_{cr}$ は理論式より高い。FEMで理論式と合わせるなら、端部のワーピングDOF（DOF 7）を自由にすること。

理論式の基本形はせん断中心に荷重が作用する前提だ。FEMで上フランジに荷重を与えると、偏心効果で $M_{cr}$ が低下する。逆にせん断中心に荷重を与えれば理論式と一致するはず。

シェル要素でH形鋼をモデル化した場合、フランジとウェブの接合部でフィレット（丸み）を無視しているため、ねじり剛性が過小評価され、$M_{cr}$ が理論より低くなることがある。

フィレットはサン・ブナンねじり定数 $J$ に10〜20%寄与する。大きくないように見えるが、$M_{cr}$ は $\sqrt{GJ}$ に比例するため、5〜10%の $M_{cr}$ の差になる。精密な比較をしたいなら、フィレットをソリッド要素でモデル化するか、$J$ の値をフィレット込みの理論値に修正する。

薄肉断面（特にClass 4断面）では、フランジやウェブの局所座屈が横座屈より低い固有値を持つことがある。

対策：

1. 求めるモード数を増やす — 30〜50モード

2. モード形状を目視で横座屈を探す — 断面全体の横移動とねじりが見える変形

3. 梁要素で全体モデルを作り直す — 横座屈だけを抽出

4. CUFSMで半波長スキャン — 長波長側に横座屈が出る

以下を確認：

• 拘束点で何を拘束しているか — 横変位だけでなく、ねじりも拘束しないと効果が限定的
• 拘束の剛性は十分か — バネ定数が小さすぎると座屈モードが拘束点を乗り越える
• 拘束する位置 — 圧縮フランジを拘束しないと意味がない。ウェブ中心の拘束は横座屈に対してほぼ無効

ウェブの中心やせん断中心で横変位を拘束しても、圧縮フランジはまだ横に逃げることができる（ねじり変形を介して）。圧縮フランジの位置で横変位を拘束するか、断面のねじりを拘束することが必要だ。

$C_b = 1.0$（等モーメント）で設計するのは最も保守的だ。実際のモーメント分布（例えば中央集中荷重で $C_b = 1.32$）を使えば、横座屈耐力が32%上がる。$C_b$ を使わないことは安全側だが、無駄に太い梁を使うことになる。

$C_b$ の式は弾性横座屈に対するものだ。非弾性横座屈域では $C_b$ の効果が減少する。設計コードでは $C_b \cdot M_{cr}$ が $M_p$ を超えないようにキャップする規定があるので、正しくコードに従えば過大評価にはならない。

• $M_{cr}$ のずれはワーピング条件と荷重作用位置を確認 — 最も多い原因
• シェルモデルではフィレットの影響に注意 — ねじり剛性が10〜20%変わる
• 局所座屈が先行する場合はモード数を増やす — 横座屈モードを探す
• 横拘束は圧縮フランジを拘束すること — ウェブ中心の拘束は無効
• $C_b$ を正しく適用して過剰設計を避ける — ただし非弾性域に注意

その通りだ。横座屈は「梁の座屈」としてシンプルに見えるが、ねじりとワーピングの物理がわかっていないと、FEMの設定を間違えやすい分野だ。