プレートガーダーのウェブせん断座屈シミュレーター

橋梁の鈑桁（プレートガーダー橋）：道路橋・鉄道橋でもっとも多用される桁形式が、鋼板を溶接で組み立てたプレートガーダーです。支点付近はせん断力が最大になるため、ウェブの座屈が支配的になります。設計では支点側ほど補剛材間隔を詰めてパネルを正方形に近づけ、座屈応力を確保します。スパン中央は曲げが支配的でせん断が小さいため、補剛材間隔を広げてコストを下げる、というメリハリのある配置が一般的です。

建築の大スパン梁・トランスファーガーダー：体育館・工場・商業施設などの大空間を支える鉄骨梁や、上階の柱を受けて荷重を別の柱に振り替えるトランスファーガーダーには、背の高い溶接組立桁が使われます。これらも本ツールと同じウェブせん断座屈の照査が必要で、開口（配管・ダクト用の貫通孔）を設ける場合はパネル分割と補剛が一層重要になります。

クレーンの走行桁（クレーンガーダー）：天井クレーンが走るレールを支える桁も典型的なプレートガーダーです。クレーンの移動でせん断力の作用位置が変わり、繰り返し荷重を受けるため、座屈と疲労の両面からウェブと補剛材を検討します。集中荷重が走る位置では、ウェブの局部座屈（パッチング）にも注意が必要です。

設計照査と既設橋の点検：既設のプレートガーダー橋では、ウェブに斜めの面外変形（座屈の痕跡）が残っていることがあります。本ツールのような弾性せん断座屈応力の概算で、現状の補剛材配置が座屈に対してどの程度の余裕を持つかを当たりづけし、補強（補剛材の追加）の要否を判断します。詳細には初期不整や残留応力を考慮した非線形FEM解析と併用します。

まず多いのが、「ウェブはせん断降伏で決まる」と思い込むことです。圧延H形鋼のようなウェブが厚く背が低い梁では確かにせん断降伏で決まりますが、プレートガーダーのようにウェブが薄く背が高い桁では、降伏する前に弾性せん断座屈が起きて、それが強度を支配します。本ツールで τ_cr と τ_y を比較すると分かるように、ウェブのスレンダー比が大きいデフォルト条件では座屈応力 τ_cr のほうが小さく、座屈が支配モードです。「ウェブ断面積 × せん断降伏応力」だけでせん断耐力を求めると、危険側に過大評価します。

次に、「補剛材を入れさえすれば座屈しない」という誤解。中間補剛材はウェブをパネルに分割して座屈係数 k_v を上げる効果がありますが、補剛材自体にも十分な剛性と強度が必要です。剛性の足りない補剛材は座屈時にウェブと一緒に面外へ逃げてしまい、パネル分割の効果が出ません。また、せん断座屈は補剛材間隔 a だけでなくウェブ厚 t_w にも強く依存します。t_w が薄すぎると、補剛材をいくら詰めても座屈応力は上がりきりません。補剛材間隔とウェブ厚の両方をセットで決めることが重要です。

最後に、「弾性座屈応力がそのまま終局耐力だ」と考えること。本ツールが計算するのは、初期不整のない理想的な平板の弾性せん断座屈応力です。実際のウェブには製作時の初期面外変形や溶接残留応力があり、座屈はやや低い応力から「ゆっくり」始まります。一方で、座屈後にはパネル対角線方向の張力場作用という予備耐力もあり、終局耐力は弾性座屈応力より高くなることもあります。弾性せん断座屈応力は、補剛材配置を決める「目安」「しきい値」として使い、終局設計では各国基準の規定式や非線形解析で確認するのが実務です。