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締切り済みの質問

一番重さに耐える橋

中3です!

実は学校でちっちゃくて細い木のスティックで橋をつくるんですが....
一番、重さに耐えられる橋のデザインやタイプってなんですか??
一応8kg以上です!

名前や構造などを教えていただければたすかります!
お願いします!

投稿日時 - 2014-12-23 22:38:28

QNo.8868370

困ってます

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回答(3)

ANo.3

大会が行われているので、それを参考にすべき。
パスタ橋
http://www.fml.t.u-tokyo.ac.jp/pasta/

つまようじ橋
http://homepage2.nifty.com/SUBAL/BCindex.htm

材料による違い:
パスタ橋:材料1本でも橋となるかも。どの道、つなぎ部分は弱点ではない。
つまようじ橋:材料をつながないとダメ。つなぎ部分が弱点となる。

あと、レギュレーションに注意。

橋の支え方:
台の上に置くだけ。
台の上と横で支えてよい。

重量の掛け方:
・橋の中央に全重量をかける。(パスタ橋、つまようじ橋に共通なレギュレーション。)
・橋の全長にわたり均等(現実の橋)

で、大会結果の優勝作品。

台の上と横で支えてよい+つまようじ
逆V型。2003年以降の全作品。部材をどう作るかの勝負になってしまっている。

台の上だけで支える+つまようじ
曲弦トラス(?)。1998年作品。(横で支えていない中での最強。)

パスタ:
横で支えるかどうかは、あまり影響しない(ようにみえる。)
レギュレーションが頻繁に変わる。
構造的にアーチ不可。

キングポストトラス(第8回。台の上だけで支える)
逆V型(第 14回。台の横でも支える)
曲弦トラス?(形容しずらい...)(第15回。台の上だけで支える)

以上より、
・橋の中央に全重量をかける前提で。
横で支えていいなら逆V字で確定。
上だけの支えなら、キングポストトラス推奨。なお、上下ひっくり返したキングポストトラスも推奨。(どこを強化するか、上下ひっくり返すことで全く異なるので注意。また、接合部を如何に頑丈に作るかが関係することにも注意。)

現実の橋。
吊橋>斜長橋>トラス=アーチ>桁橋。

投稿日時 - 2014-12-27 11:33:30

 考えようによっては、最強の橋の構造形式はある意味明らかです。どんな荷重を受けても壊れないように、中実大断面であれば良い訳です。

 しかし現実は重力下での架橋になるので、とほうもない中実大断面の橋は不可能になります。中実大断面であればある程、自重が過大になって行くからです。

 しかし今回は細い木のスティックを用い、かつ何10mという橋を造る訳じゃありません。とすれば、ありったけのスティックを使って、接着剤を塗りたくって塊にし、それなりの中実大断面を造ってやれば、最強にならないはずがありません。何故なら、同じ形なら自重はスケールの3乗に比例して減少しますが、材料強度はスケール依存しないからです。

 ここから言える事は、現実の構造物は「自重との闘いだ!」という事です。

 という訳で現実の構造物の特性を反映するために今回の課題には、材料量の制限等が課せられていると思います。例えば材料量の制限は、自重が過大にならない制約条件と同じです。そうすると最軽量かつ最強という、相矛盾した目標を立てる事になります。

 上記の目標に沿って考えられてきたのが、トラス橋や吊り橋です。例えばトラス橋では、トラス部材の接続を添接板とボルトで行います。トラス母材と同等な強度になるように、添接板の厚さやボルト本数を決めます。添接板の厚さやボルト本数は、今回は接着剤の強度などになると思います。

 そのような事を全て勘案して、トラス部材に対する作用力を求め、全体系の構造計算を行い、荷重に対する最適なトラス形状を決めます。・・・と言いたいところなのですが、面倒なので現実には、最適化計算は全然行わないのが普通です。標準形状で済ませます(^^;)。

 最軽量かつ最強を目標とした理論的な最適化計算は、たぶん手に負えないものになります。なので構造形状はあなたのセンスになります。でもトライアンドエラーの簡易な構造計算はたぶん必要ですよ。

 「良い構造は、見た目にも美しいし計算上もスマートなものだ」と誰かが言ってました。本当だと思います。たぶん「力の流れ」を見た結果です。

  http://www3.jeed.or.jp/niigata/college/event/contest13/0928/index.html

・・・良い形だなぁ~(^^)。

投稿日時 - 2014-12-25 19:58:16

ANo.1

>一番、重さに耐えられる橋のデザインやタイプってなんですか?
長さ、高さの制限、使う木の太さ、木以外の材料(接着剤など)、荷重のかけ方、支持方法、によって違います。

>名前や構造などを教えていただければたすかります!
既存の構造が最強とは限りません。

例えばこんなのを参考に考えてみましょう。
http://www3.jeed.or.jp/niigata/college/event/contest13/0928/index.html

優勝作品は、凸レンズ形の形状です。これは上がアーチ、下が吊り橋、の力学特性を組み合わせたものです。上下の曲線の比率が微妙ですね。うまく調整されています。

しかし、専門家から見ると、この形も最強とは言えません。まだまだ工夫の余地はあります。

投稿日時 - 2014-12-25 11:13:50

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