消しゴムでわかる事

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初版 2002/12/19  最終更新日 2003/2/2

目次



 
はじめに
 変形を初めて考える時にあまりイメージが湧かないのは、コンクリートや鉄が人間の力から比べると「硬い」からだと思います。消しゴムに弾性があるように、コンクリートや鉄にも同じように弾性がありますので、構造体を消しゴムに例えて考ると解り易くなります。

力学系の試験問題で解く時に重要なポイントは的確な支点反力の方向と、曲げモーメント図のイメージです。
消しゴム
ホルダー消しゴム

ホルダー形消しゴム

 
曲げ変形 (1)
曲げモーメント図は引張側に書く

【知識】
右図の曲げ変形を、部材の上側と下側に分割して考えると片方は圧縮の軸力があり、もう一方は引っ張りの軸力があるという事です。

ゆえに、曲げ変形はヤング係数(E)(軸方向弾性係数)が関係しています。
曲げ変形

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曲げ変形 (2)
曲げモーメント図は引張側に書く

【知識】
ねじりモーメント(MT)が作用すると変形のイメージが少し掴みにくくなってきますので、消しゴムにこのような力を与えて実感してみて下さい。

支点反力の方向と曲げモーメント図の概略が書けるようになると試験問題の守備範囲はかなり広がります。
曲げ変形

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せん断変形 (1)
時計回りが(+)反時計回りが(−)

右図のようにせん断力が作用すると平行四辺形に変形し、これをせん断変形といいます。

【知識】
せん断変形に関係する数値は、せん断弾性係数(G)で横弾性係数とも呼びます。

右図のような単純ばりも「曲げによるたわみ」と「せん断変形」が同時に発生しますが、通常の場合せん断変形は考慮していません。
せん断変形

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せん断変形 (2)
右図のように軸がねじられると、軸はねじられながらせん断変形します。

【知識】
このせん断変形も、せん断弾性係数(G)が関係します。

S造の場合、円形断面の部材以外(H形、溝形など)はねじり応力に弱く、変形量が大きいので常識では負担させません。

RC部材は実務でも時折、軽微なねじり応力を負担する場合があり、建築学会から検討式が出ています。

せん断変形

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軸方向変形
引張が(+)圧縮が(−)

【知識
軸方向変形はヤング係数(E)(軸方向弾性係数)が関係しています。

軸方向に変形する時に、横方向も細くなったり太くなったりし、軸方向の変形量(ひずみ)に比例します。
この比率をポアソン比(ν)といいます。
軸方向変形

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