構造力学を学び始めてから早い段階で出会うのが、「断面力」という存在です。この断面力、あまり構造力学になじみがなければイメージが難しいかもしれません。この断面力、構造物の設計をする際にはわかっておかなければならない存在です。単純梁を考えてみます。この単純梁、簡単のために線だけで描かれていますが、実際の構造物ではいろんな断面の形が考えられます。図のように、線の途中でスパッと切ったときに見える面を断面と言います。図ではただの長方形の断面ですが、実際の構造物ではいろんな断面があります。この断面に働く力が「断面力」です。世の中の材料は分子と分子が引っ付いて、ひとつになってできています。断面力は、その材料が離れ離れにならないように働いてくれているんです。部材の外から力が加わる「外力」に対して、断面力は部材の内部に働くので「内力」と言われています。この断面力、具体的にはどのような「力」なのか、説明していきましょう。断面力には3つの成分があります。(今回は平面上で考えるため、ねじりモーメントについては考えません。)その3つの成分とは、下の3つです。moment)それぞれ、軸力=N、せん断力=Q、曲げモーメント=Mと表され、下のような図で表現されます。構造物設計の際には、座屈に対する安全性を判断する際にこの軸力を取り扱います。梁は曲げに抵抗する部材なので、基本的には軸力を問題にすることはありません。ちなみに、構造力学では通常引張側を+として扱う場合が多いです。コンクリート工学では反対で、圧縮側を+として扱うことが多いですね。これは、構造力学では圧縮よりも引張に強い鋼材料を想定しているのに対し、コンクリートは圧縮に強く引張に弱いという特徴があるからなんです。Q部材軸に垂直にかかる力で、部材がずれるような変形に抵抗します。軸力と比べてあまりイメージがつきにくいのですが、はさみで紙を切るときなどに紙にかかっているような力(変形)をイメージしてもらえるといいと思います。せん断力は、断面が右下がりの変形をする方向を正とします。構造物設計ではせん断力の正負が問題になることは少なく、その絶対値を相手にすることが多いのですが、正負の表現の仕方は右下がり変形を正というのが一般的なので、覚えていきましょう。M部材が回転するような変形に抵抗するものです。断面力と言いながら、3つのうちこの曲げモーメントだけ力(force)ではありません。単位は[N・mm]などがよく用いられ、力×距離で算出されるものです。曲げモーメントは、下の凸の方向に曲げるモーメントを正、反対を負とします。余談ですが、曲げモーメントはせん断力を距離で積分したものとなります。「モーメント」という言葉も概念がわかりにくいので、ピンとこない方は以下の記事を参考にしてください。モーメントとは?-曲げモーメント、断面二次モーメント・・・何者かわかりにくいモーメントという存在について力でもなければエネルギーでもない、概念的には非常に理解しづらい「モーメント」について、その概念と、関連する物理量について、なるべく数式を使わずにまとめました。bonperson-civil.com断面力の求め方では、実際に断面力を求めてみます。VA、VB、HAについては、力のつり合いとモーメントのつり合いで簡単に求めてしまいましょう。HA=0次に、断面力を求めてみたいと思います。ところが、断面力は部材を切る位置によって変わってきてしまいます。そこで、点Aからの任意の点までの距離をxとおいて、以下の図を用いて断面力を表現してみましょう。M=-1/2Px+1/2Plこれで、断面力を点Aからの距離xを用いて表現できました!これができれば、断面力の算出はばっちりです。何に使うの?断面力とはどういうものか、どのように算出するかを説明してきましたが、この断面力、何に使うのでしょうか?実は構造物設計をする際は、この断面力を用いてやっていかなければなりません。一般的に、構造物の設計をする際は、まず設計対象となる部材の全体をモデル化し、想定される荷重をかけたときの断面力を算出します。断面力が一番大きいなど、部材内で条件が一番不利となる断面において、発生する断面力に耐えうる断面になるよう設計を行っていきます。まとめ以上が断面力についての基本的な解説です。この断面力を用いて、断面力図を描いたり、応力照査をしたりと色々な面で活躍していきます。構造力学を学ぶ最初の段階でしっかり理解をしておきましょう!続いて、部材全体の断面力をグラフで示してくれる断面力図の描き方について以下の記事で説明していきます。断面力図の描き方-基本から早く簡単な描き方、コツなど断面力図は荷重を受けた部材がどのような挙動をするのかを"イメージ"するのにとても役に立ちます。今記事では、断面力図の基本的な描き方に加え、より実践的な描き方についても解説していきたいと思います。土木の花形?-橋の構造、種類や特徴について土木の中では花形とも言える橋梁。橋梁に関わっている技術者も多いですし、橋梁が好き!というマニアも少なくありません。本記事では、桁橋、ラーメン橋、アーチ橋、トラス橋、斜張橋、吊橋などの橋の種類や特徴についてまとめています。記事を読む支点の種類による発生断面力の違い-断面力図への影響は?支点が違えば力の伝わり方が違います。支点の違いが何を意味するのか、どんな特徴があるのか、について正確に理解しておくことは、部材の設計や構造力学の問題を解くために重要になってきます。記事を読む沓ってどういう意味?読み方や使い方について「沓」とはどういう意味でしょうか?読み方や意味について、あまり一般的ではないので、土木業界で使われる意味や一般的な漢字の意味についてまとめました。記事を読む面内曲げと面外曲げ-「面内」と「面外」の意味とは?たまに聞くことがある、面内曲げや面外曲げなどといった言葉、この「面内」や「面外」といった言葉はどのような意味があるんでしょうか?少し難しい概念にはなりますが、しっかりと理解しておきたいです。記事を読む【構造力学の問題】断面力図の問題その2-集中荷重を受ける片持ちばり集中荷重がかかった片持ちばり断面力図を作成する問題。固定する特徴を持つ固定端と、全てがフリーな自由端の両方を持つはりについて、どのような断面力図になるか考えましょう。記事を読む【構造力学の問題】断面力図の問題その3-2つの集中荷重を受ける単純ばり複数の集中荷重を受ける単純ばりの断面力図を作成する問題。複雑になった時に、どのように計算するか、構造力学の知識を使って楽をしましょう。記事を読むトラス橋とは?-橋梁の種類その2昔から使われてきたトラス橋。普段から鉄道や道路などいろいろな用途に適用されている構造です。あるトラス橋の種類や力の伝わり方についてまとめました。記事を読むモーメントとは?-曲げモーメント、断面二次モーメント・・・何者かわかりにくいモーメントという存在について力でもなければエネルギーでもない、概念的には非常に理解しづらい「モーメント」について、その概念と、関連する物理量について、なるべく数式を使わずにまとめました。17:21断面力を考える時、なぜVbは考えないんでしょうか。00:21コメントありがとうございます。断面力を解いている式の中で「Vb」が出てこないのは、Va側での力のつり合いで考えているからです。このような構造力学の問題は「静力学」ですので、力がつり合っている状態です。これは任意の点で切って考えてやっても同じことが言えます。記事内の解き方で見ているのは、問題となっている単純梁を切った「左側」です。この「左側」で力がつり合っている状態を方程式を置くことで考えています。仮にこれを「右側」の力がつり合っている方程式を立てて(すなわち、Vbが出てくる式で)解いても同じ答えになるでしょう。説明がわかりにくかったら、同じことをVb側でもやってみてください。ご質問の意図が「Va側とVb側両方から解いた方が簡単では?」という趣旨でしたら、この例では説明のために計算は複雑になるけど考え方は単純なやり方として左側からのみ解いていった、とお考え下さい。効率のいい解き方もありますからね。コメントをキャンセルメールアドレスが公開されることはありません。土木のこれからを考える.。