構造物に作用する力とは?

構造

今回は構造物に作用する力を勉強していきましょう。

この記事では構造物に作用する力、またそれらがどのようなものかを詳しく解説していきます。

まずはこちらの図をご覧ください。

構造物には外力、反力、応力、3つの力がはたらきます。

それぞれの力について詳しく解説していきます。

外力とは

まずは外力からです。

これはイメージがつきやすいのではないでしょうか?

外力はその名の通り、外から掛かる力のことです。

物を置いた時の荷重や人が乗った時の荷重また、風や地震、雪などの荷重なども外力に当たります。

単位はNを用いて表します。

外力には主に2種類で表すので見ていきましょう。

集中荷重

外力が一点に集中して掛かる時にはこの集中荷重を用いて下の図のように表します。(単位 N)

ピアノの足に集中して荷重がかかっているなどの時に用います。

等分布荷重

均等な荷重がかかっている時にはこの等分布荷重を用いて下の図のように表します。(単位 N/mm2)

床一面に荷重が分布している場合などに用います。

反力とは

私たちは普段地面の上に立って生活しています。

この時に私たちは地面に支えられています。

この支える力がいわゆる反力なのです。

基本的には外力の合計と反力の合計は一致します。

例 下の図のような50kNの外力に対して支える点(支点)が2箇所であれば1箇所あたり25kNの反力がはたらくということになります。(25kN+25kN=50kN)

支点の種類についてはこちらで解説していますので参考にしてください。

応力とは

これまで外力と反力について勉強してきました。

応力とは外力が加えられた際に、部材の中を力が流れて地面に流れていきます。

この時に部材の中に流れる力を応力といいます。

応力には3つの種類があるので解説していきます。

引張り、圧縮応力

部材を引張ったり、圧縮する力で部材の軸方向に働く力のことです。

せん断応力

部材をせん断する力のことで、部材の軸方向に対して垂直に働く力のことです。

はさみなどで木の棒を切る時に木の棒に働く力のことです。

曲げ応力

先ほどの引張り応力と圧縮応力が組み合わさった力が曲げ応力となります。

図のように、部材が曲げられた時に下側は引っ張られて伸び、上側は圧縮されて縮んでいます。

このような引張りと圧縮が組み合わされた力が曲げ応力となります。

応力は外力や反力と異なり、部材断面に働く力なので単位はN/mm2として表されることに注意しましょう。

まとめ

応力には外力、反力、応力の3種類があります。

外力

外からはたらく力で集中荷重と等分布荷重で表す

反力

支点にはたらく力で外力の合計と反力の合計が等しくなります。

応力

部材の断面にはたらく力で3つの種類があります。

・引張り応力と圧縮応力

・せん断応力

・曲げ応力

いかがでしたでしょうか?構造物にはたらく力は計算を行っていく上での基本の知識になるのでわかるまで繰り返してしっかり理解していきましょう。

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