建築学生が学ぶ構造力学

  1. HOME > 構造力学の応用 > 塑性ヒンジってなに?1分でわかる塑性ヒンジの意味と、建物の靱性

塑性ヒンジってなに?1分でわかる塑性ヒンジの意味と、建物の靱性

【管理人おすすめ!】セットで3割もお得!大好評の用語集と図解集のセット⇒ 建築構造がわかる基礎用語集&図解集セット(※既に26人にお申込みいただきました!)


塑性ヒンジをご存じでしょうか。塑性ヒンジは、構造設計で必ず耳にする言葉です。大学の授業でも聞いたことがあると思います。塑性ヒンジという言葉を聞いただけでは、意味が良く分かりませんね。そこで今回は、塑性ヒンジについて説明します。


塑性の意味は、下記が参考になります。

弾性と塑性の性質について

100円から読める!ネット不要!印刷しても読みやすいPDF記事はこちら⇒ いつでもどこでも読める!広告無し!建築学生が学ぶ構造力学のPDF版の学習記事

塑性ヒンジってなに?

塑性ヒンジとは、曲げモーメントが全塑性モーメントを超え、部材断面全てが降伏し、ヒンジのように回転剛性を失った部分のことです。簡単に言うと、回転する力に抵抗できなくなった部分のことです。


下図をみてください。これは、部材断面の塑性化の様子を示しています。

塑性断面係数


梁に作用する曲げ応力度が許容曲げ応力度を超えた時、塑性化(降伏)します。但し、降伏する部分は梁断面の一部分です。さらに曲げモーメントが増えると、梁断面の降伏部分が増えていき、最終的には全断面が降伏します。こうして塑性ヒンジが形成されます。


針金をぐにゃぐにゃと曲げたり戻したりすると、いつの間にか抵抗感が無くなりますよね?つまり塑性ヒンジが形成された(回転に抵抗できなくなった)ことを意味します。


分からない人のために、用語を詳しく説明します。「ヒンジ」と「全塑性モーメント」です。※全塑性モーメントは下記が参考になります。

塑性断面係数と全塑性モーメント


ヒンジは、「ピン(ピン接合)」と同じような意味です。つまり、回転に対して固定されないので曲げモーメントが零になります。


ところで、ヒンジとは建築の専門用語ではありません。蝶番(ちょうつがい)のことです。ドアはドアノブをガチャっと回して開けると思います。このときドアは、片側を起点にして回転する仕組みで造られています。この回転する仕組みがヒンジです。

塑性ヒンジと曲げ破壊について

前述したように塑性ヒンジは、作用する曲げモーメントが全塑性モーメントを上回ったときに形成されます。下図をみてください。この梁には中央部と端部に曲げモーメント作用しています。梁断面は一様とします。

このとき集中荷重を増やしていくと、まずは端部に塑性ヒンジが形成されます。すると、端部は曲げモーメントが伝達できず、両端ピンのような応力状態となります。さらに荷重を増やすと中央部に塑性ヒンジが発生します。


2点に塑性ヒンジが発生すると、この部材はこれ以上力を伝達できないと考えます。これが梁部材の崩壊モードの1つです。曲げ破壊と言います。

塑性ヒンジと建物の靱性

前述した塑性ヒンジは、主に梁の両端に発生します(梁の両端に発生するよう、梁と柱の部材を調整する)。両端にヒンジができた梁は、これ以上曲げモーメントが伝達できません(両端ピンなので)。


塑性ヒンジは回転剛性が無いのだけで、鉛直、水平に力を伝達することは可能です。つまり、直ちに危険な破壊モードでは無いのです。そのため一般的に、曲げ破壊は靱性のある破壊形式です。


一方せん断破壊は、直ちに建物の崩壊に繋がるので危険な破壊モードです。構造設計では、梁に塑性ヒンジが形成されるよう梁や柱のバランスを考えます。これが靭性のある設計に繋がるのです。


※靭性、せん断破壊の詳細は下記が参考になります。

靭性とは?靭性のある材料とは?建物の耐震性との関係

せん断破壊とは?1分でわかる意味、特徴、計算、危険性

まとめ

今回は塑性ヒンジについて説明しました。塑性ヒンジが何かイメージが湧いたと思います。現在、建物の構造計算は部材の塑性化を取り込んだ設計が一般的です。塑性ヒンジもごく当たり前の知識として身に付けましょうね。

【管理人おすすめ!】セットで3割もお得!大好評の用語集と図解集のセット⇒ 建築構造がわかる基礎用語集&図解集セット(※既に26人にお申込みいただきました!)

▼人気の記事ベスト3▼

▼用語の意味知らなくて大丈夫?▼

建築学生が学ぶ「構造力学」の用語集

▼同じカテゴリの記事一覧▼

▼カテゴリ一覧▼

▼他の勉強がしたい方はこちら▼

建築構造がわかる基礎図解集

1級・2級建築士試験(構造)の質問受付中

現在、3日間の無料お試しキャンペーン実施中。無料で質問してみよう。

友だち追加

わかる1級建築士の計算問題解説書

計算の流れ、解き方がわかる!1級建築士【構造】計算問題解説集

あなたは数学が苦手ですか?

わかる!実務で使う数学知識の基礎講座

【有料メルマガの初回資料が今だけ無料!】1日約13円で情報をアップデート!

有料メルマガを無料で見てみませんか?⇒ 忙しい社会人、学生のためのビルディング・アップデート

限定メールマガジン

わかる2級建築士の計算問題解説書!

【30%OFF】一級建築士対策も◎!構造がわかるお得な用語集

建築学生が学ぶ「構造力学」の用語集
pdf版の学習記事

更新情報

プロフィール

建築の本、紹介します。▼

すぐにわかる構造力学の本

人気の記事ベスト3

プロフィール

おすすめ特集

note始めました 建築学生が学ぶ「構造力学」の用語集

人気の記事ベスト3

-->

同じカテゴリの記事一覧

Topへ >>

  1. HOME > 構造力学の応用 > 塑性ヒンジってなに?1分でわかる塑性ヒンジの意味と、建物の靱性