降伏比が簡単にわかる２つのポイントとは？

この記事の要点

降伏比とは降伏強度を引張強度で割った比率です。SN材では80%以下と規定されており、部材が塑性化してエネルギーを吸収できるよう設けられた指標です。

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降伏比とはなんでしょうか。普段あまり耳にしない言葉かもしれませんが、実は重要な概念なのです。特に、塑性設計が当たり前に組み込まれている昨今では、降伏比の理解は当然といえるでしょう。今回は降伏比が簡単にわかる２つのポイントについて説明します。

今回の記事を読む前に、下記も併せて勉強しましょう。

降伏点とは？1分でわかる意味、求め方、SS400の値、単位、引張強さ

引張強さとは？1分でわかる意味、計算法、単位、降伏点、読み方、記号

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降伏比ってなに？

降伏比とは下式で算定されます。

ｒ＝A／B（降伏比は百分率で表す）

ｒは降伏比、Aは降伏強度、Bを引張強度といいます。降伏強度とは、部材が弾性領域から塑性領域へ移行するときの強度です。引張強度は、降伏した後破断するまでの最大強度のことです。

降伏比はこれらの比率で表します。では、降伏比は本質的に何を意味するのでしょうか？次の項目で考えてみましょう。なお、降伏強度、引張強度は下記が参考になります。

降伏点とは？1分でわかる意味、求め方、SS400の値、単位、引張強さ

引張強さとは？1分でわかる意味、計算法、単位、降伏点、読み方、記号

降伏比が簡単にわかる２つのポイント

ここでは降伏比が本質的に何を意味するのか。降伏比は、そもそもなぜ規定されているのか説明します。

なぜ降伏比が決められているの？

前述したように、降伏比は下式で表します。

ｒ＝A／B×100（降伏比は百分率で表す）

この式を少し噛み砕いて考えます。

例えばガラスやFRPのような弾性材料は、降伏しません。降伏せず、弾性を保ったまま最大荷重を迎えて破断します。よって降伏強度という概念自体無いのですが、弾性材料は降伏した瞬間に引張強度に達すると仮定しましょう。すると、

引張強度＝降伏強度

です。よって降伏比は次の値となります。

ｒ＝A／B×100＝100％

図に表すと下図の状況です。

降伏比

次に鋼材のように、降伏強度と引張強度が一致しない材料を考えます。鋼の降伏強度と引張強度を下記に示します。

降伏強度＝235　N／ｍ㎡
引張強度＝400　N／ｍ㎡

つまり降伏比は、

ｒ＝235／400×100＝58.8％

です。これを図で表すとこのようになります（今回は降伏強度と引張強度の関係を簡易な模式で示しました。本当の挙動とは異なります）。

要するに降伏比とは、「引張強度という最大値に対して、降伏強度の割合が何％あるか」を示しています。上記の場合ですと、引張強度に対して約60％が降伏強度です。

さて、２ケースの降伏比を示しました。両者の図を見比べると、もう１つの事実が浮びます。それは「降伏比の値が大きい場合より、小さい方がエネルギーの吸収できる範囲が大きい」ということ。

降伏比が60％の場合、弾性領域が6割で塑性化領域が4割という見方もできます。塑性化状態は強度の上昇は緩やかになり変形が進みます。実は、この塑性した状態は案外エネルギーを吸収してくれるのです。

これが塑性設計において最も重要なポイントです。「部材が塑性化することで地震力のエネルギーを吸収する」という発想に繋がります。

つまり降伏比を規定する理由は、「部材が塑性化してエネルギー吸収できるようにしておけよ」ということです。

降伏比が規定されている鋼材とは

実は降伏比の規定は、比較的最近の決め事です。それまで一般的だったSS400材は降伏比の規定はなく、降伏強度と引張強度の最小値を規定しただけでした。

これでは万が一、降伏強度が235どころか400に近い値になったとき、まさに弾性材料のような壊れ方をします。

何度も言いますが、塑性設計が一般的な昨今では、地震のエネルギーを部材の塑性化により吸収する考え方が一般的です。

降伏比が規定されない材料は、その設計手法に馴染まないのです。下記に、降伏比が規定された鋼材を示します。

SN400B　（80％以下）
SN400C　（80％以下）
SN490B　（80％以下）
SN490C　（80％以下）

以上のように、SN400B材やC材は降伏比が規定されています。さらに、降伏比の上限は80％以下ですね。SS400やSN400Aといった材料は降伏比は規定されていません。※SN400A、SN400Bの特徴は下記が参考になります。

SN400Bとは？1分でわかる規格、SS400との違い、重量、H形鋼との関係

SN400Aとは？1分でわかる意味、規格、溶接性、特徴、h形鋼との関係

混同しやすい用語

引張強度

引張強度（引張強さ）とは材料が破断するまで耐えられる最大の引張応力度です。

引張強度が破断直前の最大強度であるのに対して、降伏比は降伏点と引張強度の比率であり、この比率が低いほど塑性変形能力（エネルギー吸収能力）が高くなります。

試験での問われ方｜管理人の一言

建築士試験ではSN材（SN400B・SN490B等）で降伏比が80%以下に規定されていることが問われます。SS400には降伏比規定がない点も覚えておきましょう。

降伏比を整理した表を示します。

項目	内容	備考
降伏比の定義	降伏強度÷引張強度×100（%）	塑性変形能力の指標
SN材の規定値	80%以下（SN400B・SN490B等）	エネルギー吸収確保のため
SS400との違い	降伏比の規定なし	塑性設計には不向き