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安定構造物とは?1分でわかる意味、反力数、静定状態、確認方法

安定構造物とは、外力に対してただちに崩壊せず、安定した構造物のことです。力学的に成立した構造物といえます。具体的には、静定構造物と不静定構造物のことです。ただし、安定構造物だからといって、必ず安定するとは限りません。今回は、安定構造物の意味、反力数、静定状態の関係、確認方法について説明します。不静定構造物、静定構造物の意味は、下記の記事が参考になります。

静定構造物と不静定構造物の違いと特徴

安定構造物とは?

安定構造物とは、外力に対してただちに崩壊せず、安定した構造物です。力学的に成立した構造物のことです。例えば、下図を見てください。これは安定構造物の1つです。

安定構造物

一方、下図のように片側がピンで、片側が自由端の場合、力学的に成立しません(自由端に外力が作用すると、梁は直ちに崩壊する)。これを不安定構造物といいます。

不安定構造物

安定構造物は、外力が作用するとき「ただちに崩壊しない」ことが条件です。覚えてくださいね。


安定構造物には、静定構造物と不静定構造物があります。これは、不静定次数の大きさで判断します。詳細は下記の記事が参考になります。

静定構造物と不静定構造物の違いと特徴

安定構造物の反力数

安定構造物とするためには、反力数が大切です。一般的に、反力の数が多いほど安定します。また、支点の条件はピン支持やローラー支持よりも、固定支持のほうが安定します。支持する方向が多いからです。支点の条件は、下記の記事が参考になります。

支点ってなに?支点のモデル化と、境界条件について


固定支持の意味は、下記の記事が参考になります。

固定支持とは?1分でわかる意味、記号、境界条件、周辺固定支持

安定構造物と静定状態の関係

静定状態と不静定状態の構造物を、安定構造物といいます。静定状態、不静定状態を確認するには、判別式を用います。詳細は後述しました。


静定状態は、力の流れが明快で、構造計算も簡単です。その代わり、支点の1つが壊れると、不安定構造物となります。


静定状態の構造物に、


単純梁

片持ち梁


があります。詳細は、下記の記事が参考になります。

梁の種類とは?1分でわかる種類と構造

片持ち梁とは?1分でわかる構造、様々な荷重による応力と例題


不静定状態は、静定状態に比べて安定性が高いです。その代わり、力の流れが複雑で、あるカ所に力が集中する恐れもあります。応力計算など注意が必要です。不静定構造物の計算には下記があります。

不静定連続梁の解法

安定構造物の確認方法

安定構造物になるか、簡易に確認する方法が下式です。


nは反力数、sは部材数、rは剛節接合部材数、kは節点数です。この式より、mが0以上になれば、安定構造物です。なお、


m=0 ⇒ 静定構造物

m>1 ⇒ 不静定構造物

です。

まとめ

今回は安定構造物について説明しました。意味が理解頂けたと思います。安定構造物は、外力が作用してもただちに崩壊しない構造物です。力学的に成立した構造物と考えてください。静定、不静定の意味も併せて理解してくださいね。下記の記事も参考にしてください。

静定構造物と不静定構造物の違いと特徴

外力とは?1分でわかる意味、読み方、応力や内力、反力との違い、摩擦力との関係


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