荷重変位曲線とは？1分でわかる意味、傾き、伸び、応力ひずみ曲線との関係
この記事の要点
荷重変位曲線は横軸を変位、縦軸に荷重をとったグラフです。
荷重変位曲線から力学性状や、傾きからばね定数が分かります。
この記事では、荷重変位曲線とは何か、傾きから何がわかるのか、応力ひずみ曲線とどう違うのかを整理します。
【管理人おすすめ！】セットで3割もお得！約1,100語の用語集＋476点の図解集セット⇒ 建築構造がわかる基礎用語集＆図解集セット
荷重変位曲線は横軸を変位、縦軸に荷重をとったグラフです。荷重変位曲線から力学性状や、傾きからばね定数が分かります。今回は荷重変位曲線の意味、傾き、伸び、応力ひずみ曲線の関係について説明します。
※応力ひずみ曲線は下記の記事が参考になります。
応力ひずみ線図とは？ヤング率との関係・見方と材料別の特徴（鋼材・コンクリート・脆性材料）
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
荷重変位曲線とは？
荷重変位曲線とは、横軸に変位、縦軸に荷重をとったグラフです。下図をみてください。これが荷重変位曲線です。
荷重と変位には下式の関係があります。これをフックの法則といいます。
ｐ＝ｋｘ
ｐは荷重、ｋはバネ定数、ｘは変位です。※フックの法則は下記の記事が参考になります。
上式より、荷重変位曲線が比例関係にあるとき、その傾きは「ばね定数」を意味します。傾きが急こう配になると、その構図物は「剛性が高い」と判断できます。※剛性の意味は、下記の記事が参考になります。
剛性とは？変形しにくさの意味・強度との違い・計算式・単位を解説
下図をみてください。荷重が直線的に増加し、ある点で急激に落ちました。この構造物は変形が小さく、荷重（耐力）も大きいです。固く耐力の大きな耐震壁やブレース構造だと判断できます。
※耐震壁は下記が参考になります。
耐震壁とは？耐力壁との違い・役割・EW記号をわかりやすく解説
一方、下図のように、ある点から荷重は増加しませんが維持し続ける構図物もあります。これは、ラーメン構造で粘り強い（靭性のある）構造物でしょう。
※靭性の意味は下記が参考になります。
靱性（じんせい）とは？意味・靭性のある材料と建物の耐震性・脆性との違い
このように、荷重変位曲線をみれば構造物の大まかな力学性状を判断できます。
荷重変位曲線と傾き、伸びの関係
荷重変位曲線の傾きはバネ定数を意味します。要するに、構造物や材料の「固さ（かたさ）」です。
鋼は伸びやすい材料です。「伸びやすい」と聞くと不安に思うでしょう。しかし、地震エネルギーを吸収しやすいとも言えます。下図をみてください。耐力は高いが、すぐに壊れる建物。耐力は小さいが粘り強い建物。どちらも一長一短あるのです。
荷重変位曲線と応力ひずみ曲線の違い、関係
荷重変位曲線は、主に構造物などの力学性状を把握するために役立ちます。一方、応力ひずみ曲線は、ある材料の性状を確認するとき役立ちます。※応力ひずみ関係、フックの法則の意味は、下記の記事が参考になります。
応力ひずみ線図とは？ヤング率との関係・見方と材料別の特徴（鋼材・コンクリート・脆性材料）
混同しやすい用語
たわみ
たわみは部材全体の変位量で、ひずみは単位長さあたりの伸び縮みです。
計算式と意味が異なります。
応力度
応力度はひずみにヤング係数をかけた値（σ=Eε）で、ひずみ（ε=ΔL/L）は無次元量です。
荷重変位曲線を整理した表を示します。
| 項目 | 内容 | 備考 |
|---|---|---|
| 横軸 | 変位 | 構造物の変形量 |
| 縦軸 | 荷重（耐力） | 作用する力の大きさ |
| 傾き | ばね定数（剛性） | 急こう配→剛性が高い |
まとめ
今回は荷重変位曲線について説明しました。
意味が理解頂けたと思います。
荷重変位曲線は、縦軸に荷重、横軸に変位をとったグラフです。
構造物の力学性状を把握するとき役立ちます。
荷重変位曲線の傾きが何を表すのか理解しましょう。
下記の記事も併せて参考にしてくださいね。
応力ひずみ線図とは？ヤング率との関係・見方と材料別の特徴（鋼材・コンクリート・脆性材料）
【管理人おすすめ！】セットで3割もお得！約1,100語の用語集＋476点の図解集セット⇒ 建築構造がわかる基礎用語集＆図解集セット
この記事の内容を○×クイズで確認する
この記事で学んだ内容は、無料の○×問題集でも確認できます。
意味を読んで終わりにせず、実際に理解できているかチェックしてみましょう。
▼用語の意味知らなくて大丈夫？▼
▼同じカテゴリの記事一覧▼
- 梁とは何か？
- 母屋（もや）とは？鉄骨造・木造の役割と割り付け
- 根太とは何か？役割と意味について
- 盛り土とは何か？
- 剛体とは？変形しない仮定の力学的意味と構造計算（剛床仮定）での使い方
- 庇について
- 片持ちスラブとは
- 耐震壁とは？耐力壁との違い・役割・EW記号をわかりやすく解説
- スラブってなに？現役設計者が教えるスラブの意味と、特徴、役割
- 強軸ってなに？1分でわかる強軸と弱軸の違い、それぞれの特徴
- 鉛直震度とは？意味・水平震度との違いと片持ち梁・庇の設計への影響
- 小梁とは？読み方・特徴・種類・大梁との違い
▼カテゴリ一覧▼
- 構造計算ってなに？(まずは、構造設計は、どんな仕事なの？から)
- 各部の用語(まずは、梁とは何か？から)
- 計算ルート(まずは、構造計算ルートとは何か？から)
- 構造計算の方法(まずは、許容応力度計算が簡単にわかる、たった３つのポイントとは何か？から)
- 荷重を学ぶ(まずは、積載荷重ってなに？１分でわかる積載荷重の意味と、実際の構造計算とは？から)
- 仮定断面の算定(まずは、仮定荷重の算定から)
- 応力の計算、変位の計算(まずは、面内方向、面外方向とは何か？から)
- 断面算定(まずは、耐力や強度についてから)
- 工作物の計算(まずは、独立看板の設計（１）から)
- 確認申請の指摘対応例(まずは、確認申請の指摘対応例 柱脚のルートと細長比から)
▼他の勉強がしたい方はこちら▼
わかる1級建築士の計算問題解説書
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
プロフィール
- 略歴▼
- 名前 ハナダユキヒロ/ミツメラボ代表.
- 2010年 弊サイトを開設
- 2010～2017年 国立大学大学院修了
- 2017年12月に当HPが書籍化。
- 「わかる構造力学」
- 2022年4月に「わかる構造力学」の改訂版出版。
- 「わかる構造力学(改訂版)」
- 10数年以上、建築の学問、研究、構造設計の実務に携わった経験を元に、未経験の方、建築関係の学生、社会人の方に役立つ知識を、分かりやすくお伝えします。
- 当サイトの目的▼
- 建築学生が学ぶ「構造力学」の目的
- とりあえず10記事▼
- 初めましての方に10記事用意しました
- おすすめ書籍紹介▼
- 構造力学・建築構造のおすすめ本｜現役設計者が読んで良かった書籍を紹介
建築の本、紹介します。▼
同じカテゴリの記事一覧
- HOME > 構造計算の基礎 > 荷重変位曲線とは？1分でわかる意味、傾き、伸び、応力ひずみ曲線との関係
- 1級の過去問(計算)解説
- わかる建築構造の用語集・図解集
- 1頁10円！PDF版の学習記事
