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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
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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？1分でわかる意味、ヤング率と傾き、考察、書き方
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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？本当に分かる剛性の計算、単位、強度との違い、バネ定数
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。
耐震壁ってなに？すぐに分かる耐震壁の意味と役割、耐力壁との違い
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。
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？1分でわかる意味、ヤング率と傾き、考察、書き方
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。
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- 名前 ハナダユキヒロ/MITUME lab主宰.（筆者のコラムはこちら）
- 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。
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