曲げ降伏とは？1分でわかる意味、せん断破壊との関係、終局曲げ耐力

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曲げ降伏とは、曲げモーメントにより部材断面が降伏したことを意味します。実務では、単に「降伏」ともいいます。柱や梁は、なるべく曲げ降伏するよう設計します。今回は曲げ降伏の意味、せん断破壊との関係、終局曲げ耐力と曲げ降伏の関係について説明します。曲げ降伏は、建物の靱性が確保できる破壊性状です。靱性、降伏の意味は、下記の記事が参考になります。

靭性とは？靭性のある材料とは？建物の耐震性との関係

弾性と塑性の性質について

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記事を書いた人

ハナダユキヒロ／建築学生が学ぶ「構造力学」

難解な構造力学、建築構造の用語を分かりやすく解説する専門家。高等専門学校在学中から建築学生が学ぶ「構造力学」を運営。その後、国立大学大学院⇒組織設計事務所⇒弊サイト運営に従事している。

著書：「わかる構造力学/工学社」、「わかる構造力学改訂版/工学社」

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曲げ降伏とは？

曲げ降伏とは、曲げモーメントにより部材断面が降伏した状態です。また、下記の状態のとき、曲げ降伏が生じます。

終局曲げ耐力＜部材に生じる曲げモーメント

終局曲げ耐力の求め方は後述しました。部材の破壊性状は、大まかに下記があります。

・曲げ降伏

・せん断破壊

せん断破壊は、脆性的な破壊です。せん断破壊が起きると、部材の耐力が急激に低下し、崩壊の恐れが高くなります。※せん断破壊した梁の上に、重量物が載ると梁が崩れます。専門的に言うと、鉛直力が負担できません。

一方、曲げ降伏が起きるとヒンジが発生します。ヒンジは、支点の「ピン」と同じです。鉛直、水平の反力は伝達可、曲げモーメントは伝達不可です。曲げ降伏が起きた後も、地震エネルギーが吸収可能なため、部材は曲げ降伏が起きるよう設計します。

曲げ降伏とせん断破壊の関係

柱、梁部材は、先に曲げ降伏が起きるよう設計します。柱に両端ヒンジが生じると、その柱は、それ以上、せん断力を負担できません。せん断力が増えないので、せん断破壊が起きないのです。

せん断破壊より先に、曲げ降伏を起こすためには、

せん断耐力＞曲げ降伏時のせん断耐力

とすれば良いでしょう（詳細な説明は省略します）。

曲げ降伏時の端部曲げモーメントがＭｕとします。このときのせん断力は、

Ｑmu＝（Ｍｕ1+Ｍｕ2）／Ｌ

です。　

終局曲げ耐力と曲げ降伏の関係

曲げ降伏は、下記の状況で生じます。

終局曲げ耐力＜部材に生じる曲げモーメント

終局曲げ耐力の計算式は、鉄骨部材と鉄筋コンクリート部材で違います。また、柱と梁の違いで、計算式が変わります。柱は軸力の影響を考慮すべきです。例えば、鉄筋コンクリート梁の終局曲げ耐力は、下式で計算します。

Ｍｕ＝0.9*at*σy*d

Ｍｕは終局曲げ耐力、atは引張鉄筋断面積、σyは引張鉄筋の降伏強度、dは、梁の有効せいです。

鉄骨部材の終局曲げ耐力は、降伏強度に塑性断面係数を乗じた値です。なお、降伏強度は1.1倍することが可能です。塑性断面係数は、下記の記事が参考になります。

塑性断面係数と全塑性モーメント

まとめ

今回は曲げ降伏について説明しました。意味が理解頂けたと思います。曲げ降伏とは、曲げモーメントにより部材が降伏した状態です。部材の破壊性状は、曲げ降伏とせん断破壊があります。柱や梁は、せん断破壊しないよう設計することが原則です。せん断耐力を高めるには、部材断面を大きくしたり、帯筋やあばら筋を増やします。※降伏、せん断耐力の意味は、下記の記事が参考になります。

弾性と塑性の性質について

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