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応力と荷重の関係は?1分でわかる意味、荷重から応力への換算、断面積との関係

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応力と荷重は、「対(つい)」の関係にあります。荷重が作用しなければ、応力は生じません。逆に、応力が生じる部材には、必ず荷重が作用します。今回は応力と荷重の関係、意味、応力、荷重の種類、荷重から応力への換算方法、断面積との関係について説明します。


荷重、応力の意味は、下記の記事が参考になります。

荷重とは?1分でわかる意味、読み方、種類、応力との違い

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応力と荷重の関係は?

応力と荷重は「対(つい)」の関係にあります。下図をみてください。棒に引張る荷重を加えています。このとき、棒の内部には、荷重に抵抗する力が生じています。これが、応力です(Pが荷重、σが応力)。

応力と荷重

応力は、荷重に抵抗するため生じます。荷重が無ければ、応力が生じることも無いです。次に下図をみてください。棒を圧縮する荷重を加えています。引っ張る力と同様に、内部に応力が生じています。


ただし、応力の向きが違います。応力は荷重に抵抗する力なので、荷重の方向や種類により、応力の種類も変わります。

荷重の種類

荷重には、下記の種類があります。


引張荷重 ⇒ 物を引っ張る力のこと。物は伸びる変形を起こす。

引張、圧縮とは?1分でわかる意味、違い、符号、強度の関係


圧縮荷重 ⇒ 物を押す力のこと。物は縮む変形を起こす。

引張、圧縮とは?1分でわかる意味、違い、符号、強度の関係


曲げ荷重 ⇒ 物を曲げる力のこと。物が曲がる。引張荷重と圧縮荷重が合成されたような荷重

力のモーメントってなに?本当にわかるモーメントの意味と計算方法


せん断荷重 ⇒ 物をずらすような変形を起こす力のこと

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ねじり荷重 ⇒ 物がねじれるような力

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なお、建築で扱う荷重には、色々な種類があります。荷重の種類、意味は下記の記事も参考になります。

荷重とは?1分でわかる意味、読み方、種類、応力との違い

応力の種類

応力の種類には、下記があります。


引張応力

引張応力とは?1分でわかる意味、公式と求め方、記号、引張応力度


圧縮応力

圧縮応力とは?1分でわかる意味、求め方、記号と符号、引張応力との違い


曲げ応力

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せん断応力

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ねじり応力

ねじりモーメントとは?1分でわかる意味、公式、単位、トルクとの関係、h鋼


前述した、荷重の種類と対応しています。各応力の意味は、それぞれの参考記事からご確認ください。

荷重から応力への換算、断面積との関係

建築の構造力学や構造計算では、荷重と応力の単位は同じです。応力は、部材内部で荷重に抵抗する力のためです。ただし、材料力学や機械分野では、「応力度」を応力ということがあります。※応力度の意味は、下記の記事が参考になります。

応力度の基礎知識、応力度の種類と1分でわかる応力との違い


荷重から応力度への換算は、下式です。


引張荷重から引張応力度への換算 σ=P/A

圧縮荷重から圧縮応力度への換算 σ=P/A

曲げ荷重から曲げ応力度への換算 σ=M/Z

せん断荷重からせん断応力度への換算 τ=Q/A


σは応力度、Pは引張荷重または圧縮荷重、Aは断面積、Mは曲げ荷重、Zは断面係数、τはせん断応力度、Qはせん断荷重、Aは断面積です。


応力度の単位は、N/m㎡です。よって、荷重から応力度に単位換算するときは、断面積や断面係数で割ります。

まとめ

今回は荷重と応力の関係について説明しました。意味が理解頂けたと思います。荷重と応力は対(つい)の関係があります。荷重が作用すれば、部材の内部に応力が生じます。また、荷重の種類により、部材に生じる応力の種類も変わります。荷重、応力の意味も併せて勉強してくださいね。下記の記事が参考になります。

荷重とは?1分でわかる意味、読み方、種類、応力との違い

応力とは?1分でわかる意味と種類、記号、計算法

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