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単純梁と両端固定梁の違いとは?曲げモーメント・たわみの公式と設計への影響

この記事の要点

単純梁と両端固定梁の最大曲げモーメントの違いは、等分布荷重w時に単純梁がwL²/8、両端固定梁が端部wL²/12(最大)と大きく異なります。

固定度・拘束条件・たわみの違い(両端固定は単純梁の1/5のたわみ)と、どちらを使うべき設計状況を解説します。

単純梁と両端固定梁は、建物の構造計算でもよく扱います。

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単純梁と両端固定梁の違いは大切です。

単純梁と両端固定梁は、建物の構造計算でもよく扱います。

両極端な支持条件のため、曲げモーメント、たわみの違いは覚えるべきでしょう。

今回は、単純梁お両端固定梁の違い、公式、曲げモーメントとたわみについて説明します。

単純梁、両端固定梁の意味は下記が参考になります。

梁の種類とは?大梁・小梁・片持ち梁の違いと材料別(RC・鉄骨・木造)の断面形状

両端固定梁とは?1分でわかる意味、曲げモーメント、たわみ、解き方

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単純梁と両端固定梁の違いは?

下図をみてください。単純梁と両端固定梁の違いを示します。

単純梁

両端固定梁

単純梁は、支点がピンとローラー支持です。一方、両端固定梁は両端が固定端です。上図の違いにより、曲げモーメントとたわみは下記の違いがあります。

曲げモーメント

単純梁 ⇒ 両端固定梁に比べて、梁の長さの中央の曲げモーメントが大きい。支点の曲げモーメントがゼロ。

両端固定梁 ⇒ 支点の曲げモーメントが大きく、中央の曲げモーメントが小さい。

たわみ

単純梁 ⇒ 両端固定梁に比べて、中央のたわみが5倍大きい。

両端固定梁 ⇒ 単純梁に比べて中央のたわみが1/5。

単純梁と両端固定梁の公式、曲げモーメント、たわみ

単純梁と両端固定梁の公式(曲げモーメント、たわみ)を下記に示します。

曲げモーメント(作用荷重は分布荷重)

単純梁(スパン中央値) M=wL^2/8

両端固定梁(スパン中央値) M=wL^2/24

両端固定梁(支点の値) M=wL^2/12

たわみ(作用荷重は分布荷重)

単純梁(スパン中央) δ=5wL^4/384EI

両端固定梁(スパン中央) δ=wL^4/384

曲げモーメント(作用荷重は集中荷重)

単純梁(スパン中央値) M=PL/4

両端固定梁(スパン中央、支点) M=PL/8

たわみ(作用荷重は集中荷重)

単純梁(スパン中央) δ=PL^3/48EI

両端固定梁(スパン中央) δ=PL^3/192


各曲げモーメント、たわみの計算方法は、下記が参考になります。

梁の種類とは?大梁・小梁・片持ち梁の違いと材料別(RC・鉄骨・木造)の断面形状

両端固定梁とは?1分でわかる意味、曲げモーメント、たわみ、解き方

混同しやすい用語

ひずみ

ひずみは断面内の変形の割合で、たわみは部材全体の変位量です。

両者は関連しますが、使う式と意味が異なります。

変位

変位は構造物全体の位置変化を指し、たわみは梁などの部材が曲がる方向(鉛直)の変位です。

せん断力

せん断力は部材断面を横にずらす力で、曲げモーメントは断面を曲げる力のモーメントです。

両者は断面力図(SFD・BMD)で表します。

単純梁と両端固定梁の違いを整理した表を示します。

項目単純梁両端固定梁
支持条件ピン+ローラー両端固定端
中央曲げM(等分布荷重)wL2/8wL2/24
中央たわみ(等分布荷重)5wL⁴/384EIwL⁴/384EI(1/5)

まとめ

今回は単純梁と両端固定梁の違いについて説明しました。

意味が理解頂けたと思います。

単純梁と両端固定梁は、支持条件が両極端です。

曲げモーメント、たわみが、どう違うのか理解しましょう。

構造計算では、単純梁と両端固定梁をよく扱います。

是非覚えてくださいね。

下記も参考になります。

梁の種類とは?大梁・小梁・片持ち梁の違いと材料別(RC・鉄骨・木造)の断面形状

両端固定梁とは?1分でわかる意味、曲げモーメント、たわみ、解き方

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ハナダユキヒロ

この記事を書いた人

ハナダユキヒロミツメラボ

設計事務所に7年勤務。2010年より「建築学生が学ぶ構造力学」を運営(16年以上)。著書「わかる構造力学」「わかる構造力学(改訂版)」(工学社)。

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