仮想切断面とは？断面力の計算で「切る」イメージを掴む方法

この記事の要点

断面力の計算で「仮想切断面を設ける」という操作が出てきたとき、「実際には切っていないのに、なぜこれで解けるのか」と疑問に思う方は多いです。

内力の定義を理解すると、このトリックが腑に落ちます。

この記事では、仮想切断面の概念と、断面力計算への応用手順を具体例で解説します。

この記事では、仮想切断面とは何か、断面力はどう計算するのか、応力の求め方とどう関係するのかを整理します。

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仮想切断面とは、仮想的に部材を切断した面です。

応力を求めるとき必要な考え方です。

応力は、部材の内部に生じる力です。

目で見えることは無いです。

よって、部材を「仮想的に切断して」、内部に生じる応力を算定します。

今回は、断面力、応力の意味を理解すると、よりスムーズに読めます。

下記の記事が参考になります。

仮想切断面とは？

仮想切断面とは、仮想的に部材を切断した面です。

応力は、部材内部に生じる力です。

よって、目に見えません。

部材内部で、どのような力が生じているのか、仮想的に部材を切断して確認するのです。

ただし、応力算定に慣れると、仮想切断面が無くても理解できます。

部材断面に生じる力（断面力）の求め方は、下記が参考になります。

部材を仮想的に切断すると、仮想切断面がみえます。仮想切断面には、軸力、せん断力、曲げモーメントが生じていると仮定します（実際に生じる応力が０だとしても、仮定します）。下図をみてください。仮想切断面に生じる応力を仮定しました。

仮想切断面と断面力

仮想切断面に生じる断面力は３種類あり、切断面に対して右側、左側で生じる方向が違います。これは、切断面に対して「正」と考える方向を定義するためです。下記に整理しました。

軸力　⇒　断面を引張る方向を正とする

せん断力　⇒　断面を右下がりの平行四辺形にする方向を正とする

曲げモーメント　⇒　断面を下側凸にする方向を正とする

上記の通り、正とする方向を定義すると、切断面に対して右側、左側で断面力の方向が反転します。

部材の仮想切断面を考えることで、断面力の算定が理解しやすいです。断面力の求め方は、下記の記事が参考になります。

仮想切断面を考え、作用する応力を仮定することで、応力計算が簡単になります。なお、応力と断面力は同じ意味です。応力の意味は、下記の記事が参考になります。

構造力学では、断面に作用する応力を「断面力」ともいいます。断面力の計算方法は、下記の記事が参考になります。

混同しやすい用語

仮想切断面

応力を計算するために部材を仮想的に切断した面です。

実際に切断するわけではなく、断面力を求めるための概念上の面です。

断面力

仮想切断面に作用する内部の力です。

軸力・せん断力・曲げモーメントの3種類があり、仮想切断面を設定することで計算できます。

仮想切断面と断面力を整理した表を示します。