主応力面とは？せん断応力がゼロの面、主応力度との関係を解説

この記事の要点

主応力面とは、せん断応力がゼロになる特別な面のことだ。

一般的な応力状態では、切断面の傾きによって垂直応力とせん断応力の大きさが変化するが、主応力面の向きでのみせん断応力がゼロになり、垂直応力だけが残る。

2つの主応力面は互いに直交しており、最大垂直応力（最大主応力σ₁）と最小垂直応力（最小主応力σ₂）がそれぞれの面に作用する。

コンクリートの斜めひび割れは最大主引張応力面に垂直な面に沿って生じる現象だ。

主応力面は一般に2つあり（最大主応力面・最小主応力面）、それぞれ互いに直交し、モールの応力円の横軸上の点に対応する。

この記事では、主応力面とは何か、主応力度と主せん断応力度とどう関係するのかを整理します。

【管理人おすすめ！】セットで3割もお得！約1,100語の用語集＋476点の図解集セット⇒　建築構造がわかる基礎用語集＆図解集セット

主応力面（しゅおうりょくめん）とは、せん断応力度が0で垂直応力度が最大または最小となる面です。

主応力面の角度を調べることで、どの方向に最大（最小）の垂直応力度が作用するか判断できます。

今回は主応力面の意味、方向、主応力度と主せん断応力度との関係について説明します。主応力度の意味は、下記の記事が参考になります。

主応力面とは？

主応力面（しゅおうりょくめん）とは、せん断応力度が0（ぜろ）で垂直応力度が最大または最小となる面です。

下図をみてください。棒に引張力が作用しています。部材を切断して応力を確認するとき、切断面を傾けます。角度をθとしましょう。

主応力面と任意断面の応力

傾いた切断面に対してせん断力、垂直応力が生じます。では、部材に対して垂直（θ＝0）に切断するとどうでしょうか。引張力に対して、引張応力のみ生じますね。

このとき、θ＝0の面が「主応力面」で、引張応力による応力度が主応力度です。前述したように、せん断応力度は0です。

主応力面と引張応力

実際の部材は、上記のような単純な応力だけでは無いです。特に接合部などは、複雑な応力が作用します。

主応力面も計算しなければ判断できないでしょう。

主応力面は「しゅおうりょくめん」と読みます。関係用語の読み方を下記に示します。

主応力度　⇒　しゅおうりょくど

主せん断応力度　⇒　しゅせんだんおうりょくど

主応力面の方向（角度）は下式より計算します。

主応力面の角度　⇒　tan2θ＝2τxy/(σx－σy)

主せん断応力面の角度　⇒　tan2θ＝―(σx－σy)/2τxy

より、θを逆算します。σx、σyはｘまたはｙ方向の垂直応力度、τxyはせん断応力度です。垂直応力度、せん断応力度の意味は下記が参考になります。

混同しやすい用語

主応力面

せん断応力度がゼロで垂直応力度（主応力度）のみ作用する断面で、最大主応力面と最小主応力面が直交して存在する。

主せん断応力面に対して、主応力面はせん断応力度がゼロであり、主せん断応力面とは45°ずれた位置にある。

主せん断応力面

せん断応力度が最大値（主せん断応力度）をとる断面で、モールの応力円の最上点・最下点に対応する。

主応力面に対して、主せん断応力面は主応力面から45°回転した位置にあり、垂直応力度は最大・最小の平均値に等しい。

試験での問われ方｜管理人の一言

建築士試験では主応力面・主せん断応力面の特徴（せん断ゼロ・最大せん断・互いに45°関係）が問われます。

モールの応力円を描いて「横軸交点=主応力面、円の頂点=主せん断応力面」と視覚的に関連づけて覚えましょう。

主応力面を整理した表を示します。

項目	内容	備考
主応力面の定義	せん断応力度がゼロで垂直応力度が最大または最小となる断面	最大主応力面と最小主応力面の2種類
主応力面の方向（角度）	tan2θ = 2τxy/(σx?σy) で算定	σx・σy：垂直応力度、τxy：せん断応力度
主せん断応力面との関係	主応力面と主せん断応力面は45°ずれた位置にある	モールの応力円の横軸交点が主応力面に対応