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単純梁の曲げモーメントは?1分でわかる求め方(計算)、公式、等分布荷重と集中荷重との関係

この記事の要点

単純梁の曲げモーメントは荷重条件(集中荷重・等分布荷重)によって公式が変わり、反力を求めてから断面力として計算する

等分布荷重の曲げモーメント図は放物線、集中荷重は折れ線になるという形状の違いも理解しておくことが重要。

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単純梁の曲げモーメントの求め方は、必ず理解する必要があります。構造力学のテストや建築士試験、公務員試験でも必ず出題されます。


なお、曲げモーメントの公式は荷重条件で変わります。集中荷重が作用する単純梁の曲げモーメントM=Pa/L、Pb/Lで算定します。


等分布荷重が作用する単純梁の曲げモーメントM=wL2/8です。


今回は、単純梁の曲げモーメントの求め方(計算)と公式、等分布荷重と集中荷重との関係について説明します。

単純梁とは?1分でわかる意味、特徴と例、公式と曲げモーメント、たわみの計算

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

単純梁の曲げモーメントは?等分布荷重、集中荷重との関係

単純梁の曲げモーメントの求め方は必ず理解しましょう。単純梁の曲げモーメントの計算は、構造力学でも初歩的な内容の1つです。


構造力学のテスト、建築士試験などで必ず出題されます。単純梁の詳細は下記が参考になります。

単純梁とは?1分でわかる意味、特徴と例、公式と曲げモーメント、たわみの計算


単純梁の曲げモーメントの計算式は、等分布荷重と集中荷重で変わります。荷重による単純梁の曲げモーメントの違いを下記に示します。


集中荷重が作用する単純梁の曲げモーメント ⇒ M=αwL2

等分布荷重が作用する単純梁の曲げモーメント ⇒ M=αPL


αは荷重位置、範囲などに応じた係数、wは等分布荷重、Pは集中荷重、Lは単純梁のスパンです。等分布荷重、集中荷重の詳細は下記が参考になります。

等分布荷重とは?集中荷重との違い・単位・使い方を解説


上記を曲げモーメント図で示します。


図 単純梁の曲げモーメント図


等分布荷重の曲げモーメント図は曲線、集中荷重は直線という違いがありますね。単純梁の曲げモーメント図の描き方は下記をご覧ください。

曲げモーメント図とは?書き方・正負・引張側をわかりやすく解説

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単純梁の曲げモーメントの公式

単純梁の曲げモーメントの公式を下記に示します。


・中央集中荷重が作用する単純梁

中央集中荷重 単純梁


・任意の位置に集中荷重が作用する単純梁

任意の位置に集中荷重が作用する単純梁


・等分布荷重が作用する単純梁

等分布荷重 単純梁


三角形分布荷重が作用する単純梁

三角形分布荷重 単純梁


・曲げモーメント荷重が作用する単純梁

曲げモーメント荷重 単純梁


その他、両端固定梁など支持条件が変わると曲げモーメントも違います。詳細は下記が参考になります。

曲げモーメントの公式は?1分でわかる公式、導出、両端固定、単純梁、片持ち梁

単純梁の曲げモーメントの求め方(計算)

前述した公式を用いて、単純梁に作用する曲げモーメントを計算しましょう。なお、曲げモーメントを求めるには、まず反力を求めます。


単純梁の反力の求め方は、下記が参考になります。

梁の反力の求め方|つり合い条件式と演習問題で計算を身につける

反力ってなに?反力の求め方と支点反力

中央集中荷重が作用する単純梁

下図の単純梁に生じる曲げモーメントを求めてください。


図 中央集中荷重が作用する単純梁


公式よりM=PL/4ですね。よって、


M=PL/4=10×6/4=15kNm


です。

任意の位置に集中荷重が作用する単純梁

下図の単純梁に生じる曲げモーメントを計算しましょう。


図 任意の位置に集中荷重が作用する単純梁


公式はM=Pa/L、Pb/Lでした。このどちらを使っても良いです。a=2、b=4、L=6ですね。よって、


M=Pa/L=10×2/6=3.33kNm

です。

等分布荷重が作用する単純梁

下図の単純梁に生じる曲げモーメントを求めてください。


図 等分布荷重が作用する単純梁


公式はM=wL2/8です。よって、


M=wL2/8=5×6×6/8=22.5


です。

三角形分布荷重が作用する単純梁

下図の単純梁に生じる曲げモーメントを計算しましょう。


図 三角形分布荷重が作用する単純梁


公式はM=0.064wL2です。よって、


M=0.064wL2=0.064×5×6×6=11.5


です。三角形分布荷重は集中荷重に換算することも可能です。詳細は下記が参考になります。

三角形分布荷重とは?1分でわかる意味、作用点、集中荷重との関係、片持ち梁

モーメント荷重が作用する単純梁

下図の単純梁に生じる曲げモーメントを求めてください。


図 モーメント荷重が作用する単純梁


曲げモーメントの公式はM=Ma/L、Mb/Lです。a=4、b=3です。よって、


M=20×4/7=11.4


です。

混同しやすい用語

集中荷重による曲げモーメント

梁の特定点に集中荷重Pが作用する場合の曲げモーメントで、公式はM=Pab/L(a・bは荷重点から各支点までの距離)。

等分布荷重による曲げモーメントとは異なり、モーメント図が折れ線(直線の組み合わせ)になる点が特徴。

等分布荷重による曲げモーメント

梁全体に均等な荷重wが分布する場合の最大曲げモーメントで、公式はM=wL2/8。

集中荷重の場合に対して、モーメント図が放物線(曲線)になり、最大値は梁中央で生じる点が異なる。

単純梁の曲げモーメントを整理した表を示します。

荷重条件最大曲げモーメント公式モーメント図の形状
中央集中荷重PM=PL/4直線(折れ線)
等分布荷重wM=wL2/8放物線(曲線)
任意位置集中荷重P(距離a・b)M=Pab/L荷重点で最大、折れ線

まとめ

今回は、単純梁の曲げモーメントについて説明しました。単純梁の曲げモーメントの計算は、基本中の基本です。


テストは公式を覚えるだけで問題ないですが、是非、公式の導出や単純梁の意味も勉強しましょう。下記が参考になります。

単純梁とは?1分でわかる意味、特徴と例、公式と曲げモーメント、たわみの計算

梁の反力の求め方|つり合い条件式と演習問題で計算を身につける

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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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