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トラスの部材力を簡単にしらべる方法

さて、ここではトラスに作用する軸力が圧縮なのか引張なのかという点について簡単に調べてみましょう。以下のような構造物を想定します。


まず反力を考えます。この構造物の場合、反力は上向きに作用していることが明らかなので、


となります。次に、節点法を考えれば、青丸で囲った部分には外力が作用していないのと部材が違う向きに1つしか入っていないので、0となります。また左支点部分について考えると、上向きの反力に対して部材が釣り合うためには、斜材に反力と反対向きの方向に部材力が作用していなければなりません。


次に、左支点の下端材について考えます。先ほど、斜め材の力の向きが分かったので、これを元に考えます。斜め材に作用する部材力を分解すると、水平方向の力は左向きなので、それと逆向きに部材力が作用する必要があります。でなければ、釣り合いようがありませんから。


次に、垂直方向に入っている部材について軸力の向きを調べると、斜め材の部材力を分解すれば上向きの力が作用しているので、

となります。

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・節点と応力の向きについて

以上のように、節点法の考え方と、力の向きだけを駆使して軸力が圧縮or引張というのを調べることができます。


ところで、初学者は良く勘違いするのですが、トラス構造物を考えるとき、節点が基準となります。よって、節点を押す力が圧縮力であり、節点を引張る力が引張力です。上図をみると、あたかも節点を引張っている力が押しているように見えて、逆もしかりです。これは、以下の図を考えればスッキリすると思います。



例えば、トラスの下端材を取り出してみると、部材力としては引張の力が働いています。あたかも、圧縮しているような図ですね。しかし、ここで勘違いしてはいけないのが、部材力は応力、すなわち抵抗力であるという点です。物体の内部に働いている力です。


では、このような抵抗力が働いているときに、部材に作用する外力はどのような力の向きでしょうか?作用・反作用の法則を考えれば簡単ですね。

こうなります。確かに引張っていますね。大学や高専で習う構造力学では、反力を求める練習をした後にトラスの勉強を良くします。そうすると、反力(外力)と部材に作用する応力がごちゃごちゃになって、理解が遅れるので、この違いをはっきりさせておきましょう。

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