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トラス構造の圧縮材と引張材の違い

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トラス構造物で部材力の解析を行いました。これにより、部材に圧縮力か引張力が作用しているのか確認することができましたね。

引張力が作用する部材と圧縮が作用する部材で、何が異なってくるのでしょうか？まず、圧縮力が作用する部材で考えなければならないのは、｢座屈｣についてです。座屈という不安定現象は、部材の強度に関係なく、弾性係数や部材断面等に依存します。つまり、強度が大丈夫だからと言って、あまりにも細い部材を使うと、座屈が起きて崩壊します。

一方、引張力が作用する部材についてはどうでしょうか？引張材は、最大耐力まで線形的に耐力が上昇、弾塑性材料なら降伏してから破断します。つまり、引張材には不安定な現象は起きることがありません。よって、引張力が作用する部材に関しては、強度の分だけ細い部材を設計することができます。

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圧縮材と引張材で部材断面を変える

一般的な構造物では、部材ごとに断面を変えると言うことがあまり無いのですが、合理的に設計しようと思えば、圧縮材は太く、引張材は細くすることが可能なのです。例えば、重量規定が求められるブリッジコンテスト等では橋のどの部材を細くして良いのか？太くした方がいいか？などの情報はとても重要なのです。

こんな構造物だとしたら、

圧縮材を太くして、引張材は細くしてみます。

すると、こんな構造物になりました。圧縮材は座屈してほしくないので太く。引張材は強度の分だけ設計できるので細くしました。部材断面がここまで違うと、接合部をどのようにおさめるのかという問題点が発生しますが、こんなことも可能なのです。

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