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軸方向力は部材の軸方向(部材の長さ方向に平行)に作用する応力(部材の断面内部に生じる力)です。
部材を引張る軸方向力を「引張応力」、部材を縮める軸方向力を「圧縮応力」といいます。
下図をみてください。部材の軸方向に引張荷重が作用した状態で静止しています(力が釣り合っている)。
手元にある鉛筆やボールペンを両手で引張った状態を確認すれば良いでしょう。
このとき、ペンの途中を仮想的に切断して、断面にどのような応力が生じているか確認します。
部材が静止した状態なので部材の内外で力は釣り合っています。よって、仮想的に切断した部材を取り出して、力のつり合いを考えます。
引張荷重は部材軸方向に作用しており、力が釣り合うためには「引張荷重と反対方向に、同じ大きさの力が作用する」必要があります。
数式で表すと下記となります。引張荷重をP、引張応力をNとすれば
∑H=0
P-N=0
N=P
です。部材に圧縮荷重が作用すれば、断面に逆方向の力が作用して釣り合います。次にラーメン構造の軸方向力(軸力)を求め方の考え方を解説します。
実際の計算の流れはラーメン構造の計算方法をご覧ください。
ラーメン構造の反力は?5分でわかる計算方法と考え方、曲げモーメント図の描き方
ラーメン構造は柱と梁で構成されます。柱は鉛直方向の部材、梁は水平方向の部材です。よって、柱と梁に荷重が作用します。
まずは、これらの荷重による支点反力を求めた後、柱、梁を任意の位置で切断して、力のつり合いから軸方向の応力(軸方向応力)を求めます。
トラス構造の軸力の求める場合、トラス部材の節点周りの力のつり合いから軸力を求める「節点法」と、
トラスを任意の断面で切断し、せん断力やモーメントのつり合いから、部材力を求める方法である「断面法」があります。
トラス部材の軸力を求める方法も、前述した梁やラーメン構造の軸力を求める方法と考え方は同じで、力のつり合いが基本的な考え方となります。
断面法とは?1分でわかる意味、リッター法、クルマン法、計算、節点法との違い
今回は、軸方向力の求め方について説明しました。軸方向力は部材の軸方向(部材の長さ方向に平行)に作用する応力(部材の断面内部に生じる力)です。
力のつり合いから、軸方向に生じる応力を求めます。軸方向力の意味、トラス構造の軸力の計算など下記も勉強しましょう。
軸方向力とは?1分でわかる意味、読み方、軸力との違い、求め方、圧縮軸力と引張軸力
断面法とは?1分でわかる意味、リッター法、クルマン法、計算、節点法との違い
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