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異種材料を組み合わせた応力ひずみ関係

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建築物には、木や鋼を組み合わせた構造物や、鋼や鉄筋コンクリートを組み合わせたような、混構造と呼ばれる構造形式も良くみられます。

そのような異種材料を組み合わせた場合、それぞれの材料にはどのような応力が作用するのでしょうか？

以下の構造物を例とします。

混構造

まず、部材１と部材２は完全に一体として変形するとします。このとき、二つの部材は一体となって変形するという仮定から以下のことがわかります。

混構造の変形

となりますね。まず、それぞれの部材に対しての歪についてですが、一体となって変形するため、ひずみの値は同じとなります。また、部材１と２が一体となった部材のひずみについても、それぞれの剛性の重ね合わせにより求めることができますね。

以上の式を変形すると、

混構造の歪

となります。

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記事を書いた人

ハナダユキヒロ／建築学生が学ぶ「構造力学」

難解な構造力学、建築構造の用語を分かりやすく解説する専門家。高等専門学校在学中から建築学生が学ぶ「構造力学」を運営。その後、国立大学大学院⇒組織設計事務所⇒弊サイト運営に従事している。

著書：「わかる構造力学/工学社」、「わかる構造力学改訂版/工学社」

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計算例

先ほど求めた結果を使って、簡単な計算をしてみましょう。

混構造の計算例

とします。部材１は鋼を想定して、部材２ではコンクリートを想定しています。このときの、それぞれの部材に作用する応力を調べましょう。

計算式は以下のようにしめされるので、

鋼及びCの混構造

それぞれの値を代入すると、

異種材料の応力

となります。以上の結果のように異種材料を組み合わせたとき、剛性が高い材料へと多く力が流れているという結果が得られました。

設計の際は、この応力が作用したとき、部材が安全なのかということについて考える必要がありますね。

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名前　ハナダユキヒロ/MITUME lab代表.
2010年　弊サイトを開設
2010～2017年　国立大学大学院修了
2017年12月に当HPが書籍化。
「わかる構造力学」
2022年4月に「わかる構造力学」の改訂版出版。
「わかる構造力学(改訂版)」

10数年以上、建築の学問、研究、構造設計の実務に携わった経験を元に、未経験の方、建築関係の学生、社会人の方に役立つ知識を、分かりやすくお伝えします。

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