5章はりのたわみ
(問題編1)
問1:たわみ曲線をx(はりの基準点から任意の距離を表す)で微分したものは何を表すか。
問2:同じ断面形状のはりを鋼とアルミニウム合金で製作した。同じ荷重を作用させたときどちらのほうがよりたわむか。
問3:スパンが等しく、高さ、幅ともにaの正方形断面の片持ばりと高さが2a、幅a/2の長方形断面の片持ばり(これらのはりの断面積は等しい)の自由端にそれぞれ集中力を作用させた。正方形断面のはりにおける自由端のたわみは長方形断面のはりにおける自由端のたわみの何倍となるか。
問4:前問3の場合、正方形断面のはりにおける固定端の曲げ応力は長方形断面のそれの何倍となるか。
*問5:スパンLの片持ばりの自由端に集中力(集中荷重)Pが作用した場合の自由端のたわみと、集中力Pの代わりに、はり全体に均等な荷重(等分布荷重w=P/L)を作用させた場合の自由端のたわみとではどの程度の違いが生ずるか。
[正解]
1:たわみ曲線の各部分の傾き角度、すなわちたわみ角iを表す。
2:はりがたわみ易いか否か、すなわち曲がり易いか否かはEIに依存する。ここでは断面形状が同じであるのでIは同じとなり、アルミニウム合金の縦弾性係数が鋼のそれよりも低いためにアルミニウム合金のほうがたわみやすい。
3:4倍、この場合正方形断面の断面2次モーメントIはa^4/12、長方形断面のそれはa^4/3となる。幅b、高さhの長方形断面の図心を通る軸に関する断面2次モーメントはbh^3/12である。
4:2倍、曲げ応力は断面係数Zに依存する。前者の断面係数はa^3/6、後者のそれはa^3/3となる。幅b、高さhの長方形断面の断面係数はbh^2/6である。
5:集中力として作用させた場合のほうが8/3倍たわみは大きくなる。用語編1に示した2つの式の比から求まる。あるいは、式5.11と式5.24の2行後の式を比較する。
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