前回は、力のつり合いと支点反力について整理しました。
荷重がかかり、支点がそれを支えると、次は梁の中でどのような力が生じているのかを見る段階に進みます。
今回は、曲げモーメントとM図を、公式より先にイメージから整理します。
梁の中の力は、そのままでは見えない
梁に荷重がかかると、梁はたわもうとします。
ただ、外から眺めているだけでは、部材内部にどのような力が生じているかは見えません。
そこで構造計算では、梁を途中で切ったつもりで考えます。
切り口を考えると、梁の内部で受け持っていた力を表に出して考えられます。
代表的なのが、
- せん断力
- 曲げモーメント
- 軸力
です。
今回は、その中でも曲げモーメントに注目します。
曲げモーメントは「梁を曲げようとする作用」
梁に上から荷重がかかると、梁は下へたわもうとします。
このとき梁の内部には、曲げようとする作用が生じます。
最初から記号や正負を覚えるより、
梁のどこが強く曲げられようとしているのか
という感覚を持つことが大切です。
同じ強さの梁なら、曲げの負担が大きい場所ほど厳しい場所だと考えられます。
M図は「どこが曲げに対して厳しいか」を見る図
梁の中の曲げの大きさは目では見えません。
そこで、場所ごとの曲げモーメントの大きさを図にしたものがM図（曲げモーメント図）です。
例えば左右で支えられた単純梁に荷重がかかると、支点付近より中央付近の方が大きくたわもうとします。
入口では、
- M図が小さい場所＝曲げの負担が小さい
- M図が大きい場所＝曲げの負担が大きい
と捉えれば十分です。
M図は「山の高さ」で見る
M図を最初から正確に描こうとすると難しく感じます。
まずは、山が高い場所ほど曲げの負担が大きいと見てください。
単純梁の中央に集中荷重がある場合なら、中央付近で曲げの負担が大きくなり、M図も中央で大きくなります。
荷重の位置が変われば、曲げの大きい場所も変わるため、M図の形も変わります。
図形そのものを暗記しない
M図には正負や描く向きなどのルールがあります。
もちろん問題を解く段階では必要ですが、最初からそこだけを暗記すると意味を見失いやすくなります。
まずは、
M図は、梁のどこに曲げの負担が大きいかを見えるようにした図
と理解してください。
その上で、過去問を解きながら作図ルールや公式を重ねていけば、式と図の意味がつながりやすくなります。
今回のまとめ
流れを整理すると、
- 荷重がかかる
- 支点に反力が生じる
- 梁を途中で切ったつもりで内部を見る
- 曲げモーメントなどの内部の力が現れる
- M図で曲げの大きさを見える化する
となります。
M図は「どこが曲げで苦しいか」を見る図。
まずこの意味をつかんでから、計算や正負のルールへ進みましょう。