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2017
11.05

強度と耐力

Category: 用語
「強度」と「耐力」という言葉は、なんだか似たようなかんじの言葉である。それぞれどういう意味で何が違うのだろうか?

正確な定義は指針などに出ているが、字面だけを見ても「その心」は分かりにくい。「その心」を知るには、規準や指針を作った人たちが書いたものを読んでみるのが参考になる。

例えば、「強度」については、小野薫、田中尚共著「建築物のリミットデザイン」に以下のような記述がある(第 3 章 材料安全率の追放)。

 我々が力学を知らない原始人である場合を想像した時、一本の橋についての強度の知識は「嘗て二人一緒に渡って折れた事があるから一人づつ渡ろう」とか「前に二人で渡った時折れたからもう少し太い橋をかけよう」とかいう経験であろう。その場合橋の強度は「二人乗ったら折れるが一人なら大丈夫」という荷重の大きさで認識し、応力の大きさについての知識は全然持っていない。

このように構造物の強さを乗せうる荷重によって計るという極めて素朴な考え方は材料力学や弾性学の絢爛たる力学体系の発展の陰にかくれて現在殆んど忘れ去られている。

 然しながら構造物の強度を支持しうる荷重の大きさで計るという考え方は、素朴なだけに明快に材料安全率による現行設計法の不合理さを曝露すると共に、終局荷重設計法(ultimate load design)の合理性を主張するだろう。

材料安全率に基づく許容応力度設計というモノサシを使うなら、材料の引張試験や圧縮試験を行ってその試験結果に基づいて強度を決めればよい。だが、「材料強度=建物の強度」であるかというと、そうではないだろうというのが上記の部分の言わんとするところである。

建物の強さとは材料レベルの話ではなくて、部材レベル以上の話であるはずだ。現在、終局強度型の設計指針などでは、応力度ではなく部材や断面力に基づいて強度を考えるようになっているのをご存知かと思う。

次に「耐力」であるが、こちらも材料レベルの話ではなくて建物の耐力の話である。

強度と何が違うのかについては、梅村魁著「震害に教えられて」にある以下の記述が参考になる(p.47 "アメリカの情報に刺激され")。

 一九五〇年当時にかえって、私は鉄筋コンクリート骨組の終局耐力の問題に日夜取り組むことになった。終局強度という言葉を、終局耐力という言葉に変えたのは、強度の最高値だけでなく、それに伴う変形の問題を合わせて考える意味からである。

これは、耐爆設計を考えた場合に構造物の抵抗力と変形能力を合わせて考える、すなわち、吸収エネルギーを考えることで解決がついた経験により、耐震構造設計でも変形を考えに入れることが必要だと思ったからである。

「耐力」には、力というよりエネルギーのニュアンスがあるのである。同書には以下の記述もある(p.20の(注))。

 文中で使う用語で、少し専門的であるが、世の中ではあまりはっきり区別されていないように思う「終局強度」と「終局耐力」について、私なりに区別して使っていることにご注意頂きたい。

 終局強度は、建物や部材の外力に対する最大抵抗力(降伏点)を意味し、一般に建物はその最大抵抗力を発揮した後塑性変形を起こし、いわゆる粘り現象を呈し、抵抗力は低下しないまま、エネルギー吸収の大きな部分を占める。さらに変形が大きくなると、この抵抗力は低下する。このような塑性変形の部分も含め終局耐力と呼ぶことにしている。

 終局強度といっても、必ずしも最高抵抗力がはっきり認められない場合も多いし、終局耐力といっても、その粘りの形はさまざまであるが、概観的に差のあるところをご了解頂きたい。そして耐震構造の設計で、一九八一年の新耐震設計法までは、終局強度が計算の対象であり、新耐震設計法で具体的に終局耐力が取り入れられている。

上記の説明を読むと、荷重-変形関係における"背の高い三角形"は、"背の低い三角形+四角形"とイコールであるという耐震設計で当たり前のように出てくる話もかなり時間をかけてたどり着いた認識であることが分かる。



参考文献

  1. 小野薫、田中尚:建築物のリミットデザイン 改訂増補版 理工図書 1958年(昭和33年)4月

  2. 梅村魁:震害に教えられて 耐震構造との日月 技報堂出版 1994年4月



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