今回は「せん断力」について。
イメージとしては、材をスパッと切るような力。
つまり、ズレを生じさせるような力。
曲げモーメントの違いが理解しづらいかもしれませんが、
この2つは関係がないわけではなく、
曲げモーメント(M図)の関数を微分すると、
せん断力(Q図)の関数になります。(わからなくても問題ありません)
多くの参考書では下のような図を用いて説明しています。
コレは、材を部分的に見た図で、
軸力と同様に「+」と「-」があります。
ちなみに上図は「+」です。
ここで、例を用いて説明していきます。
例1
上図のような線材の中央に下方向へ10[kN]の外力を加えたとします。
軸力の時と同様に静止するため、図のように反力が発生します。
まず、せん断力を考える上で注目すべき点は
材に対して垂直方向に作用する2つの力
すなわち、下図のようにして、部分的に考えて見ることになります。
このとき、材の端から見なくてはなりません。
基本的に2つの事について見れば、せん断力はわかります。
1.矢印の向きを見ることにより、「+」か「-」かがわかります。
基本的に2つの矢印が右回りか、左回りかを見て、
「右回り」→「+」
「左回り」→「-」
となります。
ちなみに、上の図では右回りなので、この2つの力がかかっている間では
部分的に拡大すると、最初に出てきた図のような変形をします。
2.2つある外力(あるいは反力)のうち、端の値を見ることにより、せん断力の大きさがわかります。
すなわち、上の図では5[kN]の大きさのせん断力がかかっていることがわかります。
つまり、例1におけるせん断力は、
中央より左側では、「+5kN」
中央より右側では、「-5kN」
のせん断力がかかっていることになります。
ただし、下図(例2)のような場合における中央部については、
両端にかかっている力の合計(合力)で考えます。
まず、先ほどの手順でa区間とc区間のせん断力を求めると、
a区間は、「+4kN」、c区間は「-5kN」
と言うことになります。
そして、次に中央部(b区間)について考えていきます。
上図に示すとおり、
ここで考える2つの力は、端からの合力として考えます。
すなわち、b区間におけるせん断力は「+1kN]となります。
実は、静止している物体のせん断力の合計は「0」になるはずですから、
a区間とc区間のせん断力が判明した時点で、
(+4kN) + (b区間) + (-5kN) = 0
ということで、b区間のせん断力を求めることもできます。
例2の答えをまとめると、
a区間 4kN
b区間 1kN
c区間 -5kN
のせん断力がかかっていたことになります。