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。



せん断力1


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


せん断力2


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。



せん断力3



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。


例2

せん断力4



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。



せん断力5  


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。