技術士 第一次試験 専門科目 建設部門 鋼構造・コンクリート 練習問題 第2問: 長さ4 mの鋼製の柱が、下端を固定し、上端を自由(回転も水平方向の移動も拘束しない)とした状態で、上端に鉛直の圧縮荷重を受けている。弱軸まわりの断面二次モーメン
専門科目 建設部門 鋼構造・コンクリート
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第2問
長さ4 mの鋼製の柱が、下端を固定し、上端を自由(回転も水平方向の移動も拘束しない)とした状態で、上端に鉛直の圧縮荷重を受けている。弱軸まわりの断面二次モーメントは6.0×10⁶ mm⁴、ヤング係数は2.0×10⁵ N/mm²で一定とし、柱は弾性の範囲で座屈するものとする。この柱の弾性座屈荷重(オイラーの座屈荷重)に最も近い値はどれか。ただし、π²=9.87とする。
解答と解説を先に見る
先に見ると、この問題は今回は育ちません。
正解: 1. 185 kN
弾性座屈荷重は約185 kNです。オイラーの座屈荷重は両端ピンの柱についてPcr=π²EI/L²で(USDA FPL Wood Handbook 第9章 式9–25で、回転半径r²=I/Aとしたもの)、ほかの端の条件では、両端ピンに置き換えた長さ(有効座屈長le=KL)を使います(FHWA-NHI-15-047 §4.2.5)。
下端固定・上端自由の柱のたわみの式を解くとkL=π/2となり、le=2Lです。
le=2×4000=8000 mm
Pcr=9.87×2.0×10⁵×6.0×10⁶÷8000²=1.85×10⁵ N≒185 kN
両端ピンの値に(L/le)²を掛けても、9.87×2.0×10⁵×6.0×10⁶÷4000²=740 kN、740×(1/2)²=185 kNで一致します。「740」は両端ピン(le=L)、「2960」は両端固定(le=0.5L)の値です。
「370」と「1480」は、le=2Lとle=0.5Lで長さの比を2乗せずに掛けた値です。
関連キーワード: 座屈・オイラーの座屈荷重・有効座屈長・端の条件・長柱
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