集中荷重
集中荷重は、梁などの一点に集まってかかる力のことです。柱が梁にのる点や、車輪が橋にのる点のように、狭い範囲に力が集まる場合をこう呼びます。広い範囲に均等にかかる等分布荷重と対になる考え方で、力がかかる点で曲げモーメントが最大になるのが特徴です。
セクション別の図解
単純梁の集中荷重に対し、両支点の反力が荷重点までの距離の比で分かれて求まる様子が、距離と矢印で示されています。
集中荷重を受ける梁では、まず両端の支点反力を求めます。力の釣合い (ΣM=0、ΣV=0) を使うと、反力は荷重点から各支点までの距離の比で分かれ、荷重点に近い支点ほど大きな反力を負担します。反力が分かれば、任意の位置で「反力×距離」を計算して曲げモーメントを求められます。集中荷重は計算がすっきりしているので、梁の力学を学ぶ最初の題材としてよく使われます。
左に一点に矢印1本の集中荷重、右に範囲全体へ矢印を並べた等分布荷重を置き、力のかかり方のちがいが対比されています。
荷重には、一点に集まる集中荷重と、ある範囲に均等にかかる等分布荷重があります。集中荷重は柱や車輪のように狭い範囲に力が集まる場合、等分布荷重は積もった雪や梁の自重のように広い範囲に一様にかかる場合に使います。図では集中荷重は1本の矢印、等分布荷重は同じ長さの矢印を並べて表します。荷重の種類で、後で出てくる曲げモーメント図の形も変わります。
中央に集中荷重を受ける単純梁の下に、荷重点で頂点をもつ三角形の曲げモーメント図 (BMD) が描かれています。
単純梁の一点に集中荷重がかかると、その荷重点で曲げモーメント (梁を曲げようとする力の効果) が最大になります。曲げモーメントは両端の支点でゼロ、荷重点に向かって直線的に増えていくため、曲げモーメント図 (BMD) は三角形 (山形) になります。等分布荷重だと放物線になるのと対照的です。「集中荷重は三角形、等分布荷重は放物線」と図の形をセットで覚えると、梁の計算問題で見分けやすくなります。
関連用語
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