１２月１１日、１年生たちの木工ゼミで制作する倉庫で用いる合成梁の曲げ試験を行いました。
倉庫はスパンが５．１m、奥行きが
４．５mほど、以前につくったものと
同様、手前側を開放するほかは貫でかご状
に結びつける構造体を提案。ここで試験を
する梁は、この５．１mのスパンにかかる
桁で、片流れなので、雪の偏荷重はそれほ
ど心配しなくてもいい。法規上は３０cm
だけど、５０cmくらいは積もるので、
１００kg／m２ほどの荷重は考慮する。
中央に小屋梁を受けるので、負担面積は
１２．５m２、したがってこの梁にかかる
集中荷重は約７５０kgくらいになる。
試験では７５０kg懸けたときのたわみが
スパンの１／２５０、２０mm以下になる
ことを確認することになる。
この合成梁は、耐震用に開発された
梯子フレーム（フィーレンディール構造）
に倣うもので、束の間に合板を入れて保剛する。
学校の１階駐輪場で、オイルジャッキとロードセル、変位計をセット、データを受けるロガーとパソコンのセッティングが終わり、実験がはじめての１年生はドキドキ。緊張感の中で、実験開始！おそるおそるジャッキを懸けていきますと言いたいところですが、ちょっと待て、梁は思ったよりも柔らかく、あらら、自重ですでに１１mmも沈下しています。う〜ん、ちょっとほぞが緩かったんじゃない？
予定の７５０kgで沈下量はさらに10mm、合計２１mm。これってどうなん？
さらに荷重を掛けてみます。１年生君、委細構わず、大胆にレバーを押して行きます。おいおい、ちょっとくらいは加減せえよ、梁が泣いているよ。予定の７５０kgを超えて、１t、１．５t と上げて行きます。たわみは３０mmを超えて、累積では４０mm超。そろそろやばいかな。たわみが４５mmほどになったところで、ストップ。壊してしまうと、またつくらねばならなくなるから、止めておこう。
思ったよりも柔らかなので、きっと合板が滑っているのだろうと、ビスで縫い付けることに。
これでどうだ？
実験を始めから再開。でも、初期のたわみは先ほどよりも１０ｍｍほど大きくなっています。
そこからの結果も、ほぼ同じような雰囲気です。う〜ん、これは原因が別にあるんだね。
きっとほぞが弱くて、フィーレンディール梁のように、剛性がつたわらず、４寸角の梁が
上下に２段あるだけの構造体になっているのかもしれないね。
翌日、今度は２年生たちによる構造実験授業として、再度、同じ実験をやってみた。
すでに全員がグループで土壁の耐力実験を経験しているので、慣れたもの。
実験結果は昨日のものとほぼ同じ。
中央集中荷重の場合の梁に生じる撓みは、公式により、
δ＝PL^3／48EI で与えられる。したがって、この梁の曲げ剛性EI は、EI=PL^3／48δ
となる。
１０kN（１t ）時の 撓みが22mmであることから、 EI=１．２６＊１０^12 Nmm2
この比較のために、脇にあった５寸角の杉柱の曲げ試験もやってみた。
支持点間距離は３m、（内法寸法＝2.850mm）
この柱は加工を間違えて交換されたもので、すでに
ほぞ穴が開けられているので、その分は曲げ剛性がち
ょっとだけ落ちるかもしれないが、曲げ剛性は全体で
効くので、さほど影響は大きくないそうだ。
意外に強くて、１０kNで5.5mm、１５kNで８.0mm
という撓み。
これを同様に計算で解くと、
EI=０．９＊１０^12 Nmm2
となる。さきほどの剛性梁の曲げ剛性と比較しても、
３／４ほど。これは断面２次モーメントを計算すると、
かなり大きなヤング率となる。そんなにつよい材なのか？
今度は４寸角で同じ実験をしてみる必要がありそうだ。
その剛性を実測してみれば、この合成梁の成果がわか
るだろう。
下に、グラフを添付する。
左が合成梁で、青が１回目、赤が２回目、黄が３回目。
最後がずれているのは、初期設定値を０としている
ので、残留ひずみが出ていることによるものと思われる。
残留歪みを考慮すると、最終的なところがほぼ同じで、
スタートがずれてくるグラフとなる。
右は５寸角の実験結果で、ほぼリニアーな形となっていて、まだ弾性範囲にあることを示している。
（さのはるひと）
４．５mほど、以前につくったものと
同様、手前側を開放するほかは貫でかご状
に結びつける構造体を提案。ここで試験を
する梁は、この５．１mのスパンにかかる
桁で、片流れなので、雪の偏荷重はそれほ
ど心配しなくてもいい。法規上は３０cm
だけど、５０cmくらいは積もるので、
１００kg／m２ほどの荷重は考慮する。
中央に小屋梁を受けるので、負担面積は
１２．５m２、したがってこの梁にかかる
集中荷重は約７５０kgくらいになる。
試験では７５０kg懸けたときのたわみが
スパンの１／２５０、２０mm以下になる
ことを確認することになる。
この合成梁は、耐震用に開発された
梯子フレーム（フィーレンディール構造）
に倣うもので、束の間に合板を入れて保剛する。
学校の１階駐輪場で、オイルジャッキとロードセル、変位計をセット、データを受けるロガーとパソコンのセッティングが終わり、実験がはじめての１年生はドキドキ。緊張感の中で、実験開始！おそるおそるジャッキを懸けていきますと言いたいところですが、ちょっと待て、梁は思ったよりも柔らかく、あらら、自重ですでに１１mmも沈下しています。う〜ん、ちょっとほぞが緩かったんじゃない？
予定の７５０kgで沈下量はさらに10mm、合計２１mm。これってどうなん？
さらに荷重を掛けてみます。１年生君、委細構わず、大胆にレバーを押して行きます。おいおい、ちょっとくらいは加減せえよ、梁が泣いているよ。予定の７５０kgを超えて、１t、１．５t と上げて行きます。たわみは３０mmを超えて、累積では４０mm超。そろそろやばいかな。たわみが４５mmほどになったところで、ストップ。壊してしまうと、またつくらねばならなくなるから、止めておこう。
思ったよりも柔らかなので、きっと合板が滑っているのだろうと、ビスで縫い付けることに。
これでどうだ？
実験を始めから再開。でも、初期のたわみは先ほどよりも１０ｍｍほど大きくなっています。
そこからの結果も、ほぼ同じような雰囲気です。う〜ん、これは原因が別にあるんだね。
きっとほぞが弱くて、フィーレンディール梁のように、剛性がつたわらず、４寸角の梁が
上下に２段あるだけの構造体になっているのかもしれないね。
翌日、今度は２年生たちによる構造実験授業として、再度、同じ実験をやってみた。
すでに全員がグループで土壁の耐力実験を経験しているので、慣れたもの。
実験結果は昨日のものとほぼ同じ。
中央集中荷重の場合の梁に生じる撓みは、公式により、
δ＝PL^3／48EI で与えられる。したがって、この梁の曲げ剛性EI は、EI=PL^3／48δ
となる。
１０kN（１t ）時の 撓みが22mmであることから、 EI=１．２６＊１０^12 Nmm2
この比較のために、脇にあった５寸角の杉柱の曲げ試験もやってみた。
この柱は加工を間違えて交換されたもので、すでに
ほぞ穴が開けられているので、その分は曲げ剛性がち
ょっとだけ落ちるかもしれないが、曲げ剛性は全体で
効くので、さほど影響は大きくないそうだ。
意外に強くて、１０kNで5.5mm、１５kNで８.0mm
という撓み。
これを同様に計算で解くと、
EI=０．９＊１０^12 Nmm2
となる。さきほどの剛性梁の曲げ剛性と比較しても、
３／４ほど。これは断面２次モーメントを計算すると、
かなり大きなヤング率となる。そんなにつよい材なのか？
今度は４寸角で同じ実験をしてみる必要がありそうだ。
その剛性を実測してみれば、この合成梁の成果がわか
るだろう。
下に、グラフを添付する。
左が合成梁で、青が１回目、赤が２回目、黄が３回目。
最後がずれているのは、初期設定値を０としている
ので、残留ひずみが出ていることによるものと思われる。
残留歪みを考慮すると、最終的なところがほぼ同じで、
スタートがずれてくるグラフとなる。
右は５寸角の実験結果で、ほぼリニアーな形となっていて、まだ弾性範囲にあることを示している。
（さのはるひと）
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