連続梁解析計算機 戻る
構造解析

連続梁解析計算機

三曲げモーメント方程式(クラペイロン方程式)を用いて多スパン連続梁の支点モーメント・反力・曲げモーメント図・たわみをリアルタイム計算。

パラメータ設定
スパン数
荷重タイプ
断面・荷重
弾性係数 E
GPa
断面二次モーメント I
cm⁴
荷重強度 q
kN/m
各スパン長(m)
計算結果
M_max+ [kN·m]
M_max− [kN·m]
最大反力 [kN]
最大たわみ [mm]
曲げモーメント図 (BMD)
曲げモーメント図
たわみ図
たわみ
理論・主要公式

三曲げモーメント方程式(等 EI, 等分布荷重 $q$):

$$M_{i-1}L_i + 2M_i(L_i+L_{i+1}) + M_{i+1}L_{i+1}= -\frac{q_i L_i^3}{4}- \frac{q_{i+1}L_{i+1}^3}{4}$$

支点反力(スパン $i$):$R_{i,L}= \dfrac{q_i L_i}{2}- \dfrac{M_{i+1}-M_i}{L_i}$

スパン内最大正モーメント位置:$x^* = R_{i,L}/ q_i$

$L_i$:スパン長(m)、$M_i$:支点モーメント(kN·m)、$q_i$:分布荷重(kN/m)

連続梁解析とは

🙋
連続梁って、単純支持梁と何が違うんですか?橋とかでよく見る、途中に柱が何本もあるアレですよね?
🎓
その通り!単純支持梁は端っこで支えられてるだけ。連続梁は、橋桁が途中の橋脚の上も通り抜けて、一本の梁として続いているんだ。これが大きな違いで、途中の支点の上では梁が上に反ろうとする「負の曲げモーメント」が発生する。このツールのスライダーで「スパン数」を増やしてみると、支点が増えるほどモーメントの分布が複雑になるのがわかるよ。
🙋
え、負のモーメント?梁って普通、真ん中が下にたわんで正のモーメントですよね。じゃあ、連続梁の方が強いということですか?
🎓
大まかに言うと、材料を効率的に使えるんだ。単純梁だと真ん中だけに最大モーメントが集中するけど、連続梁だと支点上で負、スパン中央で正と、モーメントが分散される。例えば、等分布荷重で2スパンの場合、最大正モーメントは単純梁の約 $qL^2/8$ から $qL^2/14$ くらいまで小さくなる。ツールで「荷重強度 q」を変えながら、曲げモーメント図のピークの高さを比べてみて。
🙋
なるほど!でも、途中の支点で上に反る力も計算しないとダメだから、単純梁より計算が難しそう…。どうやって解いてるんですか?
🎓
そこで「三曲げモーメント方程式」の出番だ。隣り合う3つの支点のモーメントの関係を表す方程式を、全ての支点に対して立てて連立方程式を解く。このツールはそれをリアルタイムでやって、反力やたわみまで全部計算してグラフ化してくれる。パラメータの「弾性係数 E」や「断面二次モーメント I」を変えると、梁の硬さが変わり、たわみの大きさがどう変わるかすぐ確認できる。これが構造設計の実務の第一歩だね。

よくある質問

はい、本ツールはリアルタイム計算に対応しています。スパン長や荷重条件を変更すると、クラペイロン方程式に基づき支点モーメント・反力・たわみが即座に再計算され、曲げモーメント図も自動更新されます。
現状、本ツールは等分布荷重のみ対応しています。集中荷重や部分荷重を扱う場合は、等分布荷重に換算するか、別の汎用構造解析ソフトをご利用ください。今後の機能拡張を検討中です。
入力パネル下部に、各スパンの曲げモーメント図とたわみ曲線がグラフで表示されます。図はリアルタイムに更新され、最大値・最小値も数値で確認できます。グラフは拡大・縮小も可能です。
本ツールでは各スパンの断面二次モーメントとヤング率を個別に設定可能です。ただし、同一スパン内ではEI一定と仮定しています。スパンごとに異なる断面を用いる場合も正しく計算できます。

実世界での応用

橋梁設計:道路橋や鉄道橋のRC(鉄筋コンクリート)桁や鋼桁は、典型的な連続梁構造です。中間橋脚上の負モーメントを考慮した配筋設計や、温度変化による伸縮の影響評価に、この基礎解析が活用されます。

建築構造(床スラブ・大梁):オフィスビルなどの床スラブや、柱で支持される長大な梁(大梁)は連続梁としてモデル化されます。支点上で鉄筋を多く配置するなどの詳細設計の基礎データとして使われます。

プラント配管支持設計:化学プラントなどで長距離にわたる大口径配管は、複数の支持架台で支えられます。配管自体を連続梁と見なして応力とたわみを評価し、支持間隔を決定します。

CAE/FEM検証:有限要素法(FEM)を用いた梁構造解析を行う際、その結果の信頼性を確認する「検証」プロセスで、この手計算による連続梁の解は非常に重要なベンチマークとなります。特に梁要素のモデリングが正しいかどうかのチェックに必須です。

よくある誤解と注意点

このツールを使い始める際、いくつか陥りがちなポイントがあるよ。まず第一に、「支点は全てピン支持と同じ」と思い込んでいない?このツールのモデルは、内部支点は「回転は自由だが鉛直移動は拘束」されている、つまりローラーみたいなものだ。でも実物の橋脚は、基礎や地盤と剛接合されていたり、変形するんだ。ツールの結果は「理想的で剛な支持」を仮定した第一近似ということを頭に入れておこう。

次にパラメータ設定で、「断面二次モーメント I」と「弾性係数 E」をセットで考えるクセをつけて。この積「EI」が曲げ剛性で、たわみを決める大事な値だ。例えば、鋼(E=205 GPa)とコンクリート(E=30 GPa)で同じIの断面を使っても、たわみは約7倍も違う。ツールでEだけを1/10にしてみると、たわみが10倍に跳ね上がるのが確認できるはず。実務では材料を決めたら、まずEIを把握することがスタートラインだ。

最後に、最大たわみの位置は最大曲げモーメントの位置と一致しないということ。等分布荷重の単純梁なら真ん中だけど、連続梁だとスパンの中央からずれる。2スパンで等分布荷重なら、最大たわみは各スパンの中央より少し端寄りになる。ツールのたわみ曲線をよく見て、ピークがどこにあるか確認してみて。設計ではこの位置のたわみ量が規制値を超えないかチェックするんだ。