Whitney応力ブロック法とは何ですか？

Whitney（ホイットニー）応力ブロック法は、コンクリートの圧縮応力分布を実際の曲線形状から等価な矩形ブロック（深さ a = β₁c）に置き換えて計算を簡略化する方法です。ACI 318で採用されており、β₁は f'c≤28MPaで0.85、それ以上では0.85-0.05(f'c-28)/7で低下します。曲げ耐力は Mn = As×fy×(d - a/2) で計算できます。

最小鉄筋量・最大鉄筋量はどう決まりますか？

ACI 318によると、最小鉄筋量は As_min = max(0.25√f'c/fy, 1.4/fy) × b×d です。最大鉄筋量は釣合い鉄筋量の75%（ρ_max = 0.75ρ_b）で制限されます。ρ_b = (0.85β₁f'c/fy)×(600/(600+fy)) は釣合い鉄筋比です。この制限で鉄筋降伏後のコンクリート圧縮破壊（脆性）を防ぎ、延性を確保します。

強度低減係数φはどう使いますか？

ACI 318の強度低減係数φは、曲げ（引張支配）でφ=0.90、せん断・ねじりでφ=0.75、圧縮支配（柱）でφ=0.65が基本です。引張鋼材ひずみεsが0.005以上であれば引張支配とみなしφ=0.90を使えます。設計耐力φMn≥Mu（設計荷重モーメント）が断面設計の基本条件です。

T形梁と矩形梁ではどう計算が変わりますか？

T形梁では有効フランジ幅内のコンクリート圧縮面積を考慮します。中立軸がフランジ内（a hf）は2つの矩形ブロックに分割して計算します。T形梁は矩形梁より大きな圧縮面積を持つため、一般に曲げ耐力が大きくなります。

鉄筋コンクリート断面解析シミュレーター — 無料オンライン計算機

断面パラメータ

梁幅 b

有効せい d

引張鉄筋量 As

mm²

コンクリート強度 f'c

MPa

鉄筋降伏強度 fy

MPa

鉄筋量チェック

計算結果

—

φMn [kN·m]

—

中立軸深さ c [mm]

—

応力ブロック a [mm]

—

鉄筋ひずみ ε_s

—

強度低減係数 φ

—

鉄筋比 ρ [%]

断面・ひずみ・応力図

断面

As vs φMn 曲線

必要鉄筋量

理論・主要公式

Whitney応力ブロック深さ：$a = \dfrac{A_s f_y}{0.85 f'_c b}$

中立軸深さ：$c = a / \beta_1$，　$\beta_1 = 0.85$ ($f'_c \le 28$ MPa)

鉄筋ひずみ：$\varepsilon_s = 0.003 \times (d - c)/c$

公称曲げ耐力：$M_n = A_s f_y \left(d - \dfrac{a}{2}\right)$

設計耐力：$\phi M_n$，　$\phi = 0.90$（$\varepsilon_s \ge 0.005$）

鉄筋コンクリート断面解析（曲げ・せん断）とは

🙋

このシミュレーターで「曲げ耐力」って計算できるんですか？梁がどれだけ曲がる力に耐えられるか、パッと出るということ？

🎓

その通り！大まかに言うと、コンクリート梁が「ポキッ」と折れる前に持つ最大の曲げモーメントを計算するんだ。実務では、橋や建物の梁を設計する時に必ずチェックする基本中の基本だよ。例えば、上のスライダーで「引張鉄筋量 As」を増やしてみて。曲げ耐力の値が大きく上がるのがわかるはずだ。

🙋

え、そうなんですか！「中立軸」とか「ひずみ図」も出てきますけど、これって何を見てるんですか？

🎓

中立軸は、断面の中で圧縮も引張もかかっていない（ひずみゼロの）境界線の位置だ。これが深いほど多くのコンクリートが圧縮に働くけど、その分鉄筋のひずみが小さくなって、脆い破壊に近づくんだ。右のひずみ図は、その「壊れ方の予告編」を見ているようなもの。鉄筋のひずみが0.005を超えていれば、壊れる前に大きくたわんで警告してくれる「靭性破壊」だと言えるね。

🙋

「コンクリート強度 f'c」を非常に高くしたら、鉄筋いらなくなりませんか？コンクリートだけで強くなるような気がするんですが。

🎓

良いところに気づいたね！確かにf'cを上げると曲げ耐力は上がる。でも、コンクリートは引張にめっぽう弱いんだ。試しに「引張鉄筋量 As」をゼロにしてみて。f'cをどう変えても曲げ耐力はほぼゼロのままなのがわかるよ。現場で多いのは、圧縮はコンクリート、引張は鉄筋が担当するという「役割分担」を理解した設計なんだ。

よくある質問

最小鉄筋量を満たさない場合、ひび割れ後の急激な破壊（脆性破壊）のリスクがあります。断面寸法（bやd）を大きくするか、コンクリート強度f'cを下げて鉄筋比を相対的に上げることを検討してください。また、引張鉄筋量Asを増やすことも有効です。

鉄筋が降伏しても、コンクリートの圧縮縁ひずみが終局ひずみ（0.003）に達するまでは、断面の圧縮合力が増加し続けるためです。この状態を「圧縮支配」と呼び、靭性のある破壊モードとして設計上許容されます。

はい、ACI 318に基づく設計用曲げ耐力です。ただし、使用する低減係数φ（通常0.9）は、引張鉄筋のひずみが0.005以上かどうかで自動調整されます。ひずみが0.005未満の場合はφが低下するため、結果を確認してください。

中立軸を浅く（上側に移動）するには、引張鉄筋量Asを減らすか、コンクリート強度f'cを高めて圧縮力を小さくします。ただし、最小鉄筋量を下回らないよう注意してください。逆にAsを増やすと中立軸は深くなります。

実世界での応用

建築構造設計：マンションやオフィスビルの大梁・小梁の断面を決定する際に必須の計算です。想定される荷重に対して、このツールで計算した曲げ耐力（に安全率を乗じた値）が上回るように鉄筋量と断面サイズを決めます。

橋梁の耐震補強設計：既存の橋脚や桁の耐力を評価する「耐震診断」で広く用いられます。既存断面の諸元を入力し、現在の曲げ耐力と要求耐力とを比較。不足分を補う鉄筋や鋼板の量を算定する基礎データとなります。

CAE/FEM解析の前処理・検証：AbaqusやANSYSで詳細な鉄筋コンクリートモデルを構築する前段階として、部材断面の基本的な曲げ破壊モードと耐力を見積もるために使われます。FEMの結果とこの簡易計算結果を照合し、モデルの信頼性を確認します。

土木・建築教育：大学や専門学校で、鉄筋コンクリート部材の力学挙動を視覚的・直感的に理解するための教材として活用できます。パラメータを変えると即座に中立軸や耐力が変化するので、各変数の影響を体感しながら学べます。

よくある誤解と注意点

このツールを使い始めるとき、いくつか陥りがちな落とし穴があるから気をつけてね。まず一つ目は、「有効せい d の取り方」。教科書的には「圧縮縁から引張鉄筋中心まで」だけど、実断面では鉄筋が2段になったり、スターラップ（あばら筋）の分かぶり厚さが変わったりする。例えば、梁の上面から主筋中心までが65mm、スターラップ径がD10なら、実質的な有効せいは65-10=55mmと考えなきゃいけないんだ。この値が5mm違うだけで、計算される曲げ耐力が10%近く変わってくるから、入力は慎重に！

二つ目は「鉄筋が降伏するのが当然と思い込む」こと。ツールは自動で計算するけど、実は鉄筋量が多すぎると（過鉄筋断面）、コンクリートが圧縮破壊する時に鉄筋がまだ降伏していない（ε_s < 0.002）ということがある。この「脆い破壊」は絶対に避けたい。ツールで「引張鉄筋ひずみ」が0.005を切っていたら、鉄筋量を減らすか断面を大きくするかを検討するサインだよ。

最後に、「せん断と曲げは別物」という意識。このツールで曲げ耐力が足りたからOK、じゃないんだ。例えば、短い梁や大きな集中荷重がかかる場所では、曲げよりせん断で壊れる方が先になることが多い。曲げの計算が終わったら、必ず別途せん断耐力の照査が必要だということ、頭の片隅に置いておいて。

鉄筋コンクリート断面解析（曲げ・せん断）

鉄筋コンクリート断面解析（曲げ・せん断）とは

よくある質問

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よくある誤解と注意点

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