トラス構造【材料力学用語辞典】

材料力学用語辞典では、材料力学で出てくる専門用語を分かりやすく紹介しています。今回の用語は「トラス構造」です。

この記事はYoutube動画で紹介した内容の概要です。詳細は動画をご覧ください。

トラス構造とは

トラス構造とは、複数の部材を角度が変化できるように接続した構造で、3部材で構成される三角形が基本となります。接続部が自由に回転できるので、各部材に曲げモーメントが伝わらず、引張や圧縮の軸力だけで荷重を支えます。タワー、橋、オートバイなど様々な構造に用いられますが、三角形が基本のため、窓やドアが必要な住宅に用いられることは少ないです。

接続部の角度を固定するラーメン構造と対比されることが多いです。ラーメン構造の部材は曲げ変形しますが、トラス構造の部材は曲げ変形せずに引張や圧縮変形のみになる点が大きな違いです。なお、圧縮を受ける部材では座屈が生じない様にする必要があります。

引張・圧縮変形が有効な理由

引張・圧縮変形と曲げ変形を部材で比較すると、その差は歴然です。長さLが直径Dの10倍の部材の場合、曲げ変形の最大応力は引張・圧縮の80倍、最大変位は533倍になります。これは、引張・圧縮では部材全体に均一な応力が生じるのに対し、曲げでは表面の応力が最大で中心では応力がゼロになるため、中央に近い材料が効率よく働かないためです。

トラス構造は各部材が引張・圧縮のみで荷重を支えるため、応力低減や高剛性化に非常に有効な構造形式です。形状最適化の問題でも、自由に設計するとトラス形状に近い結果が得られることが多く、トラス構造の有効性が示されています。

まとめ

• 複数の部材を角度が変化できる様に接続する構造をトラス構造と言い、3部材で構成される三角形が基本となる。
• トラス構造では、各部材に引張や圧縮変形が生じ、曲げ変形は生じ難い。応力低減や高剛性化に有効。
• トラス構造は、タワー・橋・オートバイなどに用いられる。三角形が基本のため、窓やドアが必要な住宅に用いられることは少ない。

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