Structural and Stress Analysis（構造解析と応力解析）

引用

Megson, T. H. G. (2019). Structural and Stress Analysis (4th ed.). Butterworth-Heinemann.

章の要約

第4版は21章と二つの付録(断面性質の表、はりの曲げの標準的な場合)からなる。Elsevierは本書を、あらゆる種類の構造解析と応力解析への包括的な入門と説明している。静力学の基本原理から始まり、垂直力、せん断力、曲げモーメント、ねじりを扱う。出版社の掲載には章題しかないため、以下の項目は章題と出版社の説明に沿う。

第1〜3章：Introduction(序論)；Principles of Statics(静力学の原理)；Normal Force, Shear Force, Bending Moment and Torsion(垂直力、せん断力、曲げモーメント、ねじり)

最初の章は主題を紹介し、静力学の原理を示す。出版社によれば、これは学生が基本概念と、あらゆる構造を支配するつり合いの原理、さらにコンピュータによる計算の背後にある原理を理解できるように含められている。第3章は続いて、部材内部の作用である垂直力、せん断力、曲げモーメント、ねじりを扱う。

第4〜6章：Analysis of Pin-Jointed Trusses(ピン接合トラスの解析)；Cables(ケーブル)；Arches(アーチ)

構造形式に関する三つの章。ピン接合トラス、ケーブル、アーチである。

第7〜8章：Stress and Strain(応力とひずみ)；Properties of Engineering Materials(工学材料の性質)

応力とひずみが最初に導入され、続いて工学材料の性質が扱われる。

第9〜12章：Bending of Beams(はりの曲げ)；Shear of Beams(はりのせん断)；Torsion of Beams(はりのねじり)；Composite Beams(合成はり)

はりの応力解析で、曲げ、せん断、ねじりを順に扱い、合成はりに及ぶ。

第13〜15章：Deflection of Beams(はりのたわみ)；Complex Stress and Strain(複合応力とひずみ)；Virtual Work and Energy Methods(仮想仕事とエネルギー法)

はりのたわみ、次に複合応力とひずみ、そして仮想仕事とエネルギー法。

第16〜17章：Analysis of Statically Indeterminate Structures(不静定構造の解析)；Matrix Methods of Analysis(行列法による解析)

不静定構造、続いて行列法による解析。出版社によれば、第4版は構造工学におけるデジタルの動向に重点を置き、新しいコンピュータ解析の方法と、「ブラックボックス」的な工学を避けるためにその出力を検算する方法を含む。

第18〜19章：Plastic Analysis of Beams and Frames(はりとラーメンの塑性解析)；Yield Line Analysis of Slabs(スラブの降伏線解析)

はりとラーメンの塑性解析と、スラブの降伏線解析。出版社は、ラーメンの塑性解析、曲げモーメントの分布、崩壊機構に関する変位の評価についての追加の例題を挙げている。

第20〜21章：Influence Lines(影響線)；Structural Instability(構造の不安定性)

本書は影響線と構造の不安定性で終わる。

主要概念

第1〜6章：静力学と静定構造

• 静力学の原理：あらゆる構造を支配するつり合いの原理。
• 垂直力、せん断力、曲げモーメント、ねじり：第3章で学ぶ部材内部の作用。
• トラス、ケーブル、アーチ：第4章から第6章で解析される。

第7〜15章：応力解析とエネルギー法

• 応力とひずみ、複合応力とひずみ：第7章で導入され、第14章で再び扱われる。
• はりの曲げ、せん断、ねじり：第9章から第11章の応力解析。
• 仮想仕事とエネルギー法：第15章。

第16〜21章：不静定、塑性、不安定な構造

• 行列法：第17章。出版社はコンピュータの出力の検算を強調している。
• 塑性解析と降伏線解析：第18章と第19章。
• 構造の不安定性：第21章。

批判的分析

長所

• 応力解析と構造解析が一冊に。 同じ一冊が、静力学、トラス、部材内部の作用から、応力、ひずみ、はり、エネルギー法を経て、不静定構造、行列法、塑性解析、不安定性に至る。
• 例題と図解。 Elsevierの主な特徴の一覧には、多数の例題、章末問題、豊富な図解が挙げられている。
• 静力学を含む。 出版社は、学生が基本概念を知り、あらゆる構造を支配するつり合いの原理を理解できるように、静力学を導入していると述べる。
• コンピュータの方法への配慮。 Elsevierによれば、第4版は新しいコンピュータ解析の方法と出力を無批判に使うことへの警告を含み、構造動力学と疲労に関する新しい内容や、はりの設計におけるユーロコード適合の議論の追加もある。

短所

• 深さの判断が難しい。 21章が一冊で二つの科目を扱い、行列法と不安定性にはそれぞれ1章しかない。公開されている掲載には節の見出しがないため、各章の深さはそこからは判断できない。
• 新しい主題が目次に見えない。 Elsevierは、この版に構造動力学と疲労の内容が加わったと述べるが、章題にはどちらも含まれないので、掲載からはそれらがどこにあるかが分からない。
• 地域的な方向づけ。 Elsevierは読者層を、英国および欧州・中東・アフリカの1・2年生の土木・構造工学の学生、および米国の実務者としており、ユーロコードへの言及は欧州の実務に結びついている。
• 版の細部。 Elsevierは第4版を最新版とし、2019年3月刊行としている。

コースにおける位置づけ

Megson の本は、土木・構造工学のリストの中で、応力解析と構造解析を合わせた教科書である。Hibbeler の Structural Analysis は、トラス、はり、ラーメンの解析を行列法とコンピュータ解析まで進める本で、材料力学の後の独立した構造解析の課程に向く。Megson は、材料力学も含む一冊を求める学生に向き、掲載には塑性解析、降伏線解析、不安定性も含まれる。

やさしい入口としては、J. E. Gordon の Structures: Or Why Things Don't Fall Down と Ji、Bell、Ellis の Understanding and Using Structural Concepts が、少ない数式で構造の働きを説明する。さらに先には、McGuire、Gallagher、Ziemian の Matrix Structural Analysis が剛性法をより深く扱い、Chopra の Dynamics of Structures が振動と地震解析を扱う。

本書の使い方

Elsevierの読者層の記述は、1・2年生の土木・構造工学の学生と、構造解析と応力の概念を復習する実務者を挙げている。本書は静力学から始まるので、学位課程の早い時期に使える。実践的な進め方は次のとおり。

• 中心： 静力学と部材内部の作用の第1〜3章、トラス、ケーブル、アーチの第4〜6章、続いて応力とはりの第7〜13章。
• 次に： 複合応力とひずみ、仮想仕事、不静定構造、行列法の第14〜17章。
• 選択： 第18章と第19章(塑性解析と降伏線解析)、第20章の影響線、第21章の不安定性は、課程の内容に応じて。
• 演習： 章末問題を解き、挑戦する前に例題を一行ずつたどる。