ノウハウ2022年5月17日

ヤング係数とコンクリートの関係。計算方法を紹介

ヤング係数とは、木材や鉄鋼、コンクリートの強度に関わる数値です。
工事の資材を選ぶ際には重要な数値となっているため、計算方法などを知っておくことも大切です。
本記事では施工管理職として覚えておきたい、構造力学や構造設計で重要となる「ヤング係数」についてご紹介します。

ヤング係数とは

ヤング係数とは、物体の硬さを表す指標の一つです。
数値が大きいほど硬くて変形しにくく、小さいほどやわらかくて変形しやすいとされています。
構造力学や構造設計において重要な概念とされ、木材や鉄鋼、コンクリートなどの資材の硬さを表現する際に用いられます
別名、「縦弾性係数」「弾性率」「ヤング率」とも呼ばれています。

応力とひずみの関係

ヤング係数は、応力とひずみに大きく関係しています。
たとえば、鋼材の引張試験などを行うと、応力度と変形は比例関係となります。
そしてある応力度を迎えたとき、鋼材の応力度は落ちていきます。
その後、応力度は一度上昇しますが、最大応力度を迎えたときに、鋼材は破断します。
ヤング係数は、応力度とひずみが線形的に進んでいる弾性領域の「傾き」を指します。
鋼のヤング係数は、どの種類の鋼を用いても一定の値となるとされています。
この性質が鋼材の特徴であり、鉄骨材が扱いやすい理由の一つでもあるとされています。

ヤング係数の大きさによる違い

ヤング係数は、数値の大きさによって特徴が変化します。

大きい場合

ヤング係数が大きいと硬く変形しにくくなります。
ヤング係数が大きい資材には、金属類、鉱物、セラミックスなどが挙げられます。
一般的に、ヤング係数が大きい材料は衝撃に弱いとされています。
これは、一定の力を受けるまではほとんど変形しませんが、一定以上の負荷を与えると一気に破損するためです。
そのため、基本的に変形したら危険な場所には使用されません。

小さい場合

ヤング係数が小さいものは、やわらかく変形しやすいとされています。
ヤング係数が小さい資材には、木材、樹脂類、ゴム類などが挙げられます。
やわらかく変形しやすい資材は、負荷をかけても伸びたり、たわんだりするため、破損することが少ないとされています。
そのため、柔軟性が求められる場所に使用されることが多いです。