鉄筋とコンクリートの線膨張係数と温度変化の影響【建築士試験】
こんにちは！ゼロ所長です。
今日は、鉄筋とコンクリートの線膨張係数と温度変化の影響について考えるね。
こんな問題が出題されることがある。
鉄筋コンクリート構造において、鉄筋とコンクリートの線膨張係数が大きく異なるので、温度変化による影響を考慮する。
正解は・・・ ×となるのだけど、なぜだかわかる？
知識ゼロの人が読んだら意味不明の文章だね。
一緒に考えてみよう。
鉄筋とコンクリートの線膨張係数
結論から書くよ。
奇跡的に鉄筋とコンクリートの線膨張係数は「同じ値」なんだ（線膨張係数＝1×10-5(1/℃)）！
だから、鉄筋とコンクリートは温度変化に対して同じように変形する。
これが違うとやっかいだ。
たとえば、鉄筋の方が変形量が多い場合、鉄筋の変形によりコンクリートを壊すかもしれないね。
だけど、温度変化による変形量が同じなら大丈夫。
鉄筋とコンクリートが同じように変形するから、互いに材料を痛めることがないってこと。
鉄筋コンクリートは「鉄筋」と「コンクリート」を組み合わせた材料だね。
鉄筋はコンクリートの中に埋め込むから、鉄筋の移動はコンクリートに拘束されている。
だけど前述したように、奇跡的に鉄筋とコンクリートの線膨張係数は「同じ値」だったね（線膨張係数＝1×10-5(1/℃)）。
だから、鉄筋とコンクリートは温度変化に対して同じように変形する。
鉄筋がコンクリートに拘束されていても、変形量が同じなら問題ない。コンクリートの動きに鉄筋がくっついて追従するようなイメージをすると理解しやすいかな。
もし違っていたら、鉄筋コンクリートが現在ほど一般的な材料には成らなかったと思うよ。
線膨張係数と温度変化による変形
線膨張係数についておさらいするよ！
線膨張係数とは、温度変化1℃当たりの変形量ΔLと変形前の材用長さLの割合だ。
つまり線膨張係数の計算式は・・・
「線膨張係数α＝(ΔL/L)×(1/ΔT)」
で計算できる。※ΔTは材料の温度変化した値。例えば、20°から21°に変化した場合、ΔT＝1となる。
上記の定義より、線膨張係数αの値が大きい材料ほど「温度変化によって変形しやすい（変形量ΔLが大きい）」といえるんだ。
また、ほとんどの材料は、
温度が上昇すると「伸びる」
温度が下がると「縮む」
という現象が起きているんだ。
これは建物に使っている鋼材、コンクリート、木材、アルミも同じだよ。
建物は温度変化により「伸び・縮み」しているす。
このとき注意することは「温度変化により発生する応力」なんだ。
構造部材は互いに接合（拘束）する！
部材の変形が拘束されている状態で、部材が伸び縮みしようとすると「部材に引張力（あるいは圧縮力）などの応力」が作用するんだ。
この温度変化による応力（温度応力）がコンクリートのひび割れの原因になるから注意したいね。
まとめ
よし。これまでの情報を元に整理しようか。
鉄筋とコンクリートの線膨張係数は「同じ値」（線膨張係数＝1×10-5(1/℃)）
鉄筋とコンクリートは温度変化に対して同じように変形
こんなかんじで問題を解けるよ。
参考
最後に参考にした記事を掲載しておくね～。それでは～。
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