クレーン・デリック運転士(学科) ⑥ 荷重・応力・つり角度・滑車

力学科目の後半で、実務に直結する計算が集まる分野です。引張・圧縮・せん断・曲げ・ねじりといった荷重の種類、応力とひずみ、安全係数と許容応力、静荷重と動荷重の違いを整理します。最重要はつり角度で、同じ荷でも角度が大きくなるほど一本のワイヤロープにかかる張力が増える関係を、張力係数を使って計算できるようにしておきます。定滑車と動滑車を組み合わせたときの引く力と引く距離の関係も定番で、滑車にかかるロープの本数を図で数える練習をしておくと確実に得点できます。

この分野の問題39問を、選択肢・正解・解説つきで掲載しています。まず自分で解答を考えてから「正解と解説を見る」を開いて答え合わせをしてください。

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193クレーンの構造部分に作用する荷重のうち、物体を引き伸ばすように働く荷重を何というか。

  1. A引張荷重
  2. B圧縮荷重
  3. Cせん断荷重
  4. Dねじり荷重
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正解:A引張荷重

物体を引き伸ばすように働く荷重を引張荷重という。

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194荷重の向きと大きさが時間とともに変化する繰返し荷重を何というか。

  1. A片振り荷重
  2. B静荷重
  3. C衝撃荷重
  4. D両振り荷重(交番荷重)
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正解:D両振り荷重(交番荷重)

荷重の向きと大きさが時間とともに変化する繰返し荷重を両振り荷重(交番荷重)という。

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195静荷重よりも小さな繰返し荷重でも構造部分を破壊させることがある現象を何というか。

  1. A永久ひずみ
  2. B弾性限界
  3. C疲労破壊
  4. D切断荷重
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正解:C疲労破壊

繰返し荷重により材料が疲労して破壊する現象を疲労破壊という。

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196応力の単位として用いられるものはどれか。

  1. AN
  2. BkN
  3. Ct
  4. DN/mm²
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正解:DN/mm²

応力は荷重(N)を断面積(mm²)で除した単位面積当たりの力の大きさ(N/mm²)で求める。

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197変形した材料が荷重を取り除くと元に戻る性質を何というか。

  1. A弾性
  2. B永久ひずみ
  3. C切断荷重
  4. D応力
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正解:A弾性

変形した材料が元に戻る性質を弾性という。

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198玉掛用ワイヤロープの安全係数は原則としていくつ以上と定められているか。

  1. A4以上
  2. B5以上
  3. C6以上
  4. D8以上
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正解:C6以上

玉掛用ワイヤロープの安全係数は6以上と定められている。

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199つり角度が大きくなるほど、玉掛用ワイヤロープを内側へ引き寄せようとする力(水平分力)はどうなるか。

  1. A小さくなる
  2. B0になる
  3. C変わらない
  4. D大きくなる
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正解:D大きくなる

つり角度が大きくなるほど、ロープを内側へ引き寄せようとする水平分力は大きくなる。

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200定滑車についての説明として、正しいものはどれか。

  1. A力の大きさを変えることができる
  2. B動滑車と同様に上下する
  3. C荷を1mつり上げるのにロープを0.5m引っ張る必要がある
  4. Dロープを引っ張る力の方向を変えることができる
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正解:Dロープを引っ張る力の方向を変えることができる

定滑車はロープを引っ張る力の方向を変えることができるが、力の大きさは変えられない。

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201モード係数についての説明として、誤っているものはどれか。

  1. Aつり角度の影響を考慮している
  2. Bつり角度が一定の範囲内では同一の値を用いる
  3. C掛け本数の区分に応じた数値が表されている
  4. D切断荷重と安全係数の比をいう
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正解:D切断荷重と安全係数の比をいう

モード係数は掛け本数とつり角度に応じた係数で、安全荷重=基本安全荷重×モード係数。切断荷重と安全係数の比ではない。

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202質量2tの荷を2本つりでつる際、つり角度0度の場合と120度の場合でワイヤロープ1本に掛かる荷重を比較するとどうなるか。

  1. A120度の方が2倍大きい
  2. B120度の方が1.5倍大きい
  3. C0度の方が2倍大きい
  4. Dどちらも同じ
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正解:A120度の方が2倍大きい

つり角度0度では1.0倍、120度では2.0倍の張力係数が掛かるため、2倍の差がある。

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203断面の幅7cm、高さ10cmの鋼材に14kNの圧縮荷重が作用するときの圧縮応力はいくらか。

  1. A1N/mm²
  2. B4N/mm²
  3. C3N/mm²
  4. D2N/mm²
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正解:D2N/mm²

断面積7000mm²で14000Nを割ると2N/mm²となる。

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204玉掛用ワイヤロープのつり角度を原則60度以下で使用すべき理由はどれか。

  1. Aつり角度が大きくなるほどロープの張力と水平分力が増大し危険なため
  2. B張力が小さくなりすぎるため
  3. Cロープの長さが長くなりすぎるため
  4. D水平分力が0になるため
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正解:Aつり角度が大きくなるほどロープの張力と水平分力が増大し危険なため

つり角度が大きいほど張力係数が増え、ロープ張力と水平分力が増大するため、原則60度以下で使用する。

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205動滑車1個を用いて質量Wの荷をつり上げるために必要な最小の力(摩擦等を無視)はいくらか。

  1. AW
  2. BW/6
  3. CW/4
  4. DW/2
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正解:DW/2

動滑車1個の場合、必要な力はつり荷の質量の2分の1になる。

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206ある材料の試験において、材料が破断するまでに掛けられる最大の荷重を何というか。

  1. A引張強さ
  2. B永久ひずみ
  3. C切断荷重
  4. D弾性限度
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正解:C切断荷重

材料が切断するまでに掛けられる最大の荷重を切断荷重という。

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207つり角度90度の張力係数はいくつか。

  1. A1.00倍
  2. B1.16倍
  3. C1.41倍
  4. D2.00倍
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正解:C1.41倍

つり角度90度の張力係数は1.41倍である。

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208次のうち、荷重の分布状態による分類として正しいものはどれか。

  1. A集中荷重と分布荷重
  2. B引張荷重と圧縮荷重
  3. C静荷重と動荷重
  4. D衝撃荷重と繰返し荷重
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正解:A集中荷重と分布荷重

力の分布状態による分類には集中荷重と分布荷重がある。

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209「許容応力」の説明として、正しいものはどれか。

  1. A実際に生じる応力のこと
  2. B破壊に至る応力のこと
  3. C安全と考えられる応力の最大値のこと
  4. D破断時の応力のこと
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正解:C安全と考えられる応力の最大値のこと

許容応力とは、安全と考えられる応力の最大値をいう。

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210動荷重のうち、ハンマーで叩くように急激な力が短時間に加わるものを何というか。

  1. A繰返し荷重
  2. B両振り荷重
  3. C片振り荷重
  4. D衝撃荷重
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正解:D衝撃荷重

衝撃荷重は極めて短時間に急激な力が加わる荷重をいう。

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211一定の要件に該当しない一般の玉掛用つりチェーンの安全係数はいくつ以上か。

  1. A4以上
  2. B8以上
  3. C6以上
  4. D5以上
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正解:D5以上

一般の玉掛用つりチェーンの安全係数は5以上(一定の要件を満たすものは4以上)である。

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212つり角度が30度を超え60度以下の2本つりにおけるモード係数はいくつか。

  1. A1.4
  2. B1.7
  3. C1.9
  4. D2.0
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正解:B1.7

モード係数表より、2本つり・30度超60度以下のモード係数は1.7である。

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213質量4.6tの荷を2本のワイヤロープでつり角度70度(cos35°=0.82)でつる時、1本のロープに掛かる張力として最も近いものはどれか。

  1. A23.4kN
  2. B26.1kN
  3. C27.5kN
  4. D28.0kN
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正解:C27.5kN

式はW/(2×cos35°)で、4.6×9.8/(2×0.82)≒27.5kNとなる。

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214滑車装置を用いて質量20tの荷をつり上げる際、動滑車を支えるロープ数が4本の場合、必要な最小の力Fはいくらか。

  1. A4.9kN
  2. B9.8kN
  3. C49kN
  4. D196kN
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正解:C49kN

式は(20t×9.8)/4で49kNとなる。

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215玉掛用ワイヤロープの安全荷重の求め方として正しいものはどれか。

  1. A切断荷重÷安全係数
  2. B切断荷重×安全係数
  3. C切断荷重÷9.8
  4. D切断荷重×9.8
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正解:A切断荷重÷安全係数

安全荷重は切断荷重を安全係数で除して求める。

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216曲げ荷重の説明として、正しいものはどれか。

  1. A物体を横から切るように働く荷重
  2. B物体を曲げるように働く荷重
  3. C物体を押し縮めるように働く荷重
  4. D物体をねじるように働く荷重
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正解:B物体を曲げるように働く荷重

物体を曲げるように働く荷重を曲げ荷重という。

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217繊維ロープの安全係数について正しいものはどれか。

  1. A5以上
  2. Bとくに定められていない
  3. C8以上
  4. D6以上
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正解:Bとくに定められていない

繊維ロープの安全係数はとくに定められていない。

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218片振り荷重と両振り荷重(交番荷重)を合わせた分類はどれか。

  1. A静荷重
  2. B衝撃荷重
  3. C繰返し荷重
  4. D分布荷重
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正解:C繰返し荷重

繰返し荷重には片振り荷重と両振り荷重がある。

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219天井クレーンの横行用レールに働く主な荷重はどれか。

  1. A引張荷重
  2. B圧縮荷重
  3. Cねじり荷重
  4. Dせん断荷重
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正解:B圧縮荷重

天井クレーンの横行用レールには圧縮荷重が働く。

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220基本安全荷重の定義として正しいものはどれか。

  1. A破断するまでの最大荷重
  2. B安全係数を考慮して1本のつり具で垂直につることができる最大の荷重
  3. C衝撃を加えたときの最大荷重
  4. D永久ひずみが生じる直前の荷重
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正解:B安全係数を考慮して1本のつり具で垂直につることができる最大の荷重

基本安全荷重は安全係数を考慮した垂直につることができる最大の荷重をいう。

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221安全荷重を計算する際、単位をトン(t)からニュートン(N)に変換するために掛ける重力加速度はいくつか。

  1. A8.9m/s²
  2. B9.8m/s²
  3. C9.9m/s²
  4. D10.0m/s²
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正解:B9.8m/s²

計算には重力加速度9.8m/s²を用いる。

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222玉掛用フックの安全係数はいくつ以上か。

  1. A4以上
  2. B5以上
  3. C6以上
  4. D8以上
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正解:B5以上

玉掛用フック、シャックルの安全係数は5以上である。

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223滑車装置において、動滑車自体の質量を考慮する場合の力の求め方として正しいものはどれか。

  1. A荷の質量のみで計算する
  2. B(つり荷の質量+動滑車の質量)÷支えるロープ数×9.8
  3. C(つり荷の質量+動滑車の質量)×支えるロープ数×9.8
  4. Dつり荷の質量×9.8÷支えるロープ数のみ
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正解:B(つり荷の質量+動滑車の質量)÷支えるロープ数×9.8

F=(つり荷の質量+動滑車の質量)÷支えるロープ数×9.8で求める。

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224物体を横からハサミで切るように働く荷重を何というか。

  1. A引張荷重
  2. B曲げ荷重
  3. Cせん断荷重
  4. D圧縮荷重
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正解:Cせん断荷重

物体を横から切るように働く荷重をせん断荷重という。

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225つり角度120度のときの張力係数はいくつか。

  1. A1.41倍
  2. B1.73倍
  3. C2.00倍
  4. D2.82倍
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正解:C2.00倍

つり角度120度の張力係数は2.00倍である。

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226動滑車に関する説明として誤っているものはどれか。

  1. Aロープを引っ張る力の向きを変えることができる
  2. B荷を1mつり上げるにはロープを2m引っ張る必要がある
  3. C滑車装置のフックブロックに使用される
  4. Dロープを引っ張ると滑車も荷とともに上下する
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正解:Aロープを引っ張る力の向きを変えることができる

動滑車は力の大きさ(半分)と移動距離を変えるが力の向きは変えられない。向きを変えられるのは定滑車である。

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227「応力ーひずみ」線図において、弾性限度を超えると生じるものはどれか。

  1. A永久ひずみ
  2. B切断荷重
  3. C引張強さ
  4. D弾性
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正解:A永久ひずみ

弾性限度を超えると元に戻らず永久ひずみが生じる。

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2284本つりのモード係数は、2本つりのモード係数の何倍の値になるか。

  1. A1.5倍
  2. B2倍
  3. C3倍
  4. D4倍
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正解:B2倍

4本つりのモード係数は2本つりの2倍の値になる。

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229天井クレーンのトロリなどに使用されている滑車を何というか。

  1. A定滑車
  2. B動滑車
  3. C組合せ滑車
  4. Dアイボルト
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正解:A定滑車

天井クレーンのトロリ等に使用される滑車を定滑車という。

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230同じ重さの荷を同じつり角度で2本つりする場合、つり角度が0度から120度に増えると、ワイヤロープ1本に掛かる張力はどうなるか。

  1. A大きくなる
  2. B変わらない
  3. C小さくなる
  4. D2倍になる
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正解:A大きくなる

つり角度が大きくなると張力係数が大きくなるため、ロープ1本に掛かる張力は大きくなる。

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231引張応力を求める式はどれか。

  1. A断面積÷荷重
  2. B荷重÷断面積
  3. C荷重×断面積
  4. D荷重+断面積
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正解:B荷重÷断面積

応力は荷重を断面積で除して求める。

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