Development of crosswind-induced load model and proposal of traffic regulations for running vehicles on bridge by considering passing vehicle aerodynamic interference
| Project/Area Number |
23K22844
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| Project/Area Number (Other) |
22H01574 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 22020:Structure engineering and earthquake engineering-related
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
勝地 弘 横浜国立大学, 大学院都市イノベーション研究院, 教授 (80303080)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
王 嘉奇 横浜国立大学, 大学院都市イノベーション研究院, 助教 (20902274)
金 惠英 独立行政法人労働者健康安全機構労働安全衛生総合研究所, 建設安全研究グループ, 任期付研究員 (80736439)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥11,310,000 (Direct Cost: ¥8,700,000、Indirect Cost: ¥2,610,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
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| Keywords | 横風安定性 / 橋梁 / 風洞実験 / 数値流体解析 / 空気力 / 横風走行安定性 |
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| Outline of Research at the Start |
海上、海岸などの橋梁上では、強風時に速度規制や通行止め措置が取られることで経済活動に大きな影響を及ぼすとともに、時には横転事故が発生するなど、交通安全の問題もある。これまでの研究によって、強風作用が車種、走行車線、走行速度によって大きく変わり、現行の規制方法に改善の余地があることが判明している。
本研究では、橋梁上を走行する車両に作用する非定常空気力を風洞実験と数値流体解析によって定量的に調査し、車両の速度、走行車線との関係で非定常空気力モデルを構築し、車両動的応答解析によって限界風速を求め、それらの結果を総合して合理的な強風時走行規制基準を確立する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
海上部長大橋梁上では、強風時の車両走行安全性が技術的、管理上の大きな問題となっている。これまで風速に応じた速度規制や通行止め措置が取られてきたが、依然として横転事故や長時間の通行止めが発生している。東京湾アクアライン橋梁で検証した結果、強風作用が車種、走行車線、走行パターンによって大きく変わり、現行の規制方法に改善の余地のあることが判明した。
本研究では、走行パターンのうち、車両相互の空力干渉に着目して強風時の車両走行安定性に関して検討を行うこととした。そのため、車両模型の走行装置を開発し、風洞実験によって橋梁上を走行する車両が他の車両とすれ違う際の空気力を計測し、横風車両応答非定常空気力モデルとそれを用いた横滑り・横転の限界風速の評価手法の構築と、数値流体解析による車両相互干渉メカニズムの検討を行う。そして、強風時の走行安全性の向上および事故低減のための合理的な通行規制基準を検討することを目的としている。
本研究は3年計画で、研究分担者、研究協力者とともに風洞実験および数値流体解析を用いて進める。1年目の令和4年度は実験装置の開発とそれを用いた風洞実験によって走行速度、車両間隔の基本的な条件を変化させた非定常空気力の計測を行い、非定常空気力モデル構築のための基礎データを得た。また、車両間の空力干渉メカニズムを検討するための数値流体解析の準備として、単独車両の解析を行い、解析手法の検証を行った。2年目の令和5年度は、引き続き風洞実験と数値流体解析による検討を行った。風洞実験では、上流・下流の2台の車両空気力の同時計測と、計測精度を高めるために30回計測のアンサンブル平均による非定常空気力の評価を行った。また、数値流体解析では車両2台による解析を行い、空力干渉のメカニズムの検討を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
1年目の令和4年度は、橋梁模型上に模型車両を最大800mm/sの速度で走行移動させる装置と移動する車両模型に作用する空気力を計測できるシステムの開発を行った。続いて、開発したシステムを使用し、4車線の橋梁を想定した横風中の走行車両が上流側の車両とすれ違った際の非定常空気力を、走行速度、走行車線を変えながら計測した。また、数値流体解析に関しては、2台の車両の空力干渉メカニズムを検討するために、最初に車両1台での解析を行い、解析モデル、解析手法の妥当性を検証し、2台の車両での解析および動的解析の準備を行った。
2年目の令和5年度は、令和4年度の風洞実験において車両に作用する空気力がセンサーの定格と比較して小さく、計測精度の向上が求められたため、同一条件で30回の計測を行いアンサンブル平均処理によって車両に作用する非定常空気力の評価を行った。また、下流側車両に加えて、上流側車両の非定常空気力の同時計測も行った。数値流体解析においては、令和4年度の解析モデルを発展させ、車両2台での解析を行い、非定常空気力の形成メカニズムと空力干渉メカニズムの検討を行った。
風洞実験による車両空力干渉については、上流側車両の空気力にはほとんど影響はないものの、下流側車両の空気力は大きく影響を受けること、下流側車両の横力、ヨーイングモーメントについては、車両通過直後にオーバーシュートの傾向が車両速度の増加とともに顕著となること、さらにオーバーシュートについては2台の風向き方向間隔が大きくなっても一定程度認められることが判明した。また、数値流体解析においては、2台の車両を再現した解析を行い、空力干渉による非定常空気力の形成メカニズムについて検討を行った。その結果、上流側車両からの剥離せん断層と2車両間のギャップフローの相乗によって車両相互干渉空気力が形成されていることが判明した。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度3年目の令和6年度は、模型車両移動装置を使った風洞実験により得られた車両空力干渉による非定常空気力および風速場の計測結果を分析し、車両相互関係、車両速度に応じたIndicialな空気力モデルの導出に取り組む。その際に、既往の研究において検討されている主塔背後の非定常空気力の状況や空気力モデルを検証し、それらとの整合性についても検討を行う。
数値流体解析に関しては、令和5年度の実施した車両2台での解析結果を分析し、風洞実験結果との比較検討を行うことで空力干渉のメカニズム解明に取り組む。また、3次元的な流れを再現した数値流体解析に取り組み、上流側車両からの剥離流れが下流側車両の空気力形成に及ぼすメカニズムについてより詳細に検討を行うこととする。
最後に一連の風洞実験結果、数値流体解析結果を踏まえて、車両2台の空力干渉を考慮した不安定限界風速の算出、合理的な通行規制基準の提案を行う。
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Report
(2 results)
Research Products
(11 results)
