長大橋のフラッタにおける乱れのスケ-ル効果に関する研究

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 01550367
• Research Institution: Research Institute for Applied Mechanics, Kyushu University
• Principal Investigator: 中村 泰治 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (80038554)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平田 勝哉 九州大学, 応用力学研究所, 助手 (40199063) ; 小園 茂平 九州大学, 応用力学研究所, 助手 (10169302) ; 大屋 裕二 九州大学, 応用力学研究所, 助教授 (00150524)
• Keywords: 長大橋 / 乱れのスケ-ル効果 / フラッタ / ギャロッピング / バフェティング

Research Abstract

自然風は通常乱れており,長大な橋梁のフラッタ特性にこの乱れが大きく影響する.乱流の主要なパラメ-タは乱れの「強さ」と「スケ-ル」であり,本研究では後者に着目した.構造物が接近流に吹きさらされている状況でスケ-ル効果を考えるとき,物体寸法hに対する乱れのスケ-ルLxの比Lx/hが本質的である.従来のフラッタ風洞実験は全てLx/hが小さい乱れを接近流とした実験であり,Lx/hがはるかに大きい実際の状況との空間的相似を軽視してきた.本研究の最終的な目的はフラッタに及ぼす乱れのスケ-ル効果をLx/hの広範な範囲で包括的に理解することである.
過年度までに2次元矩形断面柱(辺長比d/h=0.6,0.8,1.0,2.0,3.0)を使い,ギャロッピングとバフェティングに及ぼす乱れのスケ-ル効果を考察した.本年度は,おもに,片持ち支持の3次元矩形断面柱(3D模型)の模型を使用した.3D模型はh=1cm,スパン長100cm,端部は板ばねで片持ち支持され,固有振動数fy=7.1〜7.6Hzを持つ.接近流れとして,一様流ならびに大,中,小3種のスケ-ルをもつ格子乱流を使用しフラッタ特性を計測した.乱れの強さはいずれも約10%にそろえた.得られた結果は以下のようである.
より大きなLx/hの範囲で乱れのスケ-ル効果を調べるために,d/h=2.0,3.0の3D模型を使用した.スケ-ル比はLx/h=3.0〜16.5の範囲である.片持ち支持により流れ方向に垂直な面内での曲げ1次振動モ-ドを卓越させた.3D模型のd/h=2.0では,2D模型のd/h=2.0の時と同様のスケ-ル効果が空力発散率で見られた.Lx/hが大きくなるにつれて変位のr.m.s.値が増加する傾向がある.バフェティングはLx/hとともにLx/h=2〜3から増加する傾向がある.しかし,Lx/h〜10からその増加率は減少しある値に漸近する傾向が見られる.同様な傾向がd/h=3.0でも見られた.