ケーブルの臨界レイノルズ数付近過渡的流れ場の安定化と抵抗力化に関する研究

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07455183
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 山田 均 横浜国立大学, 工学部, 助教授 (00143735)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): VIROTE Boony 横浜国立大学, 工学部, 助手 (50251765) ; 宮田 利雄 横浜国立大学, 工学部, 教授 (80010817)
• Keywords: 斜張橋 / ステイケーブル / レインバイブレーション / 風荷重 / 耐風安定化対策 / 長大橋梁 / 風荷重 / 耐風安定化対策

Research Abstract

斜張橋の長大化により、斜張橋は設計条件だけではなく動的な特性ともに、特殊な性格を持つようになってきている。特に、風荷重の影響は顕著になり、最近の斜張橋の基本的なプロポーションを構成する多数の斜ケーブル、高い塔、非常にスレンダーな桁の関係から、スパンが伸びるにつれケーブルに対する抗力が桁に対するものを上回るようになり、ケーブルの抗力係数のわずかな変化が斜張橋全体の風荷重に対し大きな影響を与えるようになっている。
本研究では、いくつか例が見いだされた抗力が低く、空力的に安定なケーブルについて、最適化を行い、かつ層流剥離と乱流剥離の混合が意図通りであるかを含め、低い抗力をもたらす流体力学的な機構の検討を行う。
平成7年度は次の2点からの検討を行った。
1)広範囲の風速で低い抗力を示す表面粗度分布の最適化。
2)低い抗力をもたらす周辺流れ場からのメカニズムの検討。
周辺流場の検討が主たるものとなるが、提案するケーブル表面が一様な粗度を持つものではないこと、また検討対象とする風速が40m/s前後と非常に周辺流を考える風速としては非常に高いこと、さらに時間的に変化する非定常な現象である可能性が高いことを考慮して、主として抵抗力ケーブルの最適化を行った。および同時多点圧力形の実験システムへの組み込み、校正を行った。
平成7年度は、抗力を指標として、ケーブル表面粗度の調整による影響を調べ、平均的流場を議論するために代表的な断面での平均圧力分布を測定した。その結果、粗度の配置による臨界レイノルズ数付近での流れに明確な違いを見いだし、粗度密度を変化させ模様化することでの剥離せん断層のコントロールが可能なことを見いだすことができた。

Research Products

• [Publications] 新、宮田、山田、北條: "斜張橋ケーブルの抵抗力化と振動制御に関する研究" 日本風工学会誌. 63. 83-84 (1995)
• [Publications] Miyata,Hojo and Yamada: "On aerodynamically stable PE-stay-cables with decreased drag force by introduction of newly developed lumped surface roughness" Proc. of International symposium on Cable Dynamics, Liege Belgium. 481-488 (1995)
• [Publications] 北條、宮田、山田、新: "小さい抗力と応答安定性の維持を目的とした斜張橋ケーブルの開発" 土木学会第50回年次学術講演会講演概要集. 1-B. 1506-1507 (1995)