耐風的に安定なダム施工時における防雨用吊膜屋根の開発

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08555111
• Section: 試験
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 木村 吉郎 東京大学, 工学系研究科, 助教授 (50242003)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 比江島 慎二 九州大学, 工学部, 助手 (50284526) ; 三島 徹也 前田建設工業(株), 技術研究所, 主任研究員 ; 阿部 雅人 東京大学, 工学系研究科, 講師 (60272358) ; 野村 卓史 日本大学, 理工学部, 助教授 (50126281) ; 藤野 陽三 東京大学, 工学系研究科, 教授 (20111560)
• Keywords: ダイバージェンス / 吊膜屋根 / 対風大変形挙動 / 幾何学的非線形 / 数値流体解析 / 風洞実験 / 連成解析

Research Abstract

本研究では、両岸に張り渡した2本のケーブルによって防雨用の膜を支持し、ダムの防雨施工を可能とする吊形式膜屋根を対象とする。その村風挙動を解明し、吹き上げの風に村しても十分安定な、ダム施工時の防雨用吊形式膜屋根を開発することが目的である。
本年度は、吊膜屋根に対する有限要素法を用いた数値流体解析手法の開発を行なった。吊膜屋根スパン直角方向に作用する風を対象とし、主流方向面内の2次元解析を行なうものとする。吊膜は非常にフレキシブルであり、風荷重に村して大きく変形するので、その大変形挙動を正確に解析できることが重要となる。数値流体解析の流体要素との適合性を考慮して、2次元膜要素としてはトラス要素を用いることとし、軸直角および軸方向変位増分の2次の非線形項まで含んだひずみの定式化を行なうことにより、静的および動的な膜の大変形挙動を安定に求めることができた。
次に、2次元膜に作用する空気力を数値流体解析により求め、それが作用した場合の2次元膜の変形を求め、さらに変形後の形状に作用する空気力を数値流体解析で求める、という繰り返しにより、吊膜の静的対風挙動の解析を行なった。その結果、予備的な実験においてダイバージェンス発現直前に観測された、風上側の膜が上方に凸に変形する形状が解析においても求められた。しかし実験においてダイバージェンスが発現した風速においては、解析ではダイバージェンスが発現しなかった。これは、解析においては2次元膜の風上および風下端を固定としているため、実験におけるような、ケーブルで支持された膜全体が回転するような動きを再現できなかったためと考えられる。
来年度は、端部を弾性支持したケースや、動的挙動に対する数値流体解析手法を開発し、実験結果の再現を試みる。また解析結果をもとに耐風性に優れた吊膜屋根構造を提案し、それを3次元模型実験によって検証する。