輻射熱の影響を考慮した構造物の熱応力解析とその逆解析

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09045059
• Research Institution: Tokyo Denki University
• Principal Investigator: 松井 邦人 東京電機大学, 理工学部, 教授 (70112878)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): ARORA J.S. アイオワ大学, 工学部, 教授 ; SMITH T.F. アイオワ大学, 工学部, 教授
• Keywords: 気象現象 / 全天日射 / 天空放射 / アルベド / 射出率 / 伝熱解析

Research Abstract

土木構造物の多くが自然環境に曝されており,必然的に気象変動の影響を受けることになる。自然界の現象をモデル化し,構造物への影響を調べるのが本研究の主目的である。本研究では特に,気象因子が構造内部の温度変化にどのように関わりを持っているかに注目している。そのため,構造物とそれを取り巻く自然環境との境界面における熱収支のモデルを確立することが重要である。
構造物の温度に影響する外的因子として,気温,太陽からの輻射熱,風速,水分の蒸発散などの気象作用などがあり,構造物とそれを支持している地盤の密度,比熱,熱伝導率に加え,熱源がある場合にはそれを考慮する必要がある。一番複雑な現象は,構造物と自然環境との界面の条件である。構造物と大気の間の温度差による対流熱伝達,太陽および大気からの全天日射量,構造物から大気へ,また逆に大気から構造物へ移動する赤外放射量,さらに,構造物の表面では雨水などの蒸発散による気化熱の影響も考えられる。これらの因子を組み込んだ境界面のモデル化を行い,伝熱解析をすると構造内部の温度変化を推定することができる。
ここで問題となるのは,自然環境との境界モデルの検証である。本研究と並行して民間企業との共同研究を組み,屋外で構造物と気象因子の相互作用の観測を行うため実験を行っている。境界モデルで必要な上向きと下向きの全天日射量,上向きと下向きの赤外放射量,露点温度,風速,コンクリート躯体内部の温度変化等を観測している。これらに実験を通して,季節の変化,天候の変化にも対処できる境界モデルの構築を目指している。これまでの研究の成果を総合すると,雨天時を除きかなり精度良く構造内部の温度変化を追跡できることが明らかになった。

Research Products

• [Publications] 椎名,松井,Smith: "地上気象観測データを用いたアスファルト舗装の内部温度推定" 舗装工学講演会講演論文集. 2. 105-112 (1997)
• [Publications] 椎名,松井,金井: "気象因子を考慮した舗装内部温度の推定について" 第53回年次学術講演会講演概要集(土木学会). 5. 86-87 (1998)
• [Publications] 高橋,松井,Smith他: "コンクリート躯体温度に及ぼす気象現象の影響評価" 第53回年次学術講演会講演概要集(土木学会). 5. 712-713 (1998)
• [Publications] 西田,松井,Smith他: "コンクリート躯体温度に及ぼす気象現象について" 第53回年次学術講演会講演概要集(土木学会). 5. 714-715 (1998)