2018 Fiscal Year Annual Research Report
Study on Dynamic Characteristics and Coupling Analysis of Long-span Curved Structures in High Winds
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16H06109
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| Research Institution | Nagoya City University |
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Principal Investigator |
張 景耀 名古屋市立大学, 大学院芸術工学研究科, 准教授 (50546736)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 空間構造 / 大変形 / 渦法 / 振動特性 / 連成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
軽量かつ効率的に大きな無柱空間を覆う大スパン軽量構造は、体育館やショッピングモールや大型倉庫など大きな内部空間が必要とする構造物によく利用されている。これらの構造物の多くは、大型集客施設であり、災害時の避難所としても指定されるため、非常に重要な社会的存在でもある。大スパン軽量構造は、スパンのわりに非常に軽く、固有振動数が低いため、地震被害が少ない。 一方で、通常の構造物より柔らかく、大変形が起こりやすいため、強風による被害は国内外でも数多く報告されている。
未曾有の強風に備え、大スパン曲面軽量構造の風による振動特性の解明と、より信頼性の高い耐風設計法の確立を目的として、本研究では風洞実験により検証を行いながら、新たな理論的及び数値的連成解析手法の提案を目指している：(1)閉鎖型曲面構造に対し、計画外の開口部を通じて内圧・外圧の連動、構造振動及び空力減衰のメカニズムを理論的に解明し、それらの連成解析モデルを開発する。大変形に対応できるように、流体解析と構造解析を渦法のフレームワークのもとで統一し、新たな流体・固体の連成解析手法を提案する。
上記の研究目的に対して、H30年度の研究においては、以下の研究成果が得られた。
・G県H市にあったHPシェル屋根の振動実験データを分析し、一般構造の動的特性が大きく異なり、その固有周期が密集することを判明した。風との連成解析においては、この空間構造の特有な振動特性を考慮する必要がある。
・超高層建物の振動による被害を低減するため、スロッシング同調液体ダンパーと柱型同調液体ダンパーを融合した新型ダンパーを提案し、縮尺構造模型とダンパー連成系の自由振動実験及び固有値解析により、その振動特性を明らかにした。超高層ビルと同様に長い固有周期をもつ軽量空間構造に対して、提案ダンパーによるその振動低減への適用可能性を検討した。
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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
研究がおおむね計画通りに進んでいる。また、H30年度で得られた研究成果は、研究目的を達成するのに重要な土台となる。
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| Strategy for Future Research Activity |
H30年度の成果を踏まえ、以下の研究を展開していく。
・境界要素法に基づいて渦度分布より構造物表面にかかる風荷重分布を求める手法を提案する。
・軽量空間構造の大変形と流体（風）との連成解析を、渦法のフレームワークへの統合を試みる。
・シェル・空間構造の減衰定数や数値的取り扱い方法の根拠は、不明確なままであり、その評価方法も確立されていないため、実測したHPシェル屋根のデータを活用して、その減衰メカニズムの解明を試みる。
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