2009 Fiscal Year Annual Research Report

建築物全体挙動と局部風圧の相互作用を考慮したモノコック構造体や外装材等の耐風設計

Research Project

Project/Area Number	21360272
Research Institution	Tokyo Polytechnic University
Principal Investigator	田村幸雄 Tokyo Polytechnic University, 工学部, 教授 (70163699)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	松井正宏東京工芸大学, 工学部, 教授 (60350576) 吉田昭仁東京工芸大学, 工学部, 准教授 (90329219)
Keywords	モノコック構造体 / 風洞実験 / FEM解析モデル / 風圧力 / 時刻歴応答解析
Research Abstract	平成21年度は(1)モノコックタイプの構造物2体に作用する変動風圧力の特性を把握するための風洞実験模型の製作と,風洞実験の実施(2)モノコックタイプの構造をモデル化した3次元FEMモデルの構築(3)風洞実験結果を用いたモノコック構造体に発生する最大応力の詳細な解析の3項目について重点的に研究を実施した。(1)に関しては,大型の高層煙突を想定したアスペクト比8の煙突型圧力模型と,気体や液体を収納する大型容器構造物を想定した貯槽型を作成した。なお,外装材の局部的な変動風圧の性状を正確に捉えるべく,風圧孔を部分的に密に配し,2体の模型表面ともそれぞれ合計300点程度の測定孔を設けた。風洞実験は,多点風圧計測装置を用いて行う。軸対称構造物であるので風向の影響は考えなくて良いが,考える部位が風上面の淀み点近傍,正圧から負圧への急変部分,側面の負圧の極大部分付近,流れの剥離点近傍,および背面にある場合などで,変動風圧の特性が変わるため,その部分に風圧孔を密に配した部分が来るように,風向についても10°ピッチで変化させて実験を行った。2項目目としてモノコックタイプの構造をモデル化した3次元FEMモデルの構築を行った。煙突型と貯槽型の2体の構造体とも,完全なモノコックタイプと,部分的にフレームで補強されたタイプの構造モデルの2ケースずつを作成した。質量や剛性の分布が全体応答や局部的な応力配分に大きく影響するが,稀な地震力および再現期間50年程度の風圧力に対する等価静的な設計荷重を算定して,許容応力度設計を行って標準的な断面を決定した。3項目目として,風洞実験結果を用いたモノコック構造体に発生する最大応力の解析を行った。風洞実験で得られた多点の変動風圧力を,3次元FEMモデルに直接入力して時刻歴応答解析を行い,モノコック構造体に生じる時々刻々の部材応力と変形の計算を行った。