2013 Fiscal Year Annual Research Report
巨大津波による橋りょう流失メカニズムの解明と対応策の検証方法の提案
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24246079
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
丸山 久一 長岡技術科学大学, 工学部, 名誉教授 (30126479)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
有川 太郎 独立行政法人港湾空港技術研究所, その他部局等, その他 (00344317)
藤間 功司 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工, その他部局等, 教授 (00546187)
水谷 法美 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10209760)
林 和彦 香川高等専門学校, その他部局等, 准教授 (20334633)
田中 泰司 長岡技術科学大学, 工学部, 助教 (40377221)
渡辺 健 公益財団法人鉄道総合技術研究所, その他部局等, 研究員 (40450746)
細田 暁 横浜国立大学, その他の研究科, 准教授 (50374153)
千々和 伸浩 東京工業大学, 理工学研究科, 助教 (80546242)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 津波 / 橋梁 |
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| Research Abstract |
平成24年度に実施した、大型水理模型実験、固液２層流体解析にもとづき、我々は、橋梁の津波による被害メカニズムには主に２つの形式があると推定していた。ひとつは、孤立波状の波が衝突し、大きな揚力を受けて流失被害が生じるものである。このメカニズムについては、平成25年度に数値波動水槽を用いた感度解析を実施し、揚力に影響を与える各因子の影響度を評価するに至っている。もうひとつの被害メカニズムは、大きな流速をもつ流れの中で、大きな抗力を受けて流失被害を生じるものである。定常流における実験や解析の検討によれば、流れの中では負の揚力が生じることから、流速が大きいからといって必ずしも流失しやすくなるわけではないことを指摘していた。平成25年度には、非定常流における抗力と揚力について、水理模型実験と数値解析の両面から検討を行った。その結果、2~3m/min程度の、比較的緩やかな水位上昇を伴う流れの中では、定常流とは異なり、揚力が顕著に大きくなることが示された。また、その大きさは、水位や桁位置などの影響を大きく受け、複雑な性状を有することが確認された。すなわち、流れの中においても、条件によっては大きな揚力が発生し、そのために流失被害が発生しやすくなり得ることが明らかとなった。ただし、水位上昇過程で生じる揚力の大きさについては、定量化するまでには至らず、次年度の課題として残された。
固液連成解析については、前年度に引き続き、コンクリートのような大きな密度を持った橋梁の流失現象を再現すべく、小型模型実験とあわせて検討を行ったが、比較的周期の長い波の中では、模型橋梁を流失させる力は発生しなかった。AEMを用いた構造解析については、移動開始後の作用力の簡易修正モデルを提案し、津谷川橋梁の橋脚損傷状況や歌津大橋の橋桁の流失状況の再現計算に成功した。
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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
平成25年度に、水位上昇を伴う非定常流れにおいては、揚力の作用状況が、定常流とは全く異なることを確認した。その違いは、揚力の正負が異なるほどの大きな違いであり、流れの中での橋桁の流失現象が説明しやすくなった。この発見により、津波波力を定量的に評価するための研究の流れをかなり修正する必要が発生した。それと同時に、これまでに個別に開発してきた要素技術のとりまとめの方向性が見えてきたので、中間年度である平成25年度の研究としては、十分な成果が得られた状況であるといえる。平成26年度は研究の最終年度である。当初計画で描いた展望とは、実際の研究の展開が異なるものの、最終的な目標に向けて着実に成果が積み上げられてきており、今年度末には、津波波力の評価のとりまとめが順調に完了できると期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
桁流失のマクロ評価については、津波流速の推定精度の影響とを確認する必要がることが判明している。また、波高の上昇・下降速度が揚力に大きく影響していることも明らかとなっている。そこで、津波遡上・伝搬解析を実施し、各橋梁位置での流速履歴と波高履歴を計算する。その上で、流速の情報が高精度に得られる場合のマクロ評価式の推定精度を検証する。沼田跨線橋の流失事象の再現と、その原因究明のために、津波伝搬・遡上解析を実施する。橋梁への波力を直接計算するために、大・中領域では平面二次元解析を、最小領域では3 次元解析を行う。 流れの中での作用力のマクロ評価に向けて、流速や橋の形状をパラメータとした感度解析を実施する。また、孤立波による作用力のマクロ評価に向けても波の特性や橋の形状をパラメータとした感度解析を実施する。 固液連成解析による橋桁の移動現象の再現計算については、引き続き実現象の再現に向けて、特に入力波の再検討も含めて作業を行う 。橋脚の補強による効果の検証方法を確立するために、AEMと流体解析を連成させた解析を実施する。津谷川橋梁や歌津大橋を対象として、どのような補強を行えば効率的に流失を防げるのかについて、具体的な方策を提案する。
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