2014 Fiscal Year Research-status Report
構造物に作用する津波サージフロント衝撃力の評価手法に関する基礎的研究
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26820228
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
小山 毅 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50572608)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 津波荷重 / サージ力 / 有限幅の壁 / 数値流体解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，水理模型実験及び数値計算を通して陸上遡上津波のサージフロント（津波先端部）が建築構造物に衝突した際に及ぼす衝撃的外力を評価する手法を確立することである．
本年度では，津波サージが有限幅の壁に衝突した際に及ぼす力を評価するための実験を行った．サージ力の評価に必要なサージ係数の支配因子を次元解析により特定し，それらがサージ係数に与える影響を調べるために，オリフィス付貯水型水路を用いて，水路幅を占有する壁及び水路より幅が小さい有限幅の壁2種，計3種類の構造物に作用するサージ力を計測し，入力されるサージの特性である浸水深・流速の時刻歴との相関関係を調査した．サージ力は非常に短時間で生じるため，引張圧縮荷重計（新規購入）を2個並列に用いた剛性の高い計測システムを用いた．浸水深は容量式水位計（現有），流速はサージ先端部の流速を正確に測定するために，高速度カメラ（新規購入）に基くPTV解析によって計測した．その結果，サージ先端角度の増大に伴ってサージ係数が大きくなること，壁の受圧面アスペクト比（浸水深を構造物の幅で除した値）の増大に伴ってサージ係数が低減されることが明らかになった．
実験から直接得られない知見を得るため，及び実大構造物の解析を行う数値解析技術の確立のため，数値流体解析プログラムOpenFOAMを用いた水理実験の再現を行った．数値解析における乱流モデルの影響を調べるために，DNS（乱流モデル無し），RANS，LES，の比較を行った結果，LES(局所化ダイナミック 1 方程式渦粘性モデル)による結果がもっとも実験結果を追跡できることが明らかになった．また，サージフロントは初期条件にも強く影響を受け，サージフロント形状を正確に捉えるためには，水路のオリフィスを塞ぐ扉が有限時間で開く状況を正確にモデル化することが重要であることも判明した．
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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
当初の目標通り，有限幅の壁に作用するサージ力に影響を与える因子を明らかにすることができたことは重要である．既往研究では，サージ先端角度の影響は示唆されていたが本研究のような定量化が行われていない．また，本研究のように構造物の有限幅を考慮し，幅による力の低減効果を定量的に評価したことで，土木構造物と違い，有限な幅を有する建築構造物のより合理的な耐津波設計手法へとつながる．
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| Strategy for Future Research Activity |
有限幅の壁に作用する力の評価手法をより多くの形状（円柱，角柱等）に適用できるかの検討を行う．実際の建物は角柱形状に近く，石油タンクなどは円柱形状である．また，実構造物は固有周期を有し，その応答は固有周期と作用する力の時刻歴の相互関係による．次年度においては，柔性を有する有限幅の壁の実験を行い，その動的挙動を予測する簡易モデルの構築，OpenFOAMによ構造物・流体解析技術の構築を行う．
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