2016 Fiscal Year Annual Research Report
Evaluation of tsunami surge forces acting on structures
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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, 大学院工学系研究科(工学部), 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 / 揚圧力 / 数値流体解析 / 構造・流体連成 |
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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(津波先端端部)が建築構造物に衝突した際に及ぼす衝撃的外力（サージ力）を評価する手法を確立することである.
本年度は,サージ力の構造物への荷重効果を滑動という崩壊モードを通して検証した．滑動は，作用水平力であるサージ力と滑動抵抗力となる摩擦力の大小関係で決定されると考えられ，摩擦力は構造物底面と接地面との間の接触力に依存し，構造物に上向きの揚圧力が作用すると摩擦力は低減されることが予想される．構造物はアクリル樹脂製の直方体形状をした模型とし，水路底面との滑動抵抗力を高めるためにサンドペーパー上に設置した上で津波の越流が生じない条件のもとサージを衝突させ，作用水平力を計測しながら滑動状況を高速度撮影する滑動実験を行った．また同形状の模型を用いて別途作用揚圧力や摩擦特性を実験から計測し，滑動実験との比較検討を行った．実験より，サージ衝突直後において構造物四方が水に浸水していなくても，構造物底面に水が浸入することができる場合には揚圧力が生じ，滑り摩擦力が低減されることが明らかとなった．
また，サージ衝突時に構造物に作用するサージ力や揚圧力を非静水圧分布を考慮した浅水方程式から評価する数値解析手法の開発を行った．構造物に作用する津波荷重は一般的にはNavier-Stokes方程式（NS式）を解く3次元問題として扱われるが，その計算時間や負荷が大きい．計算時間や負荷を減らすために，津波の伝搬解析では水深方向にNS式を積分した浅水方程式が用いられるが，構造物の荷重評価に関してはその適用可能性の検証は充分ではない．構造物周辺の流れは複雑で非静水圧分布となるため，この点を考慮した方程式の解法が必要である．本研究では鉛直方向の圧力分布を，静水圧分布と動圧分布の和としてモデル化することで作用荷重の評価の改善を行った．
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