ken13602

監物　希美

橋梁に作用する津波流体力の解析的検討

丸山　久一，　田中泰司

2011年3月11日に発生した東北地方太平洋沖地震は，国内観測史上最大規模の地震であり，この地震における物的被害の一種である橋梁の流出は，救助や支援のための車両の交通に支障をきたしたことで被害を拡大させた．今後起こると予想されている東海・東南海・南海地震においても同様の問題が発生すると懸念されており，この問題の解決が急務となっている．これまでにも，段波による波力に関する実験・解析は多く行われてきたが，段波を受けない橋梁においても落橋しているものも多く，橋梁の被害メカニズムを解明するには段波以外にも定常流や非定常流の流れの中によって橋梁に作用する外力の検討を行う必要がある．
そのため本研究では，流失被害が生じた橋梁の諸元を用いて3次元流体解析を実施し，定常流や非定常流の流れを与えることによって橋梁に作用する津波による流体力の分析や上部工の移動に対する安全率の検討を行うことを目的とした．また，水理模型実験を実施し，流体解析の結果との比較を行うことで，3次元流体解析の妥当性の検討した．
まず，同様の条件の下，水理模型実験を行ったところ，水路の摩擦抵抗や橋桁模型の固定方法などの原因により，流体解析との定量的な一致は確認できなかったが，流入流速と抗力あるいは揚力との関係性などが定性的に一致したため，3次元流体解析の妥当性はあると判断した．
その結果を踏まえ，定常流において初期水深やフルード数などの条件を変化させることによる影響について，流体解析を用いて検証した．その結果，流入流速の増加にともなって，抗力にも増加の傾向がみられたが，揚力は流入流速が約4.6m/sまでは負の揚力によって橋桁を押さえつける力が増大し，4.6m/sを超えるとその力は減少していく様子が確認された．しかし，被害形態について考察を行うと，実現象とは異なるものであることがわかった．そのため，この結果を踏まえ，次に経時的に水位が上昇する非定常流による影響を検討した．この結果より，水位の上昇にともなって抗力は緩やかに減少し，揚力は急激に増加することが確認された．また，橋桁の移動に関する安全率を算出したところ，定常流と比較して回転移動に対する安全率が格段に低下し，本研究における水準内では水位の上昇速度が0.05m/sを超え，継続的に水位が上昇し続けたとき，橋桁の回転移動が生じるとみなされ，実現象と相違ない結果を得ることができた．
以上より，本研究における条件下においては0.055m/sで水位上昇していった場合，h1=11.62mで実現象と同様に橋桁の回転移動が生じるという結果が得られた．しかし，非定常流における解析は僅か条件でしか行っていないため，上昇速度や橋桁形状，橋桁の設置高さなどの条件が変化させた場合におよぼす影響について，今後検討を重ねる必要がある．

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