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工藤進平

流れの中で橋梁に作用する津波流体力の検討

下村匠

2011年3月11日，三陸沖を震源として発生した東北地方太平洋沖地震は，マグニチュード9.0，最大震度7が観測され，日本観測史上最大の地震であった。この地震によって発生した津波により，多くの橋梁に被害が生じ，救助や支援のための交通に大きな支障をきたした．今後起こると予想される東海・東南海・南海地震においても同様の問題が発生することが懸念されている．この問題の解決に向け，橋梁に作用する津波波力については，これまでに，段波・砕波による衝撃的な波力や，孤立波状の波によって発生する揚力による被害メカニズムが注目され，多くの研究が行われてきた．しかし，津波先端の砕波領域の影響を直接受けない位置にある橋梁においても落橋被害が報告されているものも多く，橋梁の被害メカニズムを解明するためには，波だけでなく流れの中で橋梁に作用する外力の検討を行う必要がある．
本研究では，段波通過後の流れの中で橋梁に作用する揚力（鉛直波力）による流失被害に着目し，実際の被害橋梁の諸元を用いて流体解析を行い，流れの中における揚力発生メカニズムの検討および作用する流体力の分析を行った．また，水理模型実験を行い，流体解析結果との比較を行うことで，流体解析の妥当性の検討を行った．そして，流れの中で橋梁に作用する力のモデル化を行い，揚力の影響を考慮した橋桁移動の有無を判別するための津波被害予測式を提案し，東日本大震災の被災状況によるモデルの検証を行った．
その結果，流れの中で揚力が発生するメカニズムとしては，水位が上昇する過程の中で，水面形がフラットな形状となる水深となれば，水面形の影響による上から押さえつける力が無くなり，同時に橋桁上部に大きな渦が発達し，その内部が低圧力領域であるために，上部工の流失が起こりえる揚力が発生することが判明した．また，橋桁上部にできる渦は実験的にも確認され，抗力および揚力の実験結果においても解析結果と同様となったことから，解析結果の妥当性が確認された．さらに，流速，桁幅，水位が揚力への影響因子であることが判明し，それらをパラメータとした近似式で揚力の評価が可能であることが判明した．その結果を踏まえ，本研究で提案した揚力を考慮した被害予測式によって安全率βを算出することで，橋桁の流失の有無の判別が可能であることが示された．

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