建築物周辺に障害物がある場合の津波荷重メカニズムの解明

阐明建筑物周围有障碍物时的海啸载荷机制

• 批准号: 22K04412
• 负责人: 小幡 昭彦
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Akita Prefectural University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04412/
• 关键词: 津波荷重; 連棟配置; 津波圧力; 水理実験; 数値流体解析; 定常流

本研究の目的は、建築構造物周辺に障害物がある場合の津波の流れ場とそれによって生ずる波力が建築物に作用するメカニズムを解明することである。建築構造物は海岸工学分野の構造物と異なり、周辺に同等もしくはそれ以上の規模の構造物が存在することが一般的である。周辺環境による津波の流れの変化は当然存在するはずであるが、この視点は日本建築学会の「建築物荷重指針・同解説（2015）」には含まれていない。津波の流れ場に障害物となるような構造物が存在した場合、津波被害が軽減されることは先の震災による被害調査からも明らかとなっており、周辺環境が津波荷重に影響を及ぼすことへの検討が建築構造物の耐津波設計法には必要である。そのような問題について本研究では、水理実験並びに数値流体解析により、建物群に作用する津波波圧・波力の特性を明らかにするとともに、波力が建築物に作用するメカニズムを解明し合理的な対津波設計を確立する上での基礎的知見を得ることを目的とする。研究代表者らはこれまで、水上側に障害物が存在する場合のダム崩壊型の水理実験並びに数値流体解析を行い、津波波力を観察してきた。ただし、ダム崩壊型の実験および数値流体解析は時刻毎に流れが変化するため、フルード数の変化が津波波力に及ぼす影響について考慮が必要になる。フルード数は、定常流中の構造物に作用する抗力に影響を及ぼすことが既往の研究より明らかとなっており、時刻毎にフルード数が変化する流れ場においてその影響を追跡するのは容易ではない。そこで、令和4年度の研究では、フルード数の変化しない流れ場での基本的な性状の把握を目的とし、定常流下での水理実験、数値流体解析を行った。定常流下における水理実験、数値流体解析は初めての試みであるため、実験および解析方法の検討から始め、実際に実験室、計算シミュレーションにより定常流を再現した。

这项研究的目的是阐明当建筑结构周围有障碍物时海啸的流场以及由此产生的波浪力作用在建筑物上的机制。与海岸工程领域的结构不同，建筑结构通常在附近具有相同或更大尺寸的结构。当然，海啸的流动应该会因周围环境而发生变化，但日本建筑学会的《建筑荷载指南和说明（2015）》中并没有包含这一观点。以往地震的损害调查表明，如果海啸流场中存在障碍物，则海啸损害会减轻，而周围环境对海啸荷载的影响，在建筑结构的抗海啸设计方法中必须考虑这一点。 。在本研究中，我们利用水力实验和计算流体分析来阐明海啸波浪压力和波浪力作用于建筑物的特征，并阐明和合理化波浪力作用于建筑物的机理。获得建立抗海啸设计的基本知识。到目前为止，主要研究人员通过在水侧有障碍物时进行大坝崩塌类型的水力实验以及计算流体分析来观察海啸波浪力。然而，在溃坝型实验和计算流体分析中，流量时时变化，因此需要考虑弗劳德数变化对海啸波浪力的影响。先前的研究表明，弗劳德数会影响稳定流中作用于结构的阻力，而在弗劳德数不时变化的流场中很难跟踪其影响。因此，我们在2020年的研究中，进行了稳定流下的水力实验和计算流体分析，旨在了解弗劳德数不变的流场的基本性质。由于这是我们第一次尝试在稳定流条件下进行水力实验和计算流体分析，因此我们首先检查实验和分析方法，然后在实验室中通过计算模拟实际再现稳定流条件。

项目成果

定常流中の建築物の抗力性状，その1：実験概要と単体角柱の抗力性状

稳定流中建筑物的阻力特性，第 1 部分：单棱柱的实验概述和阻力特性

• 发表时间: 2023
• 作者: 小幡昭彦;髙舘祐貴;寺本尚史;丁威
• 通讯作者: 丁威

定常流中の建築物の抗力性状，その2：様々な形状に対する抗力性状

稳定流中建筑物的阻力特性，第 2 部分：各种形状的阻力特性

• 发表时间: 2023
• 作者: 髙舘祐貴;小幡昭彦;寺本尚史;丁威
• 通讯作者: 丁威

定常流中の建築物の抗力性状，その1：実験概要と単体角柱の抗力性状

稳定流中建筑物的阻力特性，第 1 部分：单棱柱的实验概述和阻力特性

• 发表时间: 2023
• 作者: 小幡昭彦