斜角を有する長大箱桁橋（清幌橋）の耐風検討
中央コンサルタンツ(株) 正会員 野田 勝哉 北海道土木現業所 菊池 俊 中央コンサルタンツ(株) 正会員 ○小島 朋樹 石川島播磨重工業(株) 正会員 上島 秀作 北海道土木現業所 山本 文昭 石川島播磨重工業(株) 正会員 松田 一俊
１．はじめに 本報告は，計画中の中央支間
156m
を有する長大箱桁橋（清幌橋）について，その耐風性の 検討を風洞実験によって行ったものである．検討では，主に，本橋の構造的特徴である橋梁斜角（約50°）
と架橋位置の自然条件である積雪の影響に着目した．また，実験で確認された振動現象のうち，実橋での発現 が有害と予想されるものに対しては、実橋に即した耐風対策工の選定を行った．
２．清幌橋の概要 清幌橋は，空知郡南幌町において夕張川を跨ぐ橋梁であり，現橋の架け替えが計画され ている．架け替え後は，橋長
692(m)の橋梁となり，低水路部を跨ぐ中央径間部は図-1 に示すように 109.7(m)+156.0(m)+109.7(m)の支間を有する３径間連続鋼床版箱桁橋となる．橋梁計画上，橋軸方向と河川流
下方向（橋脚軸方向）が約50°で交わる，斜角の小さい橋梁となっている．
３．風洞実験条件 実橋に対して
1/70
の３次元弾性模型を製作し，風洞実験を実施した．実橋と模型の振動 特性を表-1 と図-2 に示す．構造減衰は対数減衰率で0.02
を設定した．その他の実験条件を表-2，図-3 に総括 した．風向は，歩道が片側のみに設けられている非対称性断面を持つことと，橋脚の向きが橋軸に対して斜角を有していることか ら，図-3 に示すように 6 方向を考慮した．
４．対風応答特性 風向に着目した応答実験結果を図-4 に示す．
橋軸直角方向風の下では，実橋風速=20m/s強の風速でギャロッピ ングが発現するが，斜風下においては照査風速
Vrg=44.6(m/s)以下
でギャロッピングは発現しない．キーワード 耐風安定性調査，風洞実験，連続鋼床版箱桁橋，制振対策
連絡先 〒060-0034 北海道札幌市中央区北４条東１丁目２番地３ 中央コンサルタンツ(株) ＴＥＬ011-233-2351
P3
P6 P5 P4
β=135° β=225°
β=315°
β=45°
表-1 固有振動数振動モード 実橋 (Hz)
（解析値）
模型 (Hz)
（実測値） 風速倍率 鉛直曲げ
1
次0.507 4.90 7.24
鉛直曲げ２次
0.853 7.61 7.86
鉛直曲げ３次
1.125 9.34 8.43
表-2 風洞実験条件
気 流
一様流 および 境界層乱流２種 冬季乱流：Iu=12.1(%)，Iw=7.1(%) 夏季乱流：Iu=17.0(%)，Iw=9.2(%) 積 雪 高欄閉塞あり（冬季），なし（夏季）
図-1 清幌橋概要図
-1.0 -0.5 0.0 0.5
1.0 実橋解析値
模型実測値
モード値
P3 P4 P5 P6
-1.0 -0.5 0.0 0.5
1.0 実橋解析値
模型実測値
モード値
P3 P4
P5 P6
-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0
実橋解析値 模型実測値
モード値
P3 P4 P5 P6
(1)鉛直 1 次モード
図-2 振動モード
(2)鉛直 2 次モード
(3)鉛直 3 次モード
図-3 風向角の定義
β=270°
β=90°
土木学会第60回年次学術講演会（平成17年9月）
-589- 1-296
一方，渦励振振幅に関しては，斜 風下では橋軸直角方向風に比べて 顕著に増大していることが判る．
積雪による高欄閉塞を考慮した 場合の実験結果を図-5 に示す．高 欄が閉塞された場合，ギャロッピ ング発現風速が若干低下する結果 となった．
５．耐風制振対策 風洞実験に おいてはギャロッピングと渦励振 の発現が確認されたが，特にギャ ロッピングの発現風速は照査風速 以下であり，制振対策の実施が必 須であると考えられる．本橋では，
箱桁橋のギャロッピング制振対策 として実績のある水平プレート (図-6)を採用した
1)
．水平プレー トを設置した場合の応答特性を図 -7 に示す．水平プレートの効果に よりギャロッピングは消滅したが，渦励振振幅は逆に増大し，悪化の 傾向を示すことが明らかとなった．
図-8 は，一様流中および乱流中の 渦励振振幅と構造減衰(対数減衰 率)との関係である．結果より，
δ=0.05
程度の減衰が確保されれば渦励振は十分小さいレベルに抑制 されることが判った．
６．まとめ 風洞実験の結果，ギャロッピングおよび渦励振に対す る制振対策が必要であることが判明し，具体的な対策工として，前者 には水平プレートの設置，後者には
TMD
などによる構造減衰の付加 が考えられる．また，本橋の実験結果からは，橋軸直角方向風の場合 に比べ，橋軸斜方向風の場合に渦励振振幅が大きくなる場合があるこ とが判った．現象は断面形状と橋軸方向の断面変化度合いに影響する と考えられる2） ，3）
が，長大箱桁橋の耐風設計においては注意を払う 必要がある．謝辞 本検討を推進するに際し，横浜国立大学 山田教授，勝地助 教授には適宜ご指導を賜った．ここに記して謝意を表する．
参考文献 1)斉藤通・本田明弘：長大箱桁橋の耐風性および制振対策法について，構造工学論文集
Vol.36A， pp889-894， 1990.3.
2）宇都宮英彦・浅野浩一・長尾文明・松本達志：斜風が矩形断面の渦励振に及ぼす影響，土木学会第
48
回年次学術講演会概要集，
pp.798-799
，1993.9.
3)細見雅生・木場和義・小林紘士：長方形断面橋桁の渦励振に対する風向角の影響，第13
回風工学シンポジウム論文集，
pp.299-304
，1994.12.
図-5 高欄閉塞状態と対風応答性
0 2 4 6 8 10
0 1 2 3 4 5 6 7
水平プレート対策設置 基本断面
模型片振幅(mm)
風洞内風速(m/s)
0 10 20 30 40 50
１次モード 実橋換算風速(m/s)
実橋片振幅(mm)
0 10 20 30 40 50
２次モード 実橋換算風速(m/s)
10 20 30 40 50
0
３次モード 実橋換算風速(m/s) 400
300 200 100 0 500 700 600
渦励振２次 発散振動（ギャロッピング）
渦励振３次
対数減衰率δ=0.02 迎角α=0°
渦励振１次
積雪による高欄閉塞あり
0 2 4 6 8 10
0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 １次 モ ー ド（一 様流 中 ） ２次 モ ー ド（一 様流 中 ） １次 モ ー ド（冬 季乱 流 中 ） ２次 モ ー ド（冬 季乱 流 中 ）
模型振幅(mm)
対 数 減 衰 率 （δ ） 400
300 200
100
0 600 500 700
実橋振幅(mm)
１ 次 許容 振 幅 （初 通 過 破 壊 ）
１ 次 許容 振 幅 （ 100gal相 当 )
２ 次 許 容 振 幅 （100gal相 当 ) ２ 次 許容 振 幅 （初 通 過 破 壊 ） 0
2 4 6 8 10
0 1 2 3 4 5 6 7
基本断面 水平プレート対策断面
模型片振幅(mm)
風洞内風速(m/s)
0 10 20 30 40 50
１次モード 実橋換算風速(m/s)
実橋片振幅(mm)
0 10 20 30 40 50
２次モード 実橋換算風速(m/s)
10 20 30 40 50
0
３次モード 実橋換算風速(m/s) 400
300 200 100 0 500 700 600
渦励振２次 渦励振３次 対数減衰率δ=0.02 迎角α=+3°
渦励振１次
積雪なし
図-6 水平プレート
図-7 水平プレート設置・未設置の場合の応答比較
図-8 渦励振振幅と構造減衰
(1)橋軸直角方向風（一様流中） (2)橋軸斜方向風（一様流中）
水平プレート
0 2 4 6 8 10
0 1 2 3 4 5 6 7
風向角β=90°
風向角β=270°
模型片振幅(mm)
風洞内風速(m/s)
0 10 20 30 40 50
１次モード 実橋換算風速(m/s)
実橋片振幅(mm)
0 10 20 30 40 50
２次モード 実橋換算風速(m/s)
10 20 30 40 50
0
３次モード 実橋換算風速(m/s) 400
300 200 100 0 500 700 600
渦励振１次 渦励振２次
発散振動（ギャロッピング）
渦励振３次 対数減衰率δ=0.02 迎角α=0°
0 2 4 6 8 10
0 1 2 3 4 5 6 7
風向角β=225°
風向角β=315°
模型片振幅(mm)
風洞内風速(m/s)
0 10 20 30 40 50
１次モード 実橋換算風速(m/s)
実橋片振幅(mm)
0 10 20 30 40 50
２次モード 実橋換算風速(m/s)
10 20 30 40 50
0
３次モード 実橋換算風速(m/s) 400
300 200 100 0 500 700
600 渦励振１次
渦励振２次渦励振３次 対数減衰率δ=0.02
迎角α=0°
（ピーク振幅は 計測していない。)
0 2 4 6 8 10
0 1 2 3 4 5 6 7
積雪による高欄閉塞なし 積雪による高欄閉塞あり
模型片振幅(mm)
風洞内風速(m/s)
0 10 20 30 40 50
１次モード 実橋換算風速(m/s)
実橋片振幅(mm)
0 10 20 30 40 50
２次モード 実橋換算風速(m/s)
10 20 30 40 50
0
３次モード 実橋換算風速(m/s) 400
300 200 100 0 500 700 600
発散振動（ギャロッピング）
対数減衰率δ=0.02 迎 角α=0°
風向角β=90°
図-4 風向と対風応答性
(1)橋軸直角方向風（一様流中） (2)橋軸斜方向風（一様流中）
土木学会第60回年次学術講演会（平成17年9月）
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