河 口付近 の橋梁 に作用す る津波流体力 に関する実験 的研究
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(2) 河 口付 近 の橋梁 に作 用 す る津 波流体 力 に関 す る実 験 的研究 型 に は波 圧 計 も取 り付 け,橋 桁 の沖 側 側 面,下. 面 な ど8. 867. 図‑4(a)は 河 口 か らの架 橋 位 置LB=0m(河. 口部 に 架 橋),. 箇 所 に作 用 す る 波 圧 も同 時 に 測 定 した.デ ー タの サ ンプ. 架 橋 地 点 の 水 深h=8.0cmの. リ ン グ間 隔 は0.002秒 と した.. の変 化 の 一 例 で あ る.水 位 変 動 測 定 点 の3か ら2の 間 で,. 図‑2に 模 型 橋 桁 周 りの 模 式 図,お を,図‑3に. は 橋 桁 模 型 の諸 元 を 示 す.図. 波 圧 計 を表 す.ま な お,ポ. た,表‑1に. 沖 側10cmの. 中 のP1〜P8は. 場 合,河. 道 内 で21.5cm/s,河. 場 合,河. 道 内 で16.0cm/s,河. た,河. 口か ら. 口部 の 水 深 が11.0. 口か ら沖 側10cmの. 浅 水 変 形 に よ り水 位 上 昇 量 が 大 き く増 加 して い る.ま た, 河 口 直 前 の 測 定 点1で は 河 川 流 が あ る場 合 は水 位 上 昇 量. 実 験 ケ ー ス の概 要 を 示 す.. 地 点 で18.0cm/s,ま. 点 で13.0cm/sで 3.. 向き. ンプ の 流 量 は一 定 で あ り,河 川 流 の 流 速 は河 口. 部 の 水 深 が8.0cmの. cmの. よ びFx,Fzの. ケ ー ス に お け る水 位 上 昇 量. 地. あ った.. が さ らに 増 加 して い るが,河 川 流 が な い 場 合 は変 化 が な い.図‑4(b)は. 河 口 か らの 架 橋 位 置LB=1.0m,架. の水 深h=7.0cmの ケ ー ス に お け る水 位 上 昇 量 の 変 化 の 一例 であ る .同 様 に,浅 水 変 形 に よ り水 位 上 昇 量 が 増 加 して お り,ま た,河 川 流 が あ る場 合 は河 道 内 で も水 位 上 昇 量 が増 加 して い る の に対 して,河. 川 流 が な い場 合 は河. 道 内 で は ほぼ 一 定 で あ る. 実験結果. ま た,図. 示 し な い が,河. 口 か ら の 架 橋 位 置LB=2.0m. (1) 入 射 波 の 浅 水 変 形. の場 合 も水 位 上 昇 量 の 変 化 の傾 向,お. 図‑4に,沖 か ら河 口 ま で の,ま た河 道 内 で の 最 大 水 位 上. 場 合 とな い 場 合 の傾 向 は ほ ぼ 同様 で あ っ たが,河. 昇 量amaxの. 変 化 を示 す.横 軸 は水 位 変 動 測 定 点 の地 点 番. 号 を 表 し,測 定 点 の 水 深 と河 口 か らの距 離(岸 流 側 を正)は. 橋地 点. そ れ ぞ れ 図 中 にDepthとDistanceで. りで あ る.ま た,白 丸 は河 川 流 が な い場 合,三. 向 き,上 示 す通. 架 橋 地 点 よ り も下 流 側(河. よ び河 川 流 が あ る. 口か ら1.0m付. 道内 の. 近 の 地 点)で. 砕 波 が 生 じ る た め,架 橋 地 点 で の水 位 上 昇 量 は 減 少 して い る.. 角 印 は河 川. 流 が あ る場 合 を表 し,河 口 の位 置 を横 軸 上 に矢 印 で 示 す.. 図‑2. 橋桁 模型周 りの模式 図. (a) 河 口 か ら の 架 橋 位 置LB=0m,架. 図‑3. 橋 桁 模 型(単 表‑1. 橋 地 点 の 水 深h=8.0cm. 位:mm). 実 験 ケ ース. (b) 河 口 か ら の 架 橋 位 置LB=1.0m,架 図‑4. 橋 地 点 の 水 深h=8.0cm. 水位 上昇 量 の変化.
(3) 868. 海. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻(2008). とか ら,最 大 値 はP1の 波 圧 の み で ほぼ 表 され て い る と考 え られ る.や やず れ が 見 られ る プ ロ ッ トは,最 大 水 位 上 昇 量amaxが 同 等 で あ る他 の ケ ー ス と比 較 して,波 圧P1で 大 き な値 が 測 定 さ れ た ケ ー スで あ る.こ. の よ うな ケ ー ス. で は波 圧 計 設 置 箇 所 近 傍 にお い て局 所 的 に大 き な波 圧 が 発 生 し,橋 桁 沖 側前 面 の面 積 内 で の波 圧 が 一 様 で は なか っ た の で は な い か と考 え られ る.以 上 よ り,一 部 の ケ ー ス で や や ず れ が あ る もの の,水 平 方 向 の 流 体 力 につ いて は, 波 圧P1を 用 いて検 討 が 可 能 で あ ると考 え られ る. 図‑6に 測 定 結 果 の 一 例 と して,架 橋 位 置LB=0.0m,橋 桁 直 前 で の 最 大 水 位 上 昇 量amax=10.7cm,桁 hc=5.5cm,河 圧,鉛 図‑5. 水 平方 向流 体力Fxmaxと 波 圧積 分値. 下 高 さ. 川 流 な しの ケ ー ス に お い て 測 定 さ れ た 波. 直 方 向 流 体 力Fzお. よ び橋 桁 沖 側20cmの. 水 位 変 動 の 時 系 列 を 示 す.波. して お り,橋 桁 沖 側 前 面 で の 波 圧P1に. は衝 撃 的 な成 分. が 見 られ る.波 圧 計 の設 置 位 置 に従 ってP1か ク の値 が 出 現 して い る が,こ びP8の. た,P6とP7の. ら順 に ピ ー. の ケ ー ス で は波 圧P4お. ピ ー ク は 明 瞭 で は な か っ た た め,図. して い な い.ま. 地点 での. 圧 の 時 系 列 は 図‑6(a)に 示. よ. 中に は明記. ピー ク は 一 致 して い る.. そ の他 の ケ ー ス に お い て は,P1の. ピ ー ク 値 がP2の. ピー. ク値 と 同程 度 で あ る場 合 や,複 数 の ピー クの 値 が 同位 相 で 現 れ る場 合 も あ り,こ れ ら は波 面 と橋 桁 の 関 係 に よ り 変 化 す る と考 え られ る. 鉛 直 方 向 流 体 力Fzお (a) 波 圧. よ び 水 位 変 動 の 時 系 列 は 図‑6(b). に 示 して い る.橋 桁 沖 側20cmの 動 は,河. 口(水 深8.0cm)で. 地 点 で測 定 さ れ た水 位 変. の 線 形 長 波 の波 速 を 用 い て 時. 間 的 に架 橋 位 置 まで ず ら して 示 して い る.こ の ケ ー ス で は桁 下 高 さ がhc=5.5cmで. あ るた め,水 位aが5.5cmを. 回 る あ た りか ら鉛 直 方 向 流 体 力Fzが. 上. 正 の 向 き(鉛 直 上. 向 き)に 増 加 して い る.Fzの 鉛 直 上 向 き の ピ ー ク 後 に は 鉛 直 下 向 き の 流 体 力 が 作 用 して い る が,こ れ は橋 桁 上 ま で 水 位 が 上 昇 して い る こ とに よ る上 載 圧 と考 え られ る. た だ し,こ の 時 点 に お け る 架 橋 地 点 で の実 際 の水 位 変 動 (b) 鉛 直 方 向 流 体 力Fz,橋 図‑6. 波 圧,鉛. 桁 沖側 で の水位 変動. 直 方 向 流 体 力,水. (amax=10.7cm,hc=5.5cm,河. 位変 動 の時系列 川 流 な し). は,橋 桁 が 存 在 す る こ と に よ る影 響 を受 け る ので,橋 桁 沖 側20cmの. 地 点 で の 水 位 変 動 と は異 な る と思 わ れ る.. 他 の ケ ー ス に お い て も,鉛 直 方 向 流 体 力Fzは. 鉛 直上 向. きの ピー クの 後,鉛 直下 向 きの ピー クを示 す ことが 多 か っ た.場. (2) 測 定 結 果 の 時系 列 図‑5に,橋. 桁 沖 側 前 面 で 測 定 され た波 圧P1の. 橋桁 沖 側前 面 の面 積Aを. 最大値 に. 乗 じた値 と,水 平 方 向流 体 力Fx. の 最 大 値 の 関係 を 示 す.図. 中 の黒 丸 は河 川 流 な しの ケ ー. ス,白 丸 は 河 川 流 あ りの ケ ー スの 結 果 で あ る.図 よ り, 波圧P1の 値 と水 平 方 向 流 体 力Fxと の対 応 は概 ね良 好 で あ る こ とが 分 か る.水 平 方 向 の 流 体 力 に相 当 す る波 圧 と し て はP3お. よ びP5な. ど もあ るが,P1と. は ピ ー ク の位 相 が. ず れ る こ と,ま た水 平 方 向力 と して はP3とP5は. 逆 向 きで. あ る もの の,ほ ぼ 同 時 刻 に 発 生 す る た め に 相 殺 さ れ る こ. 合 に よ って は,鉛. き のFzの. 直 上 向 きのFzよ. り も鉛 直 下 向. ほ うが 絶 対 値 が 大 きい こ と もあ っ た.し か し,. 橋 桁 の 流 出 に影 響 を 及 ぼす の は鉛 直 上 向 きの 流 体 力 で あ る た め,以 降 は鉛 直 上 向 き の 流体 力 につ い て の み 検 討 を 行 う. (3) 水 平 方 向流 体 力 と鉛 直 方 向 流 体 力 図‑7に,水. 平 方 向 流 体 力 の 最 大 値Fxmaxと. 体 力 の 最 大 値Fzmaxの 関 係 を 示 す.実 らつ きが 大 き いが,こ. 鉛 直方向流. 験 ケ ース ごとのば. れ は橋 桁 に 作 用 した 瞬 間 の 波 面 の. 角 度 に依 存 して い る た め で あ り,非 砕 波,砕. 波前,砕. 波.
(4) 869. 河 口付近 の橋 梁 に作 用 す る津 波流 体力 に関 す る実験 的研究 直 後 等 の違 い に よ る もの と考 え られ る.河 川 流 の有 無 に よ る違 い は見 られ な いが,架 mの. 橋 位 置LB=0.0mお. よ び2.0. 場 合 の鉛 直 方 向 流 体 力 は水 平 方 向 流 体 力 と同 程 度,. あ る い は そ れ 以 上 に な る場 合 も 見 ら れ る.一. 方,LB. 桁 に作 用 して い た こ と と関 連 が あ る と考 え られ る. (4) 鉛 直 方 向流 体 力 と橋 桁 上 の 水 位 図‑8(a)お よ び(b)に,そ. れ ぞれ河 川流 がな い場合 お よ. び 河 川 流 が あ る 場 合 の,鉛. 直 方 向 流 体 力 の 最 大 値Fzmax. =1 .0mの ケ ー ス に お け る鉛 直 方 向 流 体 力 は ほぼ 一 定 の値. と橋 桁 上 の 最 大 水 位 の 関 係 を示 す.鉛. とな っ た.こ れ は,た い て い の 入 射 波 の 砕 波 点 が 河 口 か. 大 値 は,橋 桁 の 流 体 力 測 定 部 分 に作 用 す る浮 力 β で 無 次. ら上 流 側 へ0.5〜1.0mの. 元 化 し,橋 桁 上 の最 大 水 位amax‑hcはamaxで. 地 点 で あ り,砕 波 直 後 の 波 が橋. 直 方 向流 体 力 の 最. 無次元 化. して い る.河 川 流 が な い 場 合 の図‑8(a)に は,参 考 と して Arakiら(2008)の =0 .0mに 相 当)の. 実 験 結 果(架. 橋 位 置 は す べ てLB. う ち,桁 下 高 さhcの 条 件 が 比 較 的 近. い もの を 併 せ て 示 す.河 川 流 が あ る場 合 は若 干,ば き が大 き くな るが,河. らっ. 川 流 の有 無 に よ る明 瞭 な差 異 は見. られ ず,橋 桁 上 の水 位 が 大 き くな る ほ ど鉛 直 上 向 きの 流 体 力 も大 き くな って お り,そ の 傾 向 はArakiら(2008) と 同 様 で あ る.た. だ し,前 述 の よ う に,架. 橋 位 置LB. ‑1 .0mの 場 合 だ け は鉛 直 方 向 流 体 力 は小 さ い. (5) 橋 桁 沖 側 前 面 の 波 圧 と橋 桁 上 の 水 位 図‑9に,橋. 桁 沖 側 前 面 波 圧Plの. 最 大 値 と橋 桁 上 の 最. 大 水 位 の 関 係 を示 す.橋 桁 沖 側 前 面 波 圧P1の 最 大 値 は, 図‑7. 水平 方 向流体 力Fxと 鉛 直方 向流 体力Fz. 橋 桁 上 の 最 大 水 位 に 伴 って 橋 桁 に 発 生 す る静 水 圧 で 無 次 元 化 し,橋 桁 上 の最 大 水 位amax‑hcはamaxで して い る.図‑9(a),(b),(c)は 1.0,2.0mの. 無次 元化. そ れ ぞ れ 架 橋 位 置LB=0.0,. 場 合 で,黒 丸 が 河 川 流 な し,白 丸 が 河 川 流. あ りの 結 果 で あ る. ど の 図 に お い て も,橋 桁 上 の水 位 の 無 次 元 量 が 小 さ く な る ほ ど橋 桁 沖 側 前 面 波 圧P1は. 大 き くなる ことが分 か. る.こ れ は,入 射 波 の 峰 の先 端 付 近 が 橋 桁 に作 用 した場 合,か. つ 入 射 波 高 が 大 き い場 合 に 波 圧 が 大 き くな る こ と. を意 味 して い る.ま. た,橋 桁 に作 用 す る波 圧 は,河 川 流. が な い場 合 は静 水 圧 の10倍 以 上 に も達 す る こ と も あ る. 河 川 流 が あ る場 合 は,河 川 流 が な い 場 合 と比 べ て 波 圧 が. (a) 河 川流 がな い場合. や や 小 さい が,そ. れ で も静 水 圧 の8倍 程 度 に な る こ と も. あ る.LB=0.0mの. 場 合 は,全 体 的 に 河 川 流 が あ る 場 合. の 波 圧 は河 川 流 が な い場 合 の波 圧 よ り小 さ い傾 向 が あ る. しか し,LB=1.0mお. よ び2.0mの. 場 合 は,図. 中の最大値. は 河 川 流 が な い場 合 の波 圧 とな って い る が,全 体 的 に は 河 川 流 の有 無 に よ る相 違 は 明 瞭 で は な い. 4.. 波圧の算定. 陸 上 構 造 物 を対 象 と して提 案 され た朝 倉 ら(2000)の 津 波 波 圧 算 定 式 を 用 い て,大. きな 波 圧 が作 用 して い た橋. 桁 沖 側 前 面 の波 圧 の算 定 を試 み た.橋. 桁 沖 側20cmの. 地. 点 で 測 定 さ れ た 水 位 変 動 か ら橋 桁 上 の水 位 を 算 出 し,そ の 橋 桁 上 の水 位 に対 して朝 倉 ら(2000)の. 非 分 裂 波 の算. 定 式 を適 用 した. (b) 河川流 が あ る場 合 図‑8. 鉛 直方 向流体 力 と橋桁 上 の水位. 図‑10(a)お よ び(b)に,そ れ ぞ れ 架 橋 位 置LB=0.0m,橋 桁 直 前 で の 最 大 水 位 上 昇 量amax=10.7cm,桁. 下 高 さhc=.
(5) 870. 海. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻(2008). 5.5cm,河 川 流 な しの ケ ー ス(図‑6で 示 した ケ ー ス),お よ. 河 川 流 が あ る場 合 の ほ うが波 圧 が 小 さ くな る傾 向 が あ っ. び架 橋 位 置LB=0.0m,橋. た が,河. 桁 直前 で の最 大 水 位 上昇 量amax=. 7.53cm,桁 下 高 さhc=0.4cm,河 定 結 果 を 示 す.ど. 川 流 な しの ケ ー ス で の 算. ち らの ケ ー ス に お い て も衝 撃 的 な 成 分. は表 現 で きて い な い が,そ. の後 に続 く波 圧 は安 全 側 の 波. 口 か ら上 流 側 に離 れ て 架 橋 した と き は,河 川 流. の 有 無 に よ る明 瞭 な差 異 は 見 られ なか った.ま. た,衝 撃. 的 な 波 力 は,そ の 値 は大 き い が,作 用 時 間 は短 い た め, 橋 桁 流 出 に及 ぼ す 影 響 は更 に 検 討 を行 う必 要 が あ る.. 圧 を算 定 して い る.他 の ケ ー ス に つ い て は,河 川 流 な し の 場 合 は 安 全 側 に波 圧 を 算 定 で き るケ ー スが 多 か った が,. 謝 辞:流 体 力 の 測 定 に は愛 媛 大 学 の 中村 孝 幸 准 教 授 か ら. 河 川 流 あ りの 場 合(特 にLB=0.0mの. 助 言 を 頂 い た.こ. 場 合)は 図‑9(a)に 示. こ に記 して 謝 意 を表 しま す.. した よ うに,水 位 上 昇 量 に対 して相 対 的 に波 圧 が小 さ い 傾 向 が あ るた め,実 験 結 果 と の差 が大 き くな った. 5.. まとめ. 水 理 実 験 に よ り,河 川 流 を 発 生 さ せ て 橋 桁 に作 用 す る 波 力 お よ び 波 圧 を測 定 した.河. 口部 に 架 橋 した と き は,. (a) 架 橋 位 置LB=0.0m. (a) LB=0.0m,amax=10.7cm,hc=5.5cm,河. 川 流 な し. (b) LB=0.0m,amax=7.53cm,hc=0.4cm,河. 川 流 な し. 図‑10. 朝 倉 ら(2000)の. 参. 考. 朝 倉 良 介 ・岩 瀬 浩 二 ・池 谷 樹 ・大 森 正 則(2000):. 式 に よ る 波 圧 の 算 定. 文. 献. 毅 ・高 尾. 誠 ・金 戸 俊 道 ・藤 井 直. 護 岸 を 越 流 した 津 波 に よ る波 力 に. 関 す る実 験 的 研 究, 海 岸 工 学 論 文 集, 第47巻, 池 野 正 明 ・松 山 昌 史 ・榊 山. 勉 ・柳 沢. pp.911‑915.. 賢(2005):. ソ リ トン. 分 裂 と砕 波 を伴 う津 波 の 防 波 堤 に 作 用 す る波 力 評 価 に 関 す る実 験 的 研 究, 海 岸 工 学 論 文 集, 第52巻, 片 岡 正 次 郎 ・日下 部 毅 明 ・長 尾 和 宏(2006): 桁 に作 用 す る波 力, 第12回 (b) 架 橋 位 置LB=1.0m. pp.751‑755. 津 波衝 突時 に橋. 日本 地 震 工 学 シ ンポ ジ ウ ム 論 文. 集, pp.154‑157. 庄司. 学 ・森. 洋 一 郎(2006):. 岸 工 学 論 文 集,. 第53巻,. 桁 橋 の 津 波 被 害 再 現 実 験,. 海. pp.801‑805.. 松 冨 英 夫(1991): 砕 波 段 波 衝 突 時 の圧 力 分 布 と 全 波 力, 海 岸 工 学 論 文 集, 第38巻, pp.626‑630. 水谷. 将 ・今 村 文 彦(2000): 験,. 構 造物 に作 用す る段波 波力 の実. 海 岸 工 学 論 文 集, 第47巻,. pp.946‑950.. 水 谷 法 美 ・高 木 祐 介 ・白 石 和 睦 ・宮 島正 悟 ・富 田 孝 史(2005): エ プ ロ ン上 の コ ン テ ナ に 作 用 す る津 波 力 と津 波 漂 流 力 に 関 す る研 究, 海 岸 工 学 論 文 集,. 第52巻,. pp.741‑745.. Araki, S., I. Deguchi and S. Itoh (2008): Experimental study on fluid force on bridge beam due to tsunami, Proc. of the 18thInt'1 Offshore and Polar Eng. Conference, Vol.III, pp.586-591. (c) 架 橋 位 置LB=2.0m 図‑9. 橋桁 沖側 前面 の波 圧 と橋桁上 の水位.
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