河 口部 に位置 する桟橋構造物 に対 す る流木 の危険度評価
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(2) 912. 海. 表‑1. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻(2008). D滑 走 路 の設計 に用 い られ る波 と流 れ. 図‑2 そ れ ぞ れ 津 波 流 速 お よ び 津 波 高 が 最 大 とな る ケ ー ス を 示. 平 面 水槽 に お ける実 験機 材 の配 置 表‑2. 複 数 漂流物 実験 の条 件. す. 表 か ら,桟 橋 部 分 に作 用 す る流 速 は,洪 水 時 の 方 が 大 き く,最 大 で1.3m/sに. な る こ と が わ か る.こ れ は,多 摩. 川 の 将 来 高 水 流 量7000m3/sが. 流 下 した と き に,桟 橋 部 の. 多 摩 川 よ りの 端 部 で生 じる流 速 で あ る.洪 水 は現 地 で 北 か ら南 へ 作 用 し,波 向 と逆 方 向 にな る. (2) 平 面 実 験 の 手 法 と条 件 実 験 縮 尺 は1/25で あ り,複 数 木 材 を 同 時 に流 下 させ て 衝 突 時 の位 置 や 角 度 を 求 め る.図‑2に. 波 と流 れ を同 時 に. 再 現 で き る平 面 水 槽 に お け る桟 橋 模 型(直 杭)の 配 置 と. あ る の で,模 型 は 外 径 が 約60mmの. 番 号 を 示 す.直 杭 は,羽 田空 港D滑. 部 材 や 斜 材 は 設 置 しな い も の と した.表‑2に. 走路 の桟橋構造 を模. 鋼 管 を 使 用 し,水 平 実験 ケース. 擬 し た ジ ャ ケ ッ ト4基 に相 当 す る よ う に流 下 方 向 に6列,. を 示 す.複 数 漂 流 物 衝 突 実 験 で は,ジ ャケ ッ ト模 型 を設. 横 断 方 向 に4列 設 置 した.間 隔 は流 下 方 向 に15m(実. 置 して 波 や流 れ を 発 生 させ,波 や流 れ が 安 定 して か ら漂. 横 断 方 向 に31.5mで. 機),. あ る.実 験 で は,直 径 が 約1m,長. さ. 流 物 の 漂 流 を 開 始 さ せ た.実 験 は1ケ ー ス に つ き5回 の繰. が 約11mの. 漂 流 木 材 を 想 定 し て,模 型 量 で φ40mm,長. 返 し実 験 を 行 っ た.衝 突 実 験 で は 漂 流 物 のCCDカ. さ453mmの. 丸 太 を 同 時 に5本 流 下 さ せ た.河 川 流 速 は,. 撮 影 の 他 に,電 磁 流 速 計 に よ る流 速 測 定 と,容 量 式 波 高. 実 験 で 再 現 で き る最 大 値 で か っ 最 大 出 水 量 に ほ ぼ 近 い 1.2m/sお よ び そ の50%と 下 流 側(海. 側)か. した.ま た,台 風 時 を想 定 して,. ら波 高1mの. 規 則 波 を 作 用 させ た.実. メラ. 計 に よ る波 高 測 定 を 実 施 した. (3) 実 験 の 結 果 図‑3にCCDカ. メ ラ 画 像 を 解 析 して 求 め た 複 数 木 材 の. 験 で は,杭 の 頭 部,流 木 の 両 端 に マ ー カ ー を取 り付 け,2. 衝 突 ま で の軌 跡 を 示 す.図 で は一 例 と して,流 速1.26m/s. 台 の カ メ ラで マ ー カ ー位 置 を 解 析 す る ビデ オ トラ ッカ ー. で 波 高1mの. 装 置(株 式 会 社 デ ィ テ ク ト,DIPP‑Motion. 杭 に 衝 突 す る 回 数 が 多 く,2列 目 以 降 は 回 数 が 少 な くな. Pro)で 流 木 模. 波 を 作 用 さ せ た 場 合 を 示 す.最. も上 流 側 の. 型 の 移 動 速 度,衝 突 回 数,衝 突 時 の 角 度 等 を求 め,杭 の. る.ま た,波 を作 用 さ せ た 場 合 は軌 跡 が 大 き くば らつ き,. 位 置 に よ る衝 突 の危 険 性 の変 化 を 調 べ た.. 1列 目 に衝 突 した 後 に後 列 に再 度 衝 突 す る状 況 が 見 ら れ. な お,D滑. 走 路 周 辺 の 海 底 地 形 は ほ ぼ 平 坦 で,平 均 的. な水 深17mを. 実 験 水 深 と して 採 用 す る こ とが 望 ま し い.. しか し,1/25の 縮 尺 で現 地 水 深17mを. 採 用 した場 合,水. た. 同 一 の 条 件 で5回 試 験 を行 い,流 木 の 総 数 に 対 して 衝 突 した 回 数 を確 率 で 示 した も のが 図‑4で あ る.図 に 示 す. 槽 に お け る水 深 は0.68mと 深 く,所 定 の最 大 流 速1.26m/s. よ う に第1列 目へ の 衝 突 確 率 は15〜20%で. を発 生 さ せ る こ とが で き な い.そ. 時 に は後 列 の衝 突 確 率 も10%に. (模型 量0.40m)に は0.6mと. こで,実 験 水 深 は10m. 設 定 し,ジ ャケ ッ ト鋼 管 杭 模 型 の 高 さ. した.設 計 資 料 に 示 さ れ て い る ジ ャ ケ ッ ト鋼. 管 杭 の 直 径 は1616mmで. あ る.1/25模 型 で は約65mmで. あ り,波 作 用. な り,洪 水 時 に衝 突 の 有. 無 を確 認 す べ き範 囲 が 広 が る.図‑5は 全 実 験 ケ ー ス につ いて,衝 突 角 と衝 突 率 の相 関 を示 し た もの で あ る.衝 突 角 は木 材 の 長 軸 と流 向 の 成 す 角 度 で あ る.図 で は,衝 突.
(3) 河 口部 に位 置 す る桟 橋構 造物 に対 す る流木 の危 険度評 価. 913. 注)累 積 値 は黒 塗 り. (1) 入 射 角0° (*数 値は全て実機である). 図‑3. 複 数 の流木 の衝突 の様 子(左 が上流). ((1)‑(5)は 木材で●が桟橋杭の位置で ビデオ解析で衝突回数を調べる) 注)累 積 値 は黒塗 り. (2) 入 射 角15°. 図‑5 図‑4. 衝 突角 と衝 突率 の関 係. 杭 毎 の衝突 確率(波 有 り). (Jは 河川 横断方 向の杭番 号,Iは 流 れ方 向 の杭番 号). 上 流 お よ び下 流 に お け る流 れ発 生 装 置 を運 転 して,水 路. 角 毎 に 衝 突 が 生 じ る頻 度 を示 して お り,黒 塗 の 記 号 で 累. 転 す る こ とで 造 波 で き る.水 路 内 に設 置 した 鋼 管 模 型 の. 積 値 を 示 し,衝 突 角75〜90°. 取 り付 け部 で は,H形. 内 の 流 れ を 再 現 した.波 は,図‑2の. で の 累 積 値 が最 終 的 な 衝 突. 下 流 か ら造 波 機 を 運. 鋼 で 架 台 を作 成 して分 力 計 を取 り. 確 率 に な る.累 積 確 率 は 波 が 作 用 し た方 が,波 が 無 い 場. 付 け,そ の 下 方 に模 型 円柱 を 固 着 さ せ た.桟 橋 構 造 部 は,. 合 よ り大 き く,入 射 角 が15° の と き に衝 突 確 率 が大 き い.. 鋼 管 杭 を 現 場 で 打 ち 込 ん だ 後 に,6本. の杭 を 一 体 化 さ せ. る ジ ャケ ッ トを 設 置 し,鋼 管 杭 とそ れ を覆 う ジ ャ ケ ッ ト 3. 衝 突 力 を 求 め る 実 験. の 円筒 部 を モ ル タ ル で 一 体 化 させ る.一 つ の 杭 を単 純 化 して,水 面 と の 関係 を 示 す と図‑6の よ うに な る.. (1) 実 験 手 法 水路を. ま た,水 平 力 が 上 下 に分 散 して 作 用 す る と計 測 装 置 が. 設 け て,鋼 管 で 単 一 の杭 模 型 を設 置 し,分 力 計 で水 平 方. 複 数 個 必 要 に な る た め,で き る だ け荷 重 計 測 点 と衝 突 点. 向 の 衝 突 荷 重 を 測 定 した.実 験 で は 流 木 は1本 と して,. が 近 い剛 な片 持 ち梁 と して 水 平 荷 重 の最 大 値 が 直 接 計 測. 流 木 に 張 力 を与 え な い よ うな 緩 い ガ イ ド糸 を用 い て,流. で き る よ うな 実 験 装 置 配 置 と した.. 前 章 で 用 い た 同 一 水 槽 に 幅1.25m,長. さ15mの. 木 模 型 の いず れ か の 箇 所 が 杭 模 型 に 衝 突 し,水 平 荷 重 が. 松 冨 ら(2004)は,植. 生 に よ る 津 波 力 低 減 効 果 を調 べ. 測 定 で き る よ う に した.衝 突 荷 重 デ ー タの サ ンプ リ ング. る実 験 に お いて,模 型 実 験 で 用 い る材 料 と縮 尺 の 関 係 を. タ イ ム は,模 型 値 で0.001sで あ る.現 地 で の 河 川 流 速 と. 示 して い る.す な わ ち,片 持 ち 梁 の一 端 に集 中 荷 重Pが. 作 用 す る波 の 高 さ は 表‑2と 同 じで あ る.ま た,模 型 の固. 作 用 した と きの た わ み は 次 式 で 表 さ れ る。. 有 振 動 周 期 は現 地 と異 な るの で,測 定 され た最 大 荷 重 を. (1). 外 力 と して,海 底 地 盤 に支 持 され た鋼 管 杭 を モ デ ル 化 し, 動 的 な 構造 解 析 計 算 で 上 端 変 位 とせ ん 断 力 を推 定 した. 単 位 杭 の衝 突 荷 重 実 験 で は,設 置 杭 は1本 だ け で あ り,. こ こ で,δ:た E:部. わ み,l:固. 材 の 曲 げ 弾 性(Pa),I:部. 定 点 か ら作 用 点 ま で の 長 さ, 材 の 断 面2次. モ ーメ ン ト.
(4) 914. 海. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻(2008). 高 い.断 面2次 モ ー メ ン トの 縮 尺 が よ り小 さ く な れ ば, 実 験 値 か ら換 算 され た力 と実 際 に作 用 す る力 の差 は小 さ くな る.実 験 結 果 は 現 地 で 発 生 す る 力 よ り1オ ー ダ ー 程 度 大 き い が,実 験 の ば らつ き等 も考 慮 した安 全 側 の数 値 とな る. (2) 実 験 の結 果 橋 杭 に作 用 す る衝 突 荷 重 は衝 突 時 に衝 撃 的 に最 大 値 を 示 した 後 は0.01sで 振 動 しな が ら減 衰 し た.本 実 験 で は 荷 重 作 用 点 と支 持 点 の距 離 を で き る だ け 小 さ く した片 持 張 り と して 杭 を設 置 して お り,振 動 周 期 は両 端 を固 定 さ れ た 杭 構 造 と は異 な っ て い る. 運 動 量mvは 図‑6 (Nm2)で,実. 現地 で の杭 の構造 と衝 突 イメ ー ジ. 漂 流 物 の 質 量mと 漂 流 速 度vか ら推 定 で き. る.作 用 時 間dtは 模 型 実 験 で は測 定 が 困 難 で あ り,後 述. 験 で用 い た 円筒 の 場 合 は次 式 で 示 され る.. (2). す る よ う に曽 我 部 ら(1981)が F=αmv/dtが. 提 案 した 数 値 を 用 い る と,. 運 動 量 と作 用 時 間 か ら求 め た 衝 突 荷 重 と. な る.こ こで,α は付 加 質 量 の 影 響 も含 め た衝 突 荷 重 係 こ こ で,D1:円 る.実. 験 で 用 い た 鋼 管 は,市. D2=106mm(板. 厚t1=4mm)で. 約1200mmで. あ り,規. な る の でD2は を,実. 筒 の 外 径(直. 径),D2:円. 筒 の 内 径 とす. 約1120mmに. あ る.実. な る.模. 機 で の 値 に 添 え 字pを. れ ば 衝 突 荷 重 が 大 き くな っ た.杭 構 造 物 の ま わ り の流 況. 販 の 規 格 品 でD1=114mm, 機 の 鋼 管 はD1=. 格 品 で は な く,板. 付 け,模. 数 で あ る.実 験 全 体 の 傾 向 と して,流 速 や 波 高 が 大 き け. に つ い て,押 村 ら(2006)は,杭. の側 面 に 沿 っ て 速 い 流. れ が 生 じ,杭 の 正 面 で は,流 速 の 絶 対 値 が 側 面 に 比 べ て. 厚t1が40mmに. 型 で の 値 に 添 え 字m 型 縮 尺 を λで 表 す.. (3). 小 さ くな る こ と を 明 らか に して い る.今 回 の 実 験 条 件 で は 漂 流 物 の 漂 流 速 度 は水 路 の 平 均 流 速 の0.75倍 で あ っ た. (3) 衝 突 荷 重 の 推 定 波 高 の大 き さ に よ る 衝 突 荷 重 の 変 化 は,波 に よ る力 の ば らっ き と考 え て,こ. こで は既 存 の 研 究 結 果 と今 回 の実. 円 筒 部 の 直 径,板 厚 は,模 型 と実 機 で ほ ぼ 同 じ比 率 で,. 験 結 果 を比 較 して,実 験 で の 衝 突 荷 重 の妥 当 性 を 検 証 し. 断 面2次 モ ー メ ン トの 縮 尺 を λ4と す る.. た.曽 我 部 ら(1981)は,岸. 壁 上 と岸 壁 前 面 の海 面 で 木. 材 を 引 っ張 って コ ンク リー ト壁 に 衝 突 さ せ,実 機 で 衝 突. (4). 上 式 は,実 験 で 測 定 さ れ た 力 をFroude則. で現地 で の値. に 換 算 す る た め に は,模 型 の 曲 げ剛 性Eを. 実際の値 よ り. も小 さ く す る 必 要 が あ る こ と を 示 し て お り,松 (2004)が. 導 い た 結 論 と 同 一 で あ る.鉄(鋼)の. 冨 ら. 曲 げ剛 性. 荷 重 を 測 定 し,最 大 荷 重 は 次 式 で 示 され る こ とを 導 い た.. (6) こ こで,m:木 る),n:衝. 材 質 量,v:衝. 突 速 度(漂 流 速 度 に相 当 す. 撃 加 速 度 の 分 布 形 に よ る 係 数,e:衝. 突時 の. を λ(=1/10)倍 した よ う な材 質 は容 易 に得 られ な い の で,. 反 発 係 数,dt:衝. 材 料 の 曲 げ 剛 性 の縮 尺 を1と す る と,力 の 関 係 で は次 式. 速 度 で 衝 突 す る場 合 はn=1と. が成 立 す る.. と衝 突 速 度 か ら決 ま る係 数 で あ る.作 用 時 間dtは,現. 突 力 の 作 用 時 間 で あ る.木 材 が 一 定 の され て い る.eは 衝 突 材 料. 実 験 で は10‑2s程 度 で あ る と推 測 さ れ,n(1+e)を. (5). 算 し た と き に,(縮 実 験 縮 尺(λ=1/10)か. で現 地換. 尺)3倍 を した力 に な る の で,今 回 の ら推 定 す る と,実 際 の 力 よ り約. 10倍 大 き い 値 と な って い る 可 能 性 が あ る.た だ し,現 地. 衝 突荷. 重 係 数 α とす る. 式(6)を 用 い て,実 験 で 得 られ た運 動 量mvと. した が っ て,実 験 で 測 定 され た 力 をFroude則. 地. Fの 相 関 を調 べ た.図‑7は,縦. 衝 突荷重. 流 し と横 流 し の場 合 につ. い て,比 重0.188お よ び0.349の 塩 ビ管,比 重0.676の 木 材 を 用 い てFとmvの. 相 関 を調 べ た 結 果 を 示 す.図. に示 さ. れ る よ う に,本 実 験 で 得 ら れ た衝 突 荷 重 は,曽 我 部 ら. に お い て は,水 平 部 材 や 斜 材 の 存 在,鋼 管 杭 と ジ ャ ケ ッ. (1981)に. トの 密 着 性 の影 響 で,現 地 部 材 の 断 面2モ ー メ ン トは単. 計 算 で き る こ とが わ か る.相 関係 数 は,初 期 の流 し方 が. 純 な 円 筒 部 材 か ら推 定 さ れ る値 よ り大 き くな る可 能 性 が. よ る推 定 式 の 係 数 を 修 正 す る こ と で 近 似 的 に. 縦 流 しお よ び 横 流 しの 場 合 で,そ れ ぞ れr=0.95,0.98で.
(5) 915. 河 口部 に位 置 す る桟 橋構 造物 に対 す る流木 の危 険度評 価. (1) 計 算 条件. 図‑7. 波 有 り も含 む 全 ケ ー ス の 衝 突 力 評 価. (α は 実 験 係 数 で0.64:杭 が 側 面 衝 突,0.95:杭. の 頭 が 衝 突). あ った.こ の こ と か ら,実 験 で 得 れ れ る衝 突 荷 重 は,実 際 に片 持 ち梁 杭 に作 用 す る荷 重 の10倍 程 度 に な る も の と 推 定 した が,曽 我 部 ら(1981)の. 現 地 試 験 条 件 で あ る岸 (2)応答変位の時刻歴. 壁 の よ う に た わ み が 生 じな い壁 面 に木 材 が衝 突 した場 合 に 発 生 す る荷 重 とオ ー ダ ー が 同 じに な る こ とが わ か った. 4. 漂 流 木 材 の 衝 突 時 の リ ス ク 実 験 結 果 を 活 用 し,既 存 の鋼 管 杭 の 動 的応 答 解 析 モ デ ル(横 田 ら,1998)を. 用 い て,海 底 に支 持 さ れ た 杭 の 応. 答 特 性 を 検 討 し た.計 算 で は,直 径1200mm,板. 厚40mm. の 鋼 管 杭 が 図‑8(1)の よ う に 現 地 で 建 設 さ れ る も の と し て,海 面 で 作 用 す る衝 撃 荷 重 に よ る応 答 特 性 を推 定 した. 鋼 管 杭 の 弾 性 係 数(ヤ. ン グ 率)E=206kN/mm2,ポ. ン比0.29,密 度7820km/m3,地. アソ. 盤 バ ネ はKh=15.0kN/m/m2. と し た.載 荷 し た荷 重 は,実 験 で 得 られ た 海 面 位 置 の集 中 荷 重500kNと. な る もの と し,作 用 時 間 を0.01sと した.. 図‑8(2)に 応答 時 刻 歴 の結 果 を 示 す.海 面 で の 応 答 変 位 は 最 高 で4.8mと. な り,平 均 して0.2s周 期 の 振 動 が 生 じ る. こ とが 判 った.(3)の 杭 頭 部 で の 水 平 方 向 に 作 用 す る せ ん 断 力 は,海 面 で の 衝 撃 荷 重 と ほ ぼ等 し い.た だ し,瞬 間 的 に最 大 値 と して800kNが. 出現 して お り,杭 の 振 動 の 影. 響 に よ り,衝 突 荷 重 よ り も1.6倍 程 度 大 き い 荷 重 が 作 用 す る.本 計 算 で は,鋼 管 中 の 水 が あ る場 合 の 影 響 を 考 慮 して い な い の で,詳 細 な 設 計 が 成 さ れ た 場 合 に は,あ. ら. た め て 衝 突 リス クに 対 す る精 査 が 必 要 で あ る.. (3) 杭頭 部 の せ ん断 力. 図‑8. 応答 モ デル によ る計 算結 果. 参 考 文 献 押 村 嘉 人 ・平 石 哲 也 ・永 瀬 恭 一(2006): 数値 波動水 槽 を用 い た 構 造 物 に 作 用 す る流 体 力 検 討 技 術, 海 岸 工 学 論 文 集, 第5 3巻, pp.866‑870. 曽 我 部 隆 久 ・布 施 谷 寛 ・福 家 敬 泰 ・四宮 征 一 ・麻 植 政 行(1981) : 海 岸 構 造 物 へ の 木 材 衝 撃 力 に つ い て, 海 岸 工 学 論 文 集, 第28巻, pp.584‑588. 日本 港 湾 協 会(1998): 港 湾 の 施 設 の 技 術 上 の 基 準 ・同 解 説, 日本 港 湾 協 会, 下 巻, pp.609. 平 石 哲 也 ・野 口孝 俊 ・宮 田 正 史 ・長 谷 川 巌(2007):. 複 合型 空. 港 島 周 辺 の 流 況 に関 す る模 型 実 験, 海 洋 開 発 論 文 集, 第23 巻, pp.793‑798.. 5. ま と め. 松 冨 英 夫 ・大 沼 康 太 郎 ・今 井 健 太 郎(2004): 植 生域 氾濫流 の 基 礎 式 と植 生 樹 幹 部 の 相 似 則, 海 岸 工 学 論 文 集, 第51巻,. 本 研 究 で は,縮 尺 を 変 化 させ た2種 類 の 漂 流 木 材 の 支. pp.301‑305. 横 田 弘 ・竹 鼻 直 人 ・南 兼 一 郎 ・高 橋 邦 夫 ・川 端 規 之(1998):. 持 杭 へ の衝 突 実 験 を 行 い,複 数 木 材 の 衝 突 確 率 と単 杭 へ の 衝 突 荷 重 を調 べ た.そ の 結 果,河 川 洪 水 時 に は10%以 上 の衝 突 確 率 が あ る こ と等 が わ か った.. 鋼 管 杭 式 桟 橋 の 地 震 応 答 解 析 結 果 に基 づ く設 計 水 平 震 度 の 考 察, 港 湾 技 術 研 究 所 報 告, 第37巻, 第2号, pp.75‑130..
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