JP2000249623A - 風と波の実験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実験に供する構造物模型に対して風と波が同
時に発生した状態を再現して、風と波の複合荷重下での
応答を直接に調べることができる風と波の実験装置を提
供することを目的とする。 【解決手段】 本発明の（風と波の）実験装置１は、風
洞２と、この風洞２内に配置された水槽３と、水槽３の
水面上に浮かべられた構造物に波が当たったように該構
造物を動かす波強制力発生装置４と、水槽３の水面に浮
かべた構造物を係留する係留装置１２とを備えたもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水面に浮かべられ
た構造物が風と波による複合荷重を受けてどのように応
答するかを直接、同時に調べるための実験装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば必要時に水面に浮かべられ
たポンツーンごと水面を移動させて航路を確保する浮体
式の可動橋（以下、浮体橋という）について、風と波に
よって浮体橋がどのように応答するのかを実験する際に
は、該浮体橋の模型を製作し、この模型を風洞実験装置
に供して風荷重計測実験を行い、また、この模型を造波
水槽に供して波浪荷重計測実験を行うといったように、
各々別々に行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、風荷重
計測実験及び波浪荷重計測実験を別々行う方法では、風
と波により浮体橋にどのような複合荷重がかかり、この
複合荷重によってどのような応答を示すのかを直接、調
べることができなかった。

【０００４】本発明は、上記の問題を解決するものであ
り、実験に供する構造物模型に対して風と波が同時に発
生した状態をシュミレートして、風と波の複合荷重下で
の応答を直接に調べることができる風と波の実験装置を
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、風洞と、この風洞内に配置された水槽
と、水槽の水面上に浮かべられた構造物に波が当たった
ように該構造物を動かす波強制力発生装置と、水槽の水
面に浮かべた構造物を係留する係留装置とを備えたので
ある。こうすることによって、擬似的に風と波とが同時
に発生した状態を作り出すことができ、従って、この状
況下での構造物の応答を調べることができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の風と波の実験装置は、風
洞と、この風洞内に配置された水槽と、水槽の水面上に
浮かべられた構造物に波が当たったように該構造物を動
かす波強制力発生装置と、水槽の水面に浮かべた構造物
を係留する係留装置とを備えたものである。こうするこ
とにより、実験において風と波とが同時に発生した状態
を擬似的に作り出すことができるので、構造物に複合荷
重を与えたときの実験を行うことができる。

【０００７】また、上記構成において、水槽は、その内
周部に設けられた消波壁と、この消波壁の外側に設けら
れ、該消波壁を越えた水を貯める水だめと、該消波壁の
内側と水だめとの下部に設けられ、該水だめに流入した
水を強制的に該消波壁の内側に循環させて該消波壁の内
側の水位を調整する水位調整機構とで構成したものとす
れば、波の干渉や水位の変化による影響を抑えることが
できる。

【０００８】また、上記したいずれかの構成において、
波強制力発生装置は、水面上に浮かべられた構造物に波
が当たったときの動きを擬似的に再現するものであっ
て、構造物を上下方向に移動させる上下移動手段と、構
造物を風の上下流方向に移動させ、又は風の上下流方向
の同一平面内で構造物を回転させる上下流方向及び回転
移動手段とを備えたものとすれば、水面上に浮かべられ
た構造物に対して波が当った状態を作り出すことができ
る。

【０００９】また、上記したいずれかの構成において、
係留装置は、水面に浮かべられた構造物が岸に係留され
た状態を擬似的に再現するものであって、係留された構
造物が直接当接して撓む第１当接手段と、この第１当接
手段と連結され、該第１当接手段が一定量撓むと傾動す
る傾動部材を有した傾動手段と、この傾動手段の傾動部
材が一定量傾動すると、該傾動部材と当接して撓む第２
当接手段と、これらが変位するときの荷重を計測する荷
重計センサーとを備えたものとすれば、水面に浮かべら
れた構造物の係留状態を作り出すことができる。

【００１０】

【実施例】以下に本発明の風と波の実験装置の実施例に
ついて図面を参照して説明する。図１は、本発明の風と
波の実験装置（以下、実験装置と略す）の構成を示す。
図２は、本発明の実験装置における水槽の構成を示す。
図３は、本発明の実験装置における波強制力発生装置の
構成を示す。図４は、本発明の実験装置における係留装
置を示す。図５は、本発明の実験装置における係留装置
を用いた場合の浮体橋から受ける荷重の特性と実際の荷
重特性との比較を示す。

【００１１】本発明の実験装置１は、例えば構造物とし
て、水面に浮かべられたポンツーン１０と、このポンツ
ーン１０上に組み立てられる浮体橋１１と、この浮体橋
１１を係留する係留装置１２とでなる模型を用いて、浮
体橋１１にかかる風と波の複合的な荷重によって浮体橋
１１がどのような応答を示すかを実験するためのもので
あり、実験装置１は、風洞２と、この風洞２内に配置さ
れた例えば２個の水槽３，３と、これら水槽３，３の各
々の水面上に浮かべられたポンツーン１０，１０に設け
た波強制力発生装置４，４とを備えている。

【００１２】風洞２内には、例えばその上流位置の床面
に、風洞２内における上部の風力を大きく、下部の風力
を小さくするためのスパイヤー２ａと、風洞２における
風を乱流させるためのブロック２ｂとを配している。こ
れらスパイヤー２ａ及びブロック２ｂによって、風洞２
内の風は自然の状態に近付けられる。

【００１３】そして、風洞２の床面の幅方向両端部に、
該風洞２の床面表面位置から掘り下げて水槽３，３が形
成されている。水槽３は、例えば図２に示すように構成
されており、水槽３の内周部には、ポンツーン１０の揺
動によって生じた波を消すために消波壁３ａが設けら
れ、この消波壁３ａの外側には、該消波壁３ａを越えた
水を貯める水だめ３ｂが設けられ、該消波壁３ａの内側
と水だめ３ｂとの下部には、該水だめ３ｂに流入した水
を該消波壁３ａの内側に循環させて該消波壁３ａの内側
の水位を調整する水位調整機構３ｃが設けられている。
また、本実施例では２つの浮体橋１１，１１の各々に設
けた水槽３，３は、それぞれの側部を連通して互いの水
位を同レベルに保つための連通管３Ａが設けられてい
る。

【００１４】水槽３は、消波壁３ａにより実験において
不要な波の発生を防止し、また、水位調整機構３ｃによ
り水位の低下を防止し、連通管３Ａによって水槽３，３
の互いの水位が同レベルとされるので、不要な波の干渉
によってポンツーン１０が実際にはあり得ない動きをし
たり、水位の低下によって無意味に上下動するといった
ことがなく、従って実際の状況と近似した状態を安定し
て保つことができ、実験結果に誤差を生じることを抑制
する。

【００１５】波強制力発生装置４は、波を受けたときの
ポンツーン１０の動きを再現するためのものであり、例
えば図３（ａ）に示すように構成されている。波強制力
発生装置４は、ポンツーン１０の表面と裏面の中央部に
ワイヤーＷ１の両端を取り付け、このワイヤーＷ１をプ
ーリーＰを介して張設すると共に、ワイヤーＷ１の中途
箇所に該ワイヤーＷ１を押し引きするアクチュエータ４
Ａを設けた上下方向移動手段と、ポンツーン１０におけ
る風洞２の上下流方向の側面中央部でポンツーン１０の
上下に間隔を存してワイヤーＷ２，Ｗ３の両端を各々取
り付け、これらワイヤーＷ２，Ｗ３をプーリーＰを介し
て張設すると共に、ワイヤーＷ２，Ｗ３の中途箇所にワ
イヤーＷ２，Ｗ３を各々押し引きするアクチュエータ４
Ｂ，４Ｃをそれぞれ設けた上下流方向及び回転移動手段
とを備えている。

【００１６】波強制力発生装置４は、水槽３の水面に浮
かべられたポンツーン１０に対してアクチュエータ４Ａ
を駆動すると、ポンツーン１０が上下方向に移動し（図
３（ｂ）のheave 方向）、アクチュエータ４Ｂ，４Ｃを
同方向に駆動すると、ポンツーン１０が風の上下流方向
に移動し（図３（ｂ）のsway方向）、アクチュエータ４
Ｂ，４Ｃを互いに反対方向に駆動すると、ポンツーン１
０が捻れるように風の上下流方向の平面内において回転
移動し（図３（ｂ）のroll方向）、アクチュエータ４
Ｂ，４Ｃの駆動量に差を設けることで、rollとswayとが
混合した動きも再現することができ、さらにアクチュエ
ータ４Ａ，４Ｂ，４Ｃの動きを組み合わせることで自然
の波を受けたようにポンツーン１０を動かすことができ
る。このようにすることにより、波による浮体橋１１の
揺動を実際の状態と近似させることができる。

【００１７】係留装置１２は、ゴムなどの弾性部材で構
成された実際の防舷材と異なり、実験装置１での模型実
験の際に、図５の破線で示す実際の防舷材の荷重特性と
近似させるために、例えば図４に示すような構造として
いる。

【００１８】係留装置１２は、ポンツーン１０上に架台
５１が設けられ、この架台５１上に支柱５２と後述の傾
動部材５４の傾動量を調整する調整機構５３とが設けら
れている。さらに、係留装置１２は、支柱５２の支点５
２ａに傾動部材５４が支持されており、この傾動部材５
４の一方端にはカウンターウエイト５５が、他方端には
荷重計センサー５６が各々設けられている。

【００１９】さらに、係留装置１２は、傾動部材５４の
他方端下部に板ばね５７が下方に向かって設けられてお
り、この板ばね５７の下端部には、浮体橋１１が当接す
る当接部材５７ａを設けている。そして、この板ばね５
７の当接部材５７ａ配設面の裏面側には、金属片５８が
配置され、この金属片５８に当接部材５８ａが設けられ
ている。

【００２０】また、係留装置１２は、支柱５２の上端か
ら、カウンターウエイト５５を配した方向に板ばね５９
が設けられており、この板ばね５９の先端部には、当接
部材５９ａが設けられている。なお、本発明において、
上記板ばね５７、当接部材５７ａ、金属片５８、当接部
材５８ａで第１当接手段を構成し、また、上記調整機構
５３、支柱５２、支点５２ａ、傾動部材５４、カウンタ
ーウエイト５５で傾動手段を構成し、また、上記板ばね
５９、当接部材５９ａで第２当接手段を構成している。

【００２１】係留装置１２は、浮体橋１１が揺動する
と、板ばね５７の当接部材５７ａと浮体橋１１の側端面
とが当接し、浮体橋１１から荷重を受けると板ばね５７
が撓み、この状態からさらに荷重がかかると、板ばね５
７の裏面が当接部材５８ａと当接し、さらにそれ以上の
荷重がかかると、板ばね５７が金属片５８を押して、カ
ウンターウエイト５５側が上方になるように傾動部材５
４が傾動する。この傾動時に、傾動部材５４が板ばね５
９の当接部材５９ａと当接し、板ばね５９が、傾動部材
５４からの荷重を受けると撓む。

【００２２】こうした荷重変化は、板ばね５７，５９、
及びカウンターウエイト５５の変位量から荷重センサー
５６によって計測される。そして、この後、係留装置１
２を調整して、例えば図５の実線で示すように実際の防
舷材の荷重特性と近似させる。このようにすることで、
浮体橋１１の係留状態を、実際の状態と近似させること
ができ、実験における誤差を抑制することができる。

【００２３】上記構成の実験装置１において、風と波に
より浮体橋１１にかかる複合荷重による応答を調べる際
には、風洞２及び波強制力発生装置４を同時に駆動す
る。風洞２では、スパイヤー２ａ及びブロック２ｂによ
って自然の状態に近い風を発生させ、波強制力発生装置
４では、アクチュエータ４Ａ〜４Ｃを状況に応じて各々
駆動することで波が発生したときのポンツーン１０の揺
動を再現する。

【００２４】こうした状況で、不図示ではあるが浮体橋
１１に設けた計測装置を用いて、浮体橋１１にかかる荷
重によってどのように応答するのかを調べれば、自然
の、つまり実際と近似した応答特性を得ることができ
る。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、本発明の風と波の実験装
置は、風洞と、この風洞内に配置された水槽と、水槽の
水面上に浮かべられた構造物に波が当たったよう該構造
物を動かす波強制力発生装置と、水槽の水面に浮かべた
構造物を係留する係留装置とを備えたので、実験におい
て風と波から受ける複合荷重による応答を調べることが
できる。

【００２６】また、上記構成において、水槽を、内周部
に設けられた消波壁と、この消波壁の外側に設けられ、
該消波壁を越えた水を貯める水だめと、該消波壁の内側
と水だめとの下部に設けられ、該水だめに流入した水を
強制的に該消波壁の内側に循環させて該消波壁の内側の
水位を調整する水位調整機構とで構成すれば、不要な波
の干渉や、水位の変化による不要な上下動の影響を与え
ることなく、安定した水面で実験を行うことができる。

【００２７】また、上記したいずれかの構成において、
波強制力発生装置を、構造物を上下方向に移動させる上
下移動手段と、構造物を風の上下流方向に移動させ、又
は風の上下流方向の同一平面内で構造物を回転させる上
下流方向及び回転移動手段とを備えたものとすれば、波
が発生したときの構造物の動きを擬似的に再現すること
ができる。

【００２８】また、上記したいずれかの構成において、
係留装置を、係留された構造物が直接当接して撓む第１
当接手段と、この第１当接手段と連結され、該第１当接
手段が一定量撓むと傾動する傾動部材を有した傾動手段
と、この傾動手段の傾動部材が一定量傾動すると、該傾
動部材と当接して撓む第２当接手段と、これらが変位す
るときの荷重を計測する荷重計センサーとを備えたもの
とすれば、水面に浮かべられた構造物が岸に係留された
状態を擬似的に再現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実験装置の概略構成を示し、（ａ）は
上方から見た図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。

【図２】本発明の実験装置における水槽を示し、（ａ）
は断面図、（ｂ）は上方から見た図である。

【図３】本発明の実験装置における波強制力発生装置を
示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は波強制力発生装置によ
って発生させる力の方向を示す図である。

【図４】本発明の実験装置に用いられる係留装置の構成
を示す図である。

【図５】本発明の実験装置に用いられる係留装置の荷重
特性を示す図である。

【符号の説明】

１ 実験装置 ２ 風洞 ３ 水槽 ４ 波強制力発生装置 １０ ポンツーン １１ 浮体橋 １２ 係留装置

フロントページの続き (72)発明者 吉田 尚史 大阪府大阪市住之江区南港北１丁目７番89 号 日立造船株式会社内 Ｆターム(参考） 2G023 AA01 AC01 BA01 BB21 BB28 BB31 BB35 BC01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 係留された構造物が受ける風と波による
   応答を計測する装置であって、風洞と、この風洞内に配
   置された水槽と、水槽の水面上に浮かべられた構造物に
   波が当たったように該構造物を動かす波強制力発生装置
   と、水槽の水面に浮かべた前記構造物を係留する係留装
   置とを備えたことを特徴とする風と波の実験装置。
2. 【請求項２】 水槽は、その内周部に設けられた消波壁
   と、この消波壁の外側に設けられ、該消波壁を越えた水
   を貯める水だめと、該消波壁の内側と前記水だめとの下
   部に設けられ、該水だめに流入した水を強制的に該消波
   壁の内側に循環させて該消波壁の内側の水位を調整する
   水位調整機構とで構成したことを特徴とする請求項１記
   載の風と波の実験装置。
3. 【請求項３】 波強制力発生装置は、水面上に浮かべら
   れた構造物に波が当たったときの動きを擬似的に再現す
   るものであって、構造物を上下方向に移動させる上下移
   動手段と、構造物を風の上下流方向に移動させ、又は風
   の上下流方向の同一平面内で構造物を回転させる上下流
   方向及び回転移動手段とを備えたことを特徴とする請求
   項１又は２記載の風と波の実験装置。
4. 【請求項４】 係留装置は、水面に浮かべられた構造物
   が岸に係留された状態を擬似的に再現するものであっ
   て、係留された構造物が直接当接して撓む第１当接手段
   と、この第１当接手段と連結され、該第１当接手段が一
   定量撓むと傾動する傾動部材を有した傾動手段と、この
   傾動手段の前記傾動部材が一定量傾動すると、該傾動部
   材と当接して撓む第２当接手段と、これらが変位すると
   きの荷重を計測する荷重計センサーとを備えたことを特
   徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の風と波の実
   験装置。