JP4083393B2

JP4083393B2 - 津波実験装置

Info

Publication number: JP4083393B2
Application number: JP2001137160A
Authority: JP
Inventors: 浩二岩瀬; 毅池谷; 良介朝倉; 誠高尾; 直樹藤井; 隆川口
Original assignee: Kajima Corp; Tokyo Electric Power Co Inc; Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd; Tokyo Electric Power Services Co Ltd
Current assignee: Kajima Corp; Tokyo Electric Power Co Inc; Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd; Tokyo Electric Power Services Co Ltd
Priority date: 2001-05-08
Filing date: 2001-05-08
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2021-05-08
Also published as: JP2002332621A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、津波実験装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、津波等の長周期の波に対する構造物の安定性等を検討する実験には、フロート式津波実験装置や空気圧室式津波実験装置が用いられている。図６は、フロート式津波実験装置の平面図、図７は、フロート式津波実験装置の断面図である。フロート式津波実験装置では、水槽１０１に設置した鋼製のフロート１０３を上下動させる。この上下動により、Ａ方向に、水面１０９に津波１０７が発生する。
【０００３】
図８は、空気圧室式津波実験装置の平面図、図９は、空気圧室式津波実験装置の断面図である。空気圧室式津波実験装置では、エアコンプレッサ２１３を用いて、管２１５を介して空気圧室２１１内の空気圧を変化させる。空気圧室２１１内の水面２０９は、空気圧を増圧すると水面２０９ｂまで低下し、減圧すると水面２０９ａまで上昇する。この上下動により、空気圧室２１１の外部の水面２０９に、Ｂ方向に津波２０７が発生する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フロート式津波実験装置では、フロート１０３が主に鋼製であるため、大型の駆動装置が必要となる。また、発生する津波１０７の高さは、フロート１０３による排除体積分であり、効率が悪い。
空気圧室式津波実験装置では、エアコンプレッサ２１３や空気圧室２１１等の大型の施設が必要となる。また、空気圧で津波２０７を発生させるため、効率が悪く、波形の精度が悪い。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは簡便・安価に作製でき、任意の波形の津波を高精度で効率良く発生できる津波実験装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するための第１の発明は、水が満たされた水槽と、前記水槽を貯水槽と実験槽とに分けるように前記水槽内に設けられる仕切り板と、前記しきり板に設けられ、前記水槽内に津波を起こすポンプと、を具備し、前記ポンプが、プロペラと、前記プロペラを回転するモーターと、水位変動の目標波形から求められたポンプの出力波形に、ポンプの稼働開始時と造波開始時の間に時間差を設けた改良後の出力波形によって、前記モーターを制御する制御部と、を有することを特徴とする津波実験装置である。
【０００７】
また、前記制御部が、前記貯水槽と前記実験層との水位差から、前記プロペラの隙間を通過する水の移動量を算出し、算出した水量を補うように、前記モーターを制御することが好ましく、前記実験層側の前記ポンプ近傍に、多孔性の整流板を設けることが望ましい。尚、仕切り板に孔等を設け、この孔の近傍にポンプを設置するようにしてもよい。この場合、ポンプは仕切り板には直接取り付けない。
【０００８】
第１の発明では、水槽に仕切り板を設置して２つの部分に分け、水槽内にポンプを設置して水流を発生させる。仕切り板とポンプのみを用いるので簡便に作製でき、可搬性がある。また、水流発生部の出力を変化させることで、任意の波形の波を、高精度で効率よく発生させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施例を詳細に説明する。図１は、津波実験装置１の平面図、図２は、津波実験装置１の断面図、図３は、ポンプ部９周辺の拡大断面図を示す。津波実験装置１は、ポンプ部９、仕切り板１１、整流板１３、拡幅管１７等で構成される。水槽３は、底面２に側面４ａ、側面４ｂ、側面４ｃ、側面４ｄが設けられた直方体形状であり、上部は開放され、内部に水が満たされる。
【００１０】
水槽３には、仕切り板１１が設置される。仕切り板１１は、両端が側面４ｃ、側面４ｄに接触し、下方が底面２に接触するように設置され、水槽３を、貯水槽５と実験槽７に分ける。仕切り板１１は、不透水性で、貯水槽５および実験槽７からの水圧に耐えられる部材である。
【００１１】
仕切り板１１に複数の円形の穴を開け、円筒状のポンプ部９を設置する。ポンプ部９には、プロペラ３７式のポンプが内蔵される。ポンプ部９付近には、プロペラ３７を駆動させるモータ３９が設置され、モータ３９は、ケーブル４１等を介してコンピュータ４３に接続される。コンピュータ４３は、モータ３９の稼動を制御する。
【００１２】
ポンプ部９の、貯水槽５側の端部には、円錐台形状の拡幅管１７ａが取り付けられ、実験槽７側の端部には、円錐台形状の拡幅管１７が取り付けられる。ポンプ部９、拡幅管１７ａ、拡幅管１７は、水流１２および水流１２ａの圧力に耐えられる材質とし、流量や設置数は、実験槽７の大きさや発生させたい波の波形によって決定する。
【００１３】
ポンプ部９は水流１２および水流１２ａを発生させ、拡幅管１７ａは、実験槽７からポンプ部９を介して貯水槽５へ流れ込む水流１２ａを拡散させる。拡幅管１７は、貯水槽５からポンプ部９を介して実験槽７へ流れ込む水流１２を拡散させる。
【００１４】
貯水槽５の側面４ａには、越波防止工１９が設けられる。越波防止工１９は、複数の長方形の板から成る。それぞれの板は、長辺の一辺が側面４ａに接触し、短辺が側面４ｄおよび側面４ｃに接触し、側面４ａから底面２の方向に傾斜するように、平行に設置される。越波防止工１９は、水流１２ａにより発生した波が、側面４ａを越えて水槽３の外部に流出するのを防ぐ。
【００１５】
拡幅管１７の出口の前方には、２枚の整流板１３が設置される。整流板１３は、多数の孔３５を有する部材である。各整流板１３は、下部が底面２に接触し、両端部が側面４ｃ、側面４ｄに接触するように設置される。整流板１３は、拡散した水流１２を、実験槽７の横断方向１４にさらに均一化する。
【００１６】
整流板１３の前方には、複数の波高計１５が、整流板１３と平行して等間隔に設けられる。波高計１５は、水流１２により水面３１に発生し、整流板１３を通って均一化した波の高さを測定する。
【００１７】
次に津波実験装置１の動作について説明する。
まず、モータ３９を稼動させ、ポンプ部９のプロペラ３７を回転させる。図４は、造波開始時の位相調整を示す図である。図４（ａ）は、水面３１の水位変動の目標波形４７であり、縦軸は水位、横軸は時間を表す。図４（ｂ）はポンプ部９の出力電圧の波形４９、図４（ｃ）は改良後の出力電圧の波形５１を示し、いずれも縦軸は電圧、横軸は時間を表す。
【００１８】
水面３１に図４（ａ）の目標波形４７を発生させるには、ポンプ部９のモータ３９を図４（ｂ）の出力電圧の波形４９で稼動させるのが理想的である。しかし、ポンプ部９の出力を時間ｔ＝０で最大出力まで上げることは不可能なため、図４（ｃ）に示すように、時間差５３を設け、改良後の出力電圧の波形５１でポンプ部９を稼動させる。これにより、目標波形４７に近い波形の水位変動を得ることができる。
【００１９】
ポンプ部９のモータ３９を稼動し、プロペラ３７の回転方向を変化させると、水流１２または水流１２ａが発生する。また、プロペラ３７の回転数を調節することにより、貯水槽５と実験槽７との間を移動する水量が変化し、水流１２または水流１２ａの強さが変化する。コンピュータ４３は、ケーブル４１を介してモータ３９に信号を送信し、プロペラ３７の回転方向や回転数を制御する。
【００２０】
図５は、仕切り板１１の両側での水位差４５を示す断面図である。造波時に、プロペラ３７の隙間から多量の水が水位の高い槽から低い槽へと流入するのを防ぐため、予め実験槽７の水面３１と、貯水槽５の水面３１ａとの水位差４５を算出する。
【００２１】
そして、水位差４５からベルヌーイの式によりプロペラ３７の隙間からの水の移動量を算出し、算出した水量を補うように、コンピュータ４３でプロペラ３７の回転を制御する。これにより、目標とする波高と周期を有する波を精度良く発生させることができる。
【００２２】
プロペラ３７の回転により、貯水槽５からポンプ部９を介して実験槽７へ水が流入し、水流１２が生じる。水流１２は、拡幅管１７を通って拡散する。さらに、多孔性の整流板１３を通りぬけることにより、水槽３の横断方向１４に均一化された波となる。波高計１５は、発生した波の横断方向１４の均一性を確認する。
【００２３】
このように、仕切り板１１とポンプ部９を用いるので、津波実験装置１は、設備が小規模で容易に設置でき、移設も簡便である。また、ポンプ部９で波を発生させることにより、ポンプ部９の流量に見合った大きな波を造波できる。そして、コンピュータ４３でモータ３９を制御してプロペラ３７の回転方向および回転数を変化させることにより、任意の波形の長周期波を精度良く発生させることができる。
【００２４】
尚、本実施の形態では、仕切り板１１に穴を設けてポンプ部９を設置したが、ポンプ部９は仕切り板１１に直接取り付けなくてもよい。また、整流板１３を２枚設置したが、設置枚数はこの限りではない。貯水槽５側の拡幅管１７ａは設置しない場合もある。
【００２５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、簡便・安価に作製でき、任意の波形の津波を高精度で効率良く発生できる津波実験装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】津波実験装置１の平面図
【図２】津波実験装置１の断面図
【図３】ポンプ部９周辺の拡大断面図
【図４】造波開始時の位相調整を示す図
【図５】仕切り板１１の両側での水位差４５を示す断面図
【図６】フロート式津波実験装置の平面図
【図７】フロート式津波実験装置の断面図
【図８】空気圧室式津波実験装置の平面図
【図９】空気圧室式津波実験装置の断面図
【符号の説明】
１………津波実験装置
３………水槽
５………貯水槽
７………実験槽
９………ポンプ部
１１………仕切り板
１３………整流板
１７、１７ａ………拡幅管
３１………水面
３５………孔
３７………プロペラ
３９………モータ
４３………コンピュータ

Claims

水が満たされた水槽と、
前記水槽を貯水槽と実験槽とに分けるように前記水槽内に設けられる仕切り板と、
前記しきり板に設けられ、前記水槽内に津波を起こすポンプと、
を具備し、
前記ポンプが、
プロペラと、
前記プロペラを回転するモーターと、
水位変動の目標波形から求められたポンプの出力波形に、ポンプの稼働開始時と造波開始時の間に時間差を設けた改良後の出力波形によって、前記モーターを制御する制御部と、
を有することを特徴とする津波実験装置。
前記制御部が、前記貯水槽と前記実験層との水位差から、前記プロペラの隙間を通過する水の移動量を算出し、算出した水量を補うように、前記モーターを制御することを特徴とする請求項１記載の津波実験装置。
前記実験層側の前記ポンプ近傍に、多孔性の整流板を設けることを特徴とする請求項１または２記載の津波実験装置。