JP6379834B2 - 津波波力計測方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、構造物に対して作用する津波の波力を、構造物模型を用いた試験により計測する津波波力計測方法及び装置に関するものである。

構造物に作用する津波の波力を計測することは、過去の大地震に伴う津波により構造物に生じた被害について検証するため、あるいは、設計する構造物に対する津波の影響を予測するために必要とされている。

そこで、従来では、構造物模型を用いた水槽試験による津波の波力計測手法が行われてきている。これは、構造物模型に対して津波をモデル化した波を作用させ、この構造物模型が受ける力を計測し、その結果を基に、構造物模型の縮尺に応じた演算を行うことで、実際の構造物が受ける力を求めるものである。

この種の津波の波力計測手法の一つとしては、回流水槽における定常流発生区間に、構造物模型である橋桁模型を水没させた状態に配置して、この橋桁模型が定常流中で受ける力として、水平波力と鉛直波力と回転モーメントを計測する手法が従来提案されている。

この手法によれば、津波による水位上昇により水没した橋桁に対し、津波が定常流として作用するときの波力が計測できるとされている（たとえば、非特許文献１参照）。

なお、回流水槽は、船舶の模型を用いて航行時に生じる抵抗を計測するための試験水槽として広く使用されており、同様の計測に用いる別の形式の試験水槽としては、曳航水槽が広く知られている。

ところで、橋桁（橋の上部構造）は、地上には直接接していない構造物である。

更に、橋桁は、下面側に、下方にのみ開放された凹部を有していることがある。たとえば、複数の主桁を有する桁橋では、橋桁の下面側には、橋軸方向に延びる複数の主桁と、橋軸方向に或る間隔で配列された橋軸直角方向の複数の横桁が格子状に配置されている。そのため、この形式の桁橋では、隣接する主桁と隣接する横桁とにより側方を囲まれた格子目の領域が、下方にのみ開放された凹部となっていることが多い。

下面側に前記のような凹部を有する形式の橋桁が、津波による水位上昇に伴って水没すると、凹部の下端側の開口部分が水面により閉塞されるため、該凹部には、空気溜まりが生じる。この空気溜まりに存在する空気は、水中で、その体積分の浮力を生じる。

一方、橋桁に定常的に作用する流体力は、下向きに作用するとされている（たとえば、非特許文献２参照）。

そのため、津波により水没した橋桁に作用する鉛直方向の力は、上向きの浮力と、下向きの流体力との合算値となる。したがって、津波により水没した橋桁に作用する鉛直波力を含む津波の波力を正しく評価するためには、水没した橋桁の下面側に生じる空気溜まりに存在する空気の体積分の浮力の影響を加味する必要がある。

しかし、非特許文献１に示された橋桁模型は、主桁間の空間が主桁の両端側で側方に開放された構成となっている。そのため、この模型を水没させて配置した状態で行う非特許文献１に示された手法では、橋桁の水没時に橋桁の下面側に生じる空気溜まりの空気による浮力の影響は、正しく評価されていないというのが実状である。

したがって、橋桁のように、地上に直接接しておらず且つ水没時に空気溜まりが生じる凹部を下面側に備えた構造物については、水没時に前記凹部に生じる空気溜まりの空気の体積分の浮力を加味した状態で、該構造物に対し作用する鉛直波力を含む津波の波力を計測するための手法は、従来は提案されていないというのが実状である。

田中、外４名、「波形状に着目した桁への作用力評価」、第１６回性能に基づく橋梁等の耐震設計に関するシンポジウム講演論文集、土木学会、２０１３年７月、ｐ．２８１−ｐ．２８８ 山内、外２名、「橋桁に作用する津波波力評価及び波力低減手法に関する検討」、第６７回年次学術講演会、土木学会、２０１２年９月、ｐ．９４９−ｐ．９５０

そこで、本発明は、構造物模型を用いた水槽試験により、地上に接しておらず且つ水没時に空気溜まりが生じる凹部を下面側に備えた構造物について、水没時に前記凹部に生じる空気溜まりの空気の体積分の浮力を加味した状態で、該構造物に対して作用する津波の波力を計測することができる津波波力計測方法及び装置を提供しようとするものである。

本発明は、前記課題を解決するために、請求項１に対応して、地上に接しておらず且つ津波による水位上昇に伴って水没すると空気溜まりが生じる凹部を下面側に備えた構造物の構造物模型に、下面側に前記構造物の凹部に対応する凹部を設けた構造物模型を用い、試験水槽にて、前記構造物模型に対する相対的な水の流れを、津波を前記構造物模型の縮尺に応じてモデル化した波の流速に一致した流速で発生させ、この状態で、前記構造物模型を、前記水槽の水面に接する位置から、前記津波をモデル化した波の時系列変化する水位の値の反数に応じた位置制御量で、予め定めた水面下に没する或る深度まで下降させ、その後、前記所定深度に配置された構造物模型が、前記津波をモデル化した波の流速に一致した流速の相対的な水の流れの中で受ける荷重を計測し、その計測結果を基に、前記構造物に津波が作用するときに該構造物が受ける津波の波力を求めるようにする津波波力計測方法とする。

又、請求項２に対応して、前記請求項１に対応する構成において、前記試験水槽を曳航水槽とし、台車の走行速度の制御により、津波をモデル化した波の流速の相対的な水の流れを発生させるようにする。

更に、請求項３に対応して、前記請求項２に対応する構成において、前記曳航水槽における台車の走行速度の制御により、津波をモデル化した波の流速の相対的な水の流れを発生させた状態で、前記構造物模型を、前記水槽の水面に接する位置から、前記津波をモデル化した波の時系列変化する水位の値の反数に応じた位置制御量で、予め定めた水面下に没する深度まで下降させ、次に、構造物模型の下面側の凹部に生じた空気溜まりの空気が漏れない速度で、台車を走行開始側へ戻し、その後、前記台車の走行を再開させて、所定深度に配置された構造物模型に対する津波をモデル化した波の流速の相対的な水の流れを発生させた状態で、前記構造物模型が前記相対的な水の流れの中で受ける荷重を計測するようにする。

更に又、請求項４に対応して、前記請求項１から請求項３のいずれか一項に対応する構成において、構造物模型として、橋軸方向の両端部に端部閉塞板を備えた橋桁模型を用いるようにする。

又、請求項５に対応して、地上に接しておらず且つ津波による水位上昇に伴って水没すると空気溜まりが生じる凹部を下面側に備えた構造物の構造物模型に用いる、下面側に前記構造物の凹部に対応する凹部を設けた構造物模型と、前記構造物模型に対して相対的な水の流れを発生させるための試験水槽と、前記試験水槽内にて前記構造物模型を水面よりも上方位置から、水没する位置まで昇降させるための昇降駆動装置と、前記構造物模型に作用する荷重を計測するための荷重計測手段と、制御器を備え、前記制御器は、前記試験水槽にて発生させる前記構造物模型に対して相対的な水の流れの流速を、津波を前記構造物模型の縮尺に応じてモデル化した波の流速に一致した流速に制御する波速制御部と、前記昇降駆動装置に対し、前記構造物模型を、前記水面に接する位置から、前記津波をモデル化した波の時系列変化する水位の値の反数に応じた位置制御量で、予め定めた水面下に没する或る深度まで下降させるよう指令を与える相対水位制御部と、前記所定深度に配置された構造物模型が前記津波をモデル化した波の流速に一致した流速の相対的な水の流れの中で受ける荷重を、前記荷重計測手段により計測させる計測制御部を備える構成を有する津波波力計測装置とする。

本発明によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）本発明の津波波力計測方法では、構造物模型を水没させるときの相対的な水位の変化、及び、試験水槽内の水に対する相対速度を、実際の構造物が津波を受けて水没するときの津波の波形、及び、津波の流速に対応させることができる。そのため、水没させた構造物模型の下面側の凹部に形成される空気溜まりに残留する空気量は、実際の構造物が津波を受けて水没するときに下面側の凹部に形成される空気溜まりに残る空気量に対応させることができる。
（２）したがって、構造物模型としての橋桁模型を用いた水槽試験により、構造物が津波を受けるときの波力を、構造物が水没するときに下面側の凹部に生じる空気溜まりに存在する空気の体積分の浮力の影響を加味した状態で、計測することができる。
（３）本発明の津波波力計測装置では、前記（１）（２）と同様の効果を得ることができる。

本発明の津波波力計測方法及び装置の実施の一形態を示すもので、（ａ）は全体構成の概要図、（ｂ）は使用する構造物模型を拡大して示す下面側からの斜視図である。 図１の装置の制御器における昇降駆動装置の制御則の導出を説明するための図であり、（ａ）は橋桁模型に対応する実際の橋桁が設置された高さ位置と、津波の波形との関係を示す図、（ｂ）は制御器による橋桁模型の位置制御量を示す図である。 図１の装置を用いて津波波力の計測を行う状態を示すもので、（ａ）は操作開始時点の状態を示す一部切断概略側面図、（ｂ）は構造物模型を水没させて所定の深さ位置まで下降させる状態を示す一部切断概略側面図、（ｃ）は構造物模型を水面下の所定の深さ位置に配置した状態で、曳航水槽の台車の停止により構造物模型に対する相対的な水の流れを停止させた状態を示す一部切断概略側面図、（ｄ）は曳航水槽の台車の走行を再開して、構造物模型が受ける力を測定する状態を示す一部切断概略側面図である。 本発明の効果を説明するための図で、（ａ）は図１の装置により相対速度を有する水中への橋桁模型の下降を開始させる状態を示す一部切断概略側面図、（ｂ）は相対速度を有する水中に橋桁模型を水没させた状態を示す一部切断概略側面図、（ｃ）は比較として、静水中で橋桁模型を水没させた状態を示す一部切断概略側面図、（ｄ）は（ｃ）の行程の後、橋桁模型に対し相対速度を有する水の流れを発生させた状態を示す一部切断概略側面図である。 本発明の実施の他の形態を示す概要図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。

図１（ａ）（ｂ）乃至図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は本発明の津波波力計測方法及び装置の実施の一形態を示すものである。

ここで、先ず、本発明の津波波力計測方法の実施に用いる津波波力計測装置の構成について説明する。

本発明の津波波力計測装置は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、構造物模型に対し相対的な水の流れを発生させるための試験水槽として、たとえば、曳航水槽１を備える。

曳航水槽１は、一軸方向に延びる水槽本体２と、該水槽本体２の上部に長手方向に沿って配置されたレール等のガイド３と、ガイド３に沿って走行可能な台車４と、台車４の走行駆動装置５を備えた構成とされる。

台車４には、上下方向に延びる架台６が取り付けられている。架台６には、水槽本体２に貯留された水７の水面７ａの上方に張り出すように配置した昇降台８がある。昇降台８は、上下方向に延びる図示しないガイドを介して上下方向に移動可能に取り付けられている。更に、架台６と昇降台８との間には、昇降駆動装置としての上下方向に延びるボールねじ機構９が設けられている。

昇降台８の下方には、荷重計測手段としてのロードセル１０と、上下に延びる棒状の連結部材１１を介して、構造物模型が取り付けられている。

この構造物模型は、地上に接しておらず且つ津波による水位上昇に伴って水没すると空気溜まりが生じる凹部を下面側に備えた構造物の模型である。これには、たとえば、鈑桁橋の橋桁（上部構造）をモデル化した橋桁模型１２が用いられる。

橋桁模型１２は、図１（ｂ）に示す如く、橋軸方向に延びる矩形の平面形状を有する床版部材１３と、床版部材１３の下面に取り付けた橋軸方向に延びる複数本、たとえば、４本の主桁部材１４とにより、前記鈑桁橋の橋桁を模した構造体として形成されている。更に、この構造体の橋軸方向の両端部には、橋軸直角方向に延びる矩形板状の端部閉塞板１５が、床版部材１３と各主桁部材１４の一端部同士、及び、他端部同士をそれぞれ繋ぐように取り付けてある。なお、端部閉塞板１５は、前記鈑桁橋における横桁を模した部材としてもよい。これにより、橋桁模型１２は、その下面側における隣接する主桁部材１４と各端部閉塞板１５によって側方を囲まれた領域に、下方にのみ開放された３つの凹部１６ａ，１６ｂ，１６ｃを備えた構成としてある。

橋桁模型１２は、床版部材１３の上面の中央部に、連結部材１１の下端部が取り付けられている。

以上の構成としてある本発明の津波波力計測装置では、ボールねじ機構９を駆動モータ９ａにより作動させることにより、昇降台８は昇降動作を行う。これに伴って、橋桁模型１２は、水槽本体２の内側で昇降動作させられる。

なお、ボールねじ機構９は、橋桁模型１２を、水槽本体２に貯留された水７の水面７ａよりも上方に配置させた状態から、該橋桁模型１２全体が水面７ａ下の或る深さ位置に完全に水没するよう配置した状態までの間で昇降動作させるための昇降ストロークを有している。

又、ロードセル１０は、橋桁模型１２に作用する台車４の走行方向に沿う水平方向、すなわち、水槽本体２に貯留された水７に対して相対的に移動する方向と、鉛直方向の少なくとも２軸方向の荷重を計測できるようにしてあるものとする。

更に、本発明の津波波力計測装置は、制御器１７を備える。

制御器１７は、ボールねじ機構９の駆動モータ９ａに指令を与える相対水位制御部１７ａと、台車４の走行駆動装置５に指令を与える波速制御部１７ｂを備えているものとし、ロードセル１０に接続された計測制御部１７ｃを更に備えている。

ここで、図２（ａ）（ｂ）を用いて制御器１７における制御の内容について説明する。

先ず、図２（ａ）に示すように、橋桁模型１２に対応する実際の構造物である橋桁１８と、橋桁１８に作用する津波１９の波形について考える。

橋桁１８は、道路構造令により建築限界が定められており、たとえば、立体交差する道路橋（高架橋）の場合、桁下空間として４．５ｍの地上高が確保されている。

これに対し、津波１９の波形は、たとえば、津波先端部の段波状部分１９ａで２ｍ〜３ｍの急な水位の増加が生じ、その後は、水位が毎分１ｍ〜２ｍの上昇速度で上昇する部分１９ｂになるものとする。

この場合、津波１９の段波状部分１９ａは、橋桁１８の下方を通過するため、橋桁１８には、津波１９の水位が毎分１ｍ〜２ｍの上昇速度で上昇する部分１９ｂのみが作用するようになる。

そこで、先ず、図２（ａ）に示す如き津波１９の波形については、橋桁１８への作用が開始される点、すなわち、橋桁１８の下端の高さ位置と水位が同一となる点ｓを求め、この点ｓ以降の津波１９の波形について、点ｓでの水位を基準（Ｈ０）とする水位Ｈの時系列変化を求める。

次に、前記のようにして求められた橋桁１８に作用する津波１９の水位Ｈの時系列変化は、橋桁模型１２の実際の橋桁１８に対する縮尺に対応したフルードの相似則が得られるように寸法及び時間を縮小させる計算処理を行って、津波をモデル化した波について、図２（ｂ）に二点鎖線で示すように、橋桁模型１２に対応させた水位ｈの時系列変化を有する波形とさせる。

ところで、本発明の津波波力計測装置では、水槽本体２に貯留された水７の水位は一定である。よって、橋桁模型１２の位置を下降させれば、相対的な水位は上昇し、橋桁模型１２の位置を上昇させれば、相対的な水位は下降することになる。

そこで、制御器１７の相対水位制御部１７ａでは、図２（ｂ）に二点鎖線で示された水位ｈの値の反数として求められる値を、図２（ｂ）に実線で示す如き橋桁模型１２の位置制御量ｘの時系列変化として設定するようにしてある。なお、位置制御量ｘは、基準高さ位置（ｘ＝０）が、橋桁模型１２の下端が水槽本体２に貯留された水７の水面７ａに接する高さ位置であり、マイナスの値は前記基準高さ位置よりも下方を意味し、プラスの値は前記基準高さ位置よりも上方を意味している。

よって、相対水位制御部１７ａでは、時間の経過と共に、位置制御量ｘの時系列変化に関する指令を、ボールねじ機構９の駆動モータ９ａへ順次与えて、橋桁模型１２の高さ位置を制御する。これにより、橋桁模型１２に対する相対的な水位の時系列変化は、図２（ｂ）に二点鎖線で示した前記津波をモデル化した波の水位ｈの時系列変化に一致させられるようにしてある。

なお、前述したように、位置制御量ｘがゼロの状態では、橋桁模型１２の下端が水面７ａに接した状態である。そこで、相対水位制御部１７ａでは、後述する橋桁模型１２を水没させる操作を行う場合に、橋桁模型１２の移動を、水面７ａよりも上方に或る寸法離れた状態から開始させることができるようにする。そのために、位置制御量ｘについては、図２（ｂ）に一点鎖線で示すように、位置制御量ｘがゼロとなる時点ｔよりも以前に、位置制御量ｘをプラス側の或る値からゼロへと変化させる制御を行うようにしてある。なお、この時点ｔよりも以前の期間における位置制御量ｘの変化率（図２（ｂ）における傾き）は、時点ｔの直後の位置制御量ｘの変化率（傾き）に近似させるようにしておけばよい。

更に、制御器１７は、津波１９の速度（波速）について、橋桁模型１２の実際の橋桁１８に対する縮尺に対応したフルードの相似則が得られるようにするための計算処理を行って、津波１９をモデル化した波の速度ｖを求める。波速制御部１７ｂは、求められた速度ｖの値を、台車４の走行駆動装置５へ、指令として与えるようにしてある。これにより、台車４が速度ｖで走行させられると、台車４に架台６、昇降台８、ロードセル１０及び連結部材１１を介して支持されている橋桁模型１２は同じ速度ｖで移動する。よって、橋桁模型１２は、水槽本体２に貯留された水７に対して、前記津波をモデル化した波の速度ｖに一致した相対速度で移動させられるようにしてある。

制御器１７は、橋桁模型１２を、前述した相対水位制御部１７ａにより制御される位置制御量ｘと、波速制御部１７ｂにより制御される速度ｖで移動させて、予め設定してある水面７ａ下の或る深さ位置に完全に水没した状態に配置させる。計測制御部１７ｃは、この所定の深さ位置で橋桁模型１２を速度ｖで移動させる状態において、ロードセル１０による橋桁模型１２に作用する荷重の計測を開始させる機能を備えている。

以上の構成としてある本発明の津波波力計測装置を用いて津波波力の計測を行う場合は、橋桁模型１２を、ボールねじ機構９により、図３（ａ）に示すように、図２（ｂ）における位置制御量ｘの開始点に対応する水面７ａ上の所定の高さ位置に予め配置させる。

この状態で、制御器１７は、先ず、波速制御部１７ｂより、台車４の走行駆動装置５へ指令を与えて、台車４の速度ｖに一致した速度での走行を開始させる。

次いで、制御器１７は、相対水位制御部１７ａより、ボールねじ機構９の駆動モータ９ａへ、図２（ｂ）に示した橋桁模型１２の位置制御量ｘの指令を与えるようにする。

これにより、橋桁模型１２は、図２（ｂ）に示した所定の時点ｔで、図３（ｂ）に二点鎖線で示すように、速度ｖに一致した速度で相対移動する水面７ａに橋桁模型１２の下端を接触させる。

その後、橋桁模型１２は、相対水位制御部１７ａによる図２（ｂ）に示した如き位置制御量ｘの時系列変化に応じて位置を下降させる制御が連続的に行われる。これにより、橋桁模型１２は、次第に水面７ａに没入させられ、位置制御量ｘの絶対値が、橋桁模型１２の高さ寸法を越えると、図３（ｂ）に実線で示すように、水面７ａ下に完全に水没させられる。

相対水位制御部１７ａは、橋桁模型１２を完全に水没させた後、位置制御量ｘの値が予め設定してある或るマイナスの値に達すると、橋桁模型１２の下降を停止させる。これにより、橋桁模型１２は、その下端部が前記位置制御量ｘの値に対応する或る深度に達した位置に配置される。

又、波速制御部１７ｂは、橋桁模型１２の下端部が前記或る深度に配置されると、台車の走行を緩やかに停止させる。これにより、橋桁模型１２は、図３（ｃ）に示す如き配置で上下方向及び水平方向の移動が一旦停止される。

前記のように橋桁模型１２が水面７ａに接した時点から、水面７ａ下に水没させる過程では、橋桁模型１２には、水７が津波１９をモデル化した波の速度ｖで相対的に当たると同時に、津波１９をモデル化した波の水位ｈの時系列変化に一致した相対的な水位変化が生じるようになる。

したがって、この橋桁模型１２の水没過程は、実際の橋桁１８が津波１９を受けて水没する状況を模したものとすることができる。

更に、この橋桁模型１２の水没過程においては、橋桁模型１２の下端が水面７ａに接する時点で、橋桁模型１２の下面側の各凹部１６ａ，１６ｂ，１６ｃの下端側の開口部分が水面７ａによって閉塞される。そのため、各凹部１６ａ，１６ｂ，１６ｃには、空気が満たされる。この各凹部１６ａ，１６ｂ，１６ｃに満たされた空気には、橋桁模型１２の下降に伴って、橋桁模型１２の下端部の水深に比例した水圧が、下方より作用することになる。

本発明では、橋桁模型１２を水没させる工程を、橋桁模型１２を水７に対し速度ｖの相対速度で移動させながら行っている。そのため、各凹部１６ａ，１６ｂ，１６ｃの下方には、橋桁模型１２が水面７ａに接した直後から速度ｖの相対的な水の流れが生じる。

このため、本発明では、図４（ａ）に示すように、橋桁模型１２の下端部の水深ｄが小さくて、各凹部１６ａ，１６ｂ，１６ｃに満たされた空気に対して下方から作用する水圧Ｐ＝ρｇｄ（ρは水の密度、ｇは重力加速度）が小さい状態のうちから、各凹部１６ａ，１６ｂ，１６ｃの下方には、図４（ａ）に二点鎖線で示す如き速度ｖの水の相対的な流れが生じることになる。よって、各凹部１６ａ，１６ｂ，１６ｃ内の空気は、前記のように下方から作用する水圧Ｐ＝ρｇｄが小さい状態のうちから、下方で生じる速度ｖの水の相対的な流れによる圧力低下により、外部へ吸出しが行われるようになる。なお、図４（ａ）における右側の三角形は、深度に比例する水圧の大きさを模式的に示したものである（図４（ｂ）（ｃ）（ｄ）も同様）。

この橋桁模型１２の各凹部１６ａ，１６ｂ，１６ｃからの空気の吸出しは、橋桁模型１２が、図４（ｂ）に示すように、下端部が水深Ｄ（Ｄ＞ｄ）に配置されるまでの水没過程の間、連続して行われる。

したがって、橋桁模型１２が、図３（ｃ）に示したように、前記水没過程を経て或る深度に配置された状態では、各凹部１６ａ，１６ｂ，１６ｃ内に残留して空気溜まり２０を生じる空気の量は、実際の橋桁１８が津波１９を受けて水没するときに、橋桁１８の下面側の凹部に残留して空気溜まりを生じる空気の量を模したものとすることができる。

これにより、橋桁模型１２には、各凹部１６ａ，１６ｂ，１６ｃに生じた空気溜まり２０に存在する空気の体積分の浮力が作用するようになる。よって、この浮力は、実際の橋桁１８が津波１９を受けて水没するときに、橋桁１８の凹部に生じる空気溜まりに存在する空気の体積分の浮力を模したものとなる。

なお、ここで、図４（ｃ）に示すように、前記と同様の橋桁模型１２を、相対速度ゼロの静水中で単に水没させて、下端部が水深Ｄとなる位置に配置した場合を考える。この場合は、橋桁模型１２の下端部が水深Ｄに配置された時点で、各凹部１６ａ，１６ｂ，１６ｃには空気が満たされたままの状態となる。又、この状態で、各凹部１６ａ，１６ｂ，１６ｃに満たされた空気に対しては、下方から、その水深Ｄに比例して水面付近よりも大きくなった水圧Ｐ＝ρｇＤが下方から作用することになる。

したがって、この場合は、たとえ、その後、図４（ｄ）に示すように、橋桁模型１２を、速度ｖの相対速度で水中で移動させたとしても、各凹部１６ａ，１６ｂ，１６ｃ内の空気には、既に下方から前記大きな水圧Ｐ＝ρｇＤが作用しているために、空気が抜け難い。

このため、図４（ｃ）（ｄ）の手法では、橋桁模型１２の各凹部１６ａ，１６ｂ，１６ｃに残留して空気溜まりを生じる空気の量は、実際の橋桁１８が津波１９を受けて水没するときに、橋桁１８の下面側の凹部に残留して空気溜まりを生じる空気の量を模したものとすることができず、より多い空気量となる。したがって、図４（ｃ）（ｄ）の手法によって水没させた橋桁模型１２では、図４（ａ）（ｂ）に示した本発明の手法によって水没させた橋桁模型１２に比して、空気溜まりに存在する空気の体積分の浮力の影響が過大となってしまうために、この浮力の影響を正確に測ることができない。

図３（ｃ）のように、橋桁模型１２を所定の水深に配置した後、制御器１７は、波速制御部１７ｂより、台車４の走行駆動装置５へ指令を与えて、図３（ｄ）のように、台車４の速度ｖでの走行を再開させて、橋桁模型１２を速度ｖの相対速度で水中を移動させる。

この状態で、制御器１７の計測制御部１７ｃでは、ロードセル１０による橋桁模型１２が水中で受ける前記２軸方向の荷重の計測を開始させる。なお、ロードセル１０による橋桁模型１２が水中で受ける前記２軸方向の荷重の計測は、水没させた橋桁模型１２を速度ｖの相対速度で水中を移動させた状態のときに開始させることに代えて、ロードセル１０による荷重計測は終始継続して行っておき、その計測結果から、後で、橋桁模型１２を速度ｖの相対速度で水中を移動させる状態に対応する部分の計測結果を取り出して得るようにしてもよい。この場合、計測制御部１７ｃは、相対水位制御部１７ａと波速制御部１７ｂを備えた制御器１７とは別体としてもよい。

これにより、水没させた橋桁模型１２では、凹部１６ａ，１６ｂ，１６ｃに生じた空気溜まり２０の空気の体積分の浮力が加味された状態で、橋桁模型１２に作用する鉛直波力を含む荷重の計測が行われる。

したがって、その後は、ロードセル１０による橋桁模型１２に作用した荷重の計測結果を基に、橋桁模型１２の縮尺に応じた解析を行うことで、実際の橋桁１８に津波１９が作用するときに（図２（ａ）参照）、橋桁１８の下面側の凹部に生じる空気溜まりに存在する空気の体積分の浮力を加味した状態で、橋桁１８に作用する鉛直波力を含む津波の波力が算出される。

このように、本発明の津波波力計測方法及び装置によれば、構造物模型としての橋桁模型１２を用いた水槽試験により、地上に直接接しておらず且つ水没時に空気溜まりが生じる凹部を下面側に備えた構造物である橋桁１８が津波１９を受けるときの波力を、橋桁１８が水没するときに凹部に生じる空気溜まりに存在する空気の体積分の浮力の影響を加味した状態で、計測することができる。

更に、橋桁模型１２に対する相対的な水位の制御は、橋桁模型１２の昇降方向の移動量の制御により実施するようにしてあるため、高い制御性を得ることができる。又、橋桁模型１２の水７（水面７ａ）に対する相対的な速度は、台車４の走行速度の制御により実施するようにしてあるために、高い制御性を得ることができる。

したがって、本発明の津波波力計測方法及び装置では、橋桁模型１２を水没させるときの条件を、実際の橋桁１８が津波１９を受けて水没するときの津波１９の周期、水位変化、速度についての再現性の高いものとすることができる。

しかも、本発明の津波波力計測方法及び装置は、従来、船舶の模型を用いて航行時に生じる抵抗を計測するための試験装置として広く用いられている曳航水槽１を利用して、容易に実現することができる。

なお、前記実施の形態では、図３（ａ）（ｂ）による橋桁模型１２を水没させて所定の深度に配置する工程の後、図３（ｃ）に示すように、曳航水槽１における台車４の走行を一旦停止させるものとして説明したが、橋桁模型１２の水没工程の後、台車４の速度ｖでの走行を継続したまま、ロードセル１０による荷重の計測を開始するようにしてもよい。

又、本発明の津波波力計測方法は、応用例として、図３（ａ）（ｂ）に示した橋桁模型１２を水没させて所定の深度に配置させる工程の後、図３（ｃ）に示したと同様に台車４の走行を一旦緩やかに停止させる。更に、この状態で、台車４は、橋桁模型１２の凹部１６ａ，１６ｂ，１６ｃの空気溜まり２０の空気が漏れないような遅い速度で走行開始側へ戻す。その後、台車４は、速度ｖでの走行を再開させると共に、ロードセル１０による荷重の計測を開始させるようにしてもよい。この手法によれば、曳航水槽１の全長が短い場合であっても、本発明の津波波力計測方法を実施することが可能になる。

更に、本発明の津波波力計測方法の別の応用例として、構造物模型が、台車４の走行に伴う水７との相対移動方向に前後対称な形状を備え、且つ水没時に空気溜まりが形成される凹部が、前記水７との相対移動方向に一つのみ有する構成である場合は、図３（ａ）（ｂ）に示した橋桁模型１２を水没させて所定の深度に配置させる工程の後、図３（ｃ）に示したと同様に台車４の走行を一旦停止させ、その後、台車４を逆方向に速度ｖで走行させながら、ロードセル１０による荷重の計測を開始させるようにしてもよい。

次に、図５は本発明の実施の他の形態を示すもので、図１（ａ）（ｂ）乃至図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）の実施の形態と同様の構成において、構造物模型に対し相対的な水の流れを発生させるための試験水槽として、曳航水槽１を用いる構成に代えて、回流水槽２１を用いる構成としたものである。

回流水槽２１は、水路形状の水槽本体２２の両端部に、水７を循環させるためのポンプ２４付きの循環流路２３を接続した構成としてある。

水槽本体２２の上側には、図１に示した架台６と同様の架台６が支持部材２５を介して取り付けてある。この架台６には、図１に示したものと同様に、ボールねじ機構９により昇降させる昇降台８が取り付けられている。昇降台８の下側には、ロードセル１０と連結部材１１を介して、構造物模型としての橋桁模型１２が取り付けられている。

更に、本実施の形態における橋桁模型１２に対する相対的な水の流れは、ポンプ２４の運転により水槽本体２２に水７を循環流通させることにより生じる。

この点に鑑みて、本実施の形態では、制御器１７の波速制御部１７ｂは、図１（ａ）（ｂ）乃至図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）の実施の形態と同様の処理により求めた津波１９をモデル化した波の速度ｖの値を、回流水槽２１のポンプ２４へ、指令として与えるようにしてある。これにより、ポンプ２４の運転の制御により、水槽本体２２に、橋桁模型１２に対して速度ｖに一致した相対速度で移動する水７の流れを発生させることができるようにしてある。

その他の構成は図１（ａ）（ｂ）乃至図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示したものと同様であり、同一のものには同一の符号が付してある。

以上の構成としてある本実施の形態の津波波力計測装置を用いる場合は、先ず、橋桁模型１２を水槽本体２２における水面よりも上方に配置させた状態で、ポンプ２４の運転により、水槽本体２２に、所定の流速の水７の流れ（定常流）を形成させる。

その後は、図１（ａ）（ｂ）乃至図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）の実施の形態と同様に、制御器１７の相対水位制御部１７ａより、ボールねじ機構９の駆動モータ９ａへ橋桁模型１２の位置制御量ｘの指令を与えるようにする。

これにより、本実施の形態によっても、図１（ａ）（ｂ）乃至図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）の実施の形態と同様に、橋桁模型１２の下面側の凹部１６ａ，１６ｂ，１６ｃに、実際の橋桁１８に津波１９が作用するときに橋桁１８の下面側の凹部に生じる空気溜まりを模した空気溜まり２０（図３（ｃ）（ｄ）参照）を、生じさせることができる。

したがって、水没させて所定の水深に配置させた後は、ロードセル１０による橋桁模型１２に作用する荷重の計測を開始させることで、図１（ａ）（ｂ）乃至図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示した実施の形態と同様の効果を得ることができる。

しかも、本実施の形態の津波波力計測方法及び装置は、従来、船舶の模型を用いて航行時に生じる抵抗を計測するための試験装置として広く用いられている回流水槽２１を利用して容易に実現することができる。

なお、本発明は、前記実施の形態にのみ限定されるものではなく、橋桁模型１２は、所定の昇降ストロークで昇降動作させることができるようにしてあれば、架台６、昇降台８、ロードセル１０及び連結部材１１のサイズや形状は自在に変更してよく、又、昇降駆動装置は、ボールねじ機構９以外の任意の形式の昇降駆動装置を採用してもよい。

前記各実施の形態では、実際の橋桁１８が津波１９を受けて水没した状態で橋桁１８に作用する最大の荷重を計測するために、橋桁模型１２を水没させて水中の或る深度に配置した後、ロードセル１０による橋桁模型１２に作用する荷重の計測を開始させるようにしてあるが、実際の橋桁１８が津波１９を受けて水没する過渡状態で橋桁１８が受ける荷重を計測することが必要とされる場合は、橋桁模型１２を水没させる工程中に、ロードセル１０による橋桁模型１２に作用する荷重の計測を行わせるようにしてもよい。

本発明の津波波力計測方法及び装置は、橋桁模型１２への適用に限定されるものではなく、地上に接しておらず且つ津波による水位上昇に伴って水没すると空気溜まりが生じる凹部を下面側に備えた構造物であって、津波の影響の評価が望まれる構造物であれば、その構造物模型を用いた試験に適用してよい。更に、本発明の津波波力計測方法及び装置は、陸上の構造物のみではなく、海上に杭で支持された状態で設置される滑走路や、アンカーにより上下動が制限される半潜水式プラットフォームや、その他の海上の構造物に作用する津波波力の計測に適用してもよい。

橋桁模型１２や構造物模型に作用する荷重を計測することができれば、荷重計測手段は、ロードセル１０以外の任意の形式の荷重計測手段を採用するようにしてもよい。又、荷重計測手段の形式に応じて設置個所は適宜変更してもよい。

本発明の津波波力計測装置は、所定の深度に水没させて配置された構造物模型が津波をモデル化した波の流速に一致した流速の相対的な水の流れの中に配置された状態のときに受ける荷重を、前記荷重計測手段により計測させる処理を自動で行う計測制御部１７ｃを備える構成とすることが望ましいが、前記荷重計測手段による荷重計測は終始継続して行っておき、その計測結果から、水没させた構造物模型が前記所定流速の相対的な水の流れの中に配置された状態に対応する部分の計測結果を手動で選定して取り出す場合は、計測制御部１７ｃを省略した構成としてもよい。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 曳航水槽（試験水槽）、４ 台車、７ 水、７ａ 水面、９ ボールねじ機構（昇降駆動装置）、１０ ロードセル（荷重計測手段）、１２ 橋桁模型（構造物模型）、１５ 端部閉塞板、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ 凹部、１７ 制御器、１７ａ 相対水位制御部、１７ｂ 波速制御部、１７ｃ 計測制御部、１８ 橋桁（構造物）、１９ 津波、２０ 空気溜まり、２１ 回流水槽（試験水槽）

Claims (5)

1. 地上に接しておらず且つ津波による水位上昇に伴って水没すると空気溜まりが生じる凹部を下面側に備えた構造物の構造物模型に、下面側に前記構造物の凹部に対応する凹部を設けた構造物模型を用い、
   試験水槽にて、前記構造物模型に対する相対的な水の流れを、津波を前記構造物模型の縮尺に応じてモデル化した波の流速に一致した流速で発生させ、
   この状態で、前記構造物模型を、前記水槽の水面に接する位置から、前記津波をモデル化した波の時系列変化する水位の値の反数に応じた位置制御量で、予め定めた水面下に没する或る深度まで下降させ、
   その後、前記所定深度に配置された構造物模型が、前記津波をモデル化した波の流速に一致した流速の相対的な水の流れの中で受ける荷重を計測し、
   その計測結果を基に、前記構造物に津波が作用するときに該構造物が受ける津波の波力を求めるようにすること
   を特徴とする津波波力計測方法。
2. 前記試験水槽を曳航水槽とし、
   台車の走行速度の制御により、津波をモデル化した波の流速の相対的な水の流れを発生させるようにする
   請求項１記載の津波波力計測方法。
3. 前記曳航水槽における台車の走行速度の制御により、津波をモデル化した波の流速の相対的な水の流れを発生させた状態で、前記構造物模型を、前記水槽の水面に接する位置から、前記津波をモデル化した波の時系列変化する水位の値の反数に応じた位置制御量で、予め定めた水面下に没する深度まで下降させ、
   次に、構造物模型の下面側の凹部に生じた空気溜まりの空気が漏れない速度で、台車を走行開始側へ戻し、
   その後、前記台車の走行を再開させて、所定深度に配置された構造物模型に対する津波をモデル化した波の流速の相対的な水の流れを発生させた状態で、前記構造物模型が前記相対的な水の流れの中で受ける荷重を計測するようにする
   請求項２記載の津波波力計測方法。
4. 構造物模型として、橋軸方向の両端部に端部閉塞板を備えた橋桁模型を用いるようにする
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の津波波力計測方法。
5. 地上に接しておらず且つ津波による水位上昇に伴って水没すると空気溜まりが生じる凹部を下面側に備えた構造物の構造物模型に用いる、下面側に前記構造物の凹部に対応する凹部を設けた構造物模型と、
   前記構造物模型に対して相対的な水の流れを発生させるための試験水槽と、
   前記試験水槽内にて前記構造物模型を水面よりも上方位置から、水没する位置まで昇降させるための昇降駆動装置と、
   前記構造物模型に作用する荷重を計測するための荷重計測手段と、
   制御器を備え、
   前記制御器は、前記試験水槽にて発生させる前記構造物模型に対して相対的な水の流れの流速を、津波を前記構造物模型の縮尺に応じてモデル化した波の流速に一致した流速に制御する波速制御部と、
   前記昇降駆動装置に対し、前記構造物模型を、前記水面に接する位置から、前記津波をモデル化した波の時系列変化する水位の値の反数に応じた位置制御量で、予め定めた水面下に没する或る深度まで下降させるよう指令を与える相対水位制御部と、
   前記所定深度に配置された構造物模型が前記津波をモデル化した波の流速に一致した流速の相対的な水の流れの中で受ける荷重を、前記荷重計測手段により計測させる計測制御部を備える構成としたこと
   を特徴とする津波波力計測装置。

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