塔状構造物に生じる高風速渦励振の発生機構の解明

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円柱を片持ち支持した模型(展望用タワーや橋梁主塔などの塔状構造物の単純なモデルと考えられる)において、2次元円柱において予想される渦励振発言風速において発生する通常の渦励振とは別に、その3倍程度の高風速域において渦励振のような限定振幅振動が発現する。この現象を本研究では「高風速渦励振」と呼ぶが、その発現メカニズムを解明することを目的に実験的研究を行なった。高風速渦励振は、塔状構造物上端周りの流れによって生じる変動空気力が原因となって起こると考えられる。そこで予備的検討として、上端部に円柱直径よりも1.7倍大きな直径をもつ円盤を取り付けた模型についてその応答を測定したところ、高風速渦励振は発現しなかった。上端周りの流れが変化したことがその理由と考えられる。また、円柱模型の上端周りの流れの可視化を行なったところ、大きな3次元的な渦が発生していることが確認された。大きな渦はより低周波数の空気力を作用させることから、この渦が高風速渦励振の原因となっている可能性が高い。研究計画では、圧力模型を用いて作用する空気力と模型後流の風速変動の関係を明らかにする予定であったが、圧力模型は寸法を大きくする必要があるので、まずそれに対応する直径50mm、高さ1250mmの1自由度振動模型を製作し、こうした大きな模型においても高風速渦励振が発現することを確認した。また、後流の風速変動の詳細な計測も行なっており、現在はデータの解析を行なっている。圧力模型を用いた実験はまだ行なえていないが、本研究により実現の見込みがついたので、今後実施し、現象の詳細な発生メカニズムを検討していく予定である。