角柱の流体力と周辺流れの三次元性に関する数値流体解析および水槽実験

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橋桁の空力弾性振動の抑制は構造力学的な対策と流体力学的な対策が考えられるが,流体力学の他の分野を見れば最近の競泳用水着のように表面の微細な形状変化によって,流体抵抗を低減している例などがあり,橋梁の空気力についても流体力学的に検討する余地があると考えられる。橋梁桁断面を簡略化した形状として扁平な角柱を対象として,その表面上に棒状あるいは壁状の突起を設けることによって,剥離流れの三次元的な挙動を作り出し,剥離流れの形成に変化を与え,非定常流体力を低減しようとするものである。本研究では,ある吊橋の補剛桁から構造的に必要な部分だけを取り出したB/D=6.67の長方形断面柱を基本断面として,桁周辺の剥離流の三次元挙動を汎用流体解析ソフトによる数値シミュレーションと水槽実験による流れの可視化実験結果から検討した。数値シミュレーション結果から長方形断面柱周辺,特に桁上面の剥離流の三次元性に着目すると,棒状の突起を設けた場合は基本断面とほぼ同じ流れ場を形成するが,スパン方向の半分の区間に壁高欄を設置することによって,剥離流の三次元性が強くなるとともに桁の上下面に作用する圧力の変動振幅が低減できることを確認した。さらに水槽実験の水素気泡法による流れの可視化から,数値シミュレーション結果と同様に,長方形断面柱に壁高欄を間欠設置することによって剥離流に強い三次元的な挙動が起こることを確認した。