風で揺れる橋を“空力学”で守る
Menu
風で揺れる橋を“空力学”で守る
風で落橋した事故をご存じでしょうか。アメリカ合衆国シアトルのタコマナローズ橋は、1940年に風による振動で崩壊するという痛ましい事故に見舞われました。日本の道路橋示方書では、風速40m/sを想定した設計を行っていますが、タコマナローズ橋はそれより低風速で落橋したといわれています。
私たちは有明海沿岸道路において、福岡県大牟田市内を流れる大牟田川の渡河部で国内最大級の中央支間150mを有する桁形式の混合橋(5径間連続鋼・コンクリート混合箱桁)として暫定供用された「大牟田連続高架橋」のⅡ期線橋梁の設計を実施しました。
本橋は、橋梁中央部に鋼床版箱桁形式が採用されていること、また最大支間が150mであることから、風で揺れやすい構造特性を有していました。そのため、暫定供用にあたっては制振対策が施されていました。しかし、同形状・同構造の橋が並列する将来の完成時には、渦励振(うずれいしん)現象(特定の風速域で発生する規則的な鉛直わたみ振動)や、ギャロッピング現象(一度発生すると急激に振幅が大きくなる発散的な振動)の発生が懸念されました。
特に、施工済みのⅠ期線橋梁が振動する可能性があったため、Ⅱ期線橋梁の設計においては、Ⅰ期線橋梁も含めた将来完成時の耐風安定性を確保することが、大きな課題でした。
橋に発生する渦のイメージ
施工済みのI期線橋梁
I期線に設置された抑流板
本プロジェクトでは、Ⅱ期線橋梁の架設によって発生しうる振動現象への対策(耐風対策)を立案するため、実橋の振動特性検討と橋梁の耐風安定性検討、橋梁の制振対策検討、という3つの検討を行いました。
1.実橋の振動特性検討
橋梁の耐風安定性を把握する上で、その振動特性の把握は非常に重要ですが、本橋のような混合橋の振動特性は参考となるデータがありませんでした。そのため、供用中の自動車専用道路を1夜間全面通行止めにし、Ⅰ期線橋梁を起振機で強制的に振動させる実橋振動試験を実施しました。試験で得られた実橋の風への抵抗性は、机上計算値より大きいことがわかりました。
2.橋梁の耐風安定性検討
実橋の振動特性検討の結果を踏まえ、将来完成時における橋梁の耐風安定性を検討しました。方法として、1/900スケールの模型を用いた簡易風洞試験を実施しました。その結果、将来完成時に無対策のままでは、振動の問題は解決されないことがわかりました。
3.橋梁の制振対策検討
この問題を解決するため、現況の耐風対策(抑流板の設置)を基本に、その高さや角度・枚数を変えた複数ケースで模型試験を実施し、最も有効な対策案を特定しました。
以上のように、本業務では実橋の振動試験や模型を用いた耐風対策の検討試験を実施し、橋の将来完成時においても安全な構造となるよう、設計・計画を実施しました。
実橋振動試験状況(起振機の据え付け状況)
実橋振動試験に使用した起振機
制振対策の検討(煙を用いた流れの可視化試験)
プロジェクト詳細