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J-GLOBAL ID：201902223731643153   整理番号：19A2737513

振動する平板屋根の非定常風力および流れ場に関する研究

STUDY ON UNSTEADY WIND FORCE AND FLOW FIELD AROUND AN OSCILLATING FLAT-PLATE ROOF

著者 (2件)： 中村良平 (大成建設(株)技術センター) ,  谷口徹郎 (大阪市立大学大学院工学研究科)
資料名： 日本建築学会構造系論文集  (Journal of Structural and Construction Engineering (Transactions of AIJ))
巻： 84  号： 763  ページ： 1153-1163(J-STAGE)  発行年： 2019年 
JST資料番号： F0393B  ISSN： 1340-4202  資料種別： 逐次刊行物 (A)
記事区分： 原著論文  発行国： 日本 (JPN)  言語： 日本語 (JA)

抄録/ポイント： 平板屋根は,強風の間,上下に振動すると予想される。構造物が振動しているとき,それに作用する非定常風力は,変位と流れの間の相互作用によって影響を受ける。渦励振などの空力不安定性は,構造物の形状と動特性に依存して生じる。これまで,大きい片持ち屋根に作用するこれらの非定常風力と風誘起振動の特性を,二次元の強制振動試験と空力振動試験を用いて調査してきた。最近,コンピュータ性能の向上に伴い,計算流体力学(CFD)を用いて三次元構造物周りの流れの過渡シミュレーションを行うことが可能になった。CFDは,従来の風洞実験では調査が困難な三次元風圧と流速場の同時かつ詳細な調査が可能である。それは特に,振動構造と流れの間の相互作用によって引き起こされる非定常風力への応用に適している。しかし,三次元CFDによってシミュレートされた振動する構造物に対する表面圧力の計算精度はほとんど調べられていない。本研究の目的は,CFDを用いて,振動している平板屋根周りの非定常風力と流れ場との関係を詳細に調べることである。最初に,風洞において三次元強制振動試験を行った。結果から,屋根の無次元振動数が比較的低いとき,屋根に負の減衰力が存在することを確認した。さらに,屋根に対する非定常風力は,断面に依存して変化した。次に,振動屋根の周りの流れをシミュレートするための重合格子によるCFDの有効性を,数値結果を風洞試験のものと比べることによって検証した。依存領域のメッシュ範囲およびマスター領域と依存領域の間の境界におけるメッシュ分解能が適切に設定されるならば,CFDは風洞結果を近似できることが分かった。最後に,CFDによって詳細に得られた同時風圧と流速場に複素固有直交分解(CPOD)を適用することによって,変動風圧力場と振動屋根周りの三次元風速場のコヒーレント構造を抽出した。CPODは,多変量データにおける任意のコヒーレント構造を抽出し,関連する様々な現象の特性について議論するための有効な技術である。この解析は,屋根の無次元振動数が比較的高いとき,屋根の風上縁からの二次元渦の剥離によって非定常風力の調和成分が発生することを示した。一方,屋根の無次元振動数が比較的低いとき,屋根振動と三次元渦の脱離が調和し負の減衰力が生じた。(翻訳著者抄録)

シソーラス用語： 座席 ,  *屋根 ,  片持板 ,  渦励振 ,  *自励振動 ,  風力 ,  流れ場 ,  計算流体力学 ,  物体の周りの流れ ,  振動試験 ,  格子 ,  流れ構造 ,  *耐風設計 ,  直交関数展開
準シソーラス用語： POD【関数】 ,  コヒーレント構造 ,  観客席 ,  *空力不安定振動 ,  重合格子 ,  非定常流れ場

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分類 (2件)： 建築物の耐震,免震,制震,防振  (RB01035P) ,  屋根  (RB03030W)

引用文献 (16件)：

• 1) Ohkuma, T. and Marukawa, H. : Mechanism of Aeroelastically Unstable Vibration of Large Span Roof, Journal of Wind Engineering, No. 42, pp. 35-42, 1990.1 (in Japanese) 大熊武司, 丸川比佐夫 : 大スパン屋根の空力不安定振動の発生機構について, 日本風工学会誌, 第42号, pp. 35-42, 1990.1
• 2) Yoshie, R., Kawai, H., Shimura, M. and Wei, R. : Wind-induced Response of a Large Cantilevered Roof, 14th National Symposium on Wind Engineering, pp. 539-544, 1996.12 (in Japanese) 義江龍一郎, 河井宏允, 志村正幸, 魏然 : 大スパン片持ち屋根の風応答に関する研究, 第14回風工学シンポジウム論文集, pp. 539-544, 1996.12
• 3) Yoshie, R., Kawai, H., Shimura, M. and Wei, R. : Measurement of Unsteady Wind Force Over a large Cantilevered Roofs (Part 2) The Characteristics of Vibration-Induced Wind Forces, Summaries of Technical Papers of Annual Meeting, Architectural Institute of Japan, Structure-1, pp. 243-244, 1997.9 (in Japanese) 義江龍一郎, 河井宏允, 志村正幸, 魏然 : 大スパン片持ち屋根に作用する非定常風圧力(その2)屋根に作用する振動依存風力の特性, 日本建築学会大会学術講演梗概集 B-1, pp. 243-244, 1997.9
• 4) Nakamura, R. and Taniguchi, T. : Study on Correlation between Pressure and Velocity Fields over a Flat Plate Roof, 25th National Symposium on Wind Engineering, pp. 235-240, 2018.12 (in Japanese) 中村良平, 谷口徹郎 : 平板屋根上の圧力場と流速場の相関性に関する検討, 第25回風工学シンポジウム論文集, pp. 235-240, 2018.12
• 5) Taniguchi, T. and Taniike, Y. : Study on Complex POD Analysis for the Estimation of Coherent Structures, Journal of Wind Engineering, JAWE, vol. 31, No. 4(No. 109), pp. 123-130, 2006.10 (in Japanese) 谷口徹郎, 谷池義人 : 変動場の組織的な構造を評価するための複素POD解析に関する研究, 日本風工学会論文集, 第31巻, 第4号(通号第109号), pp. 123-130, 2006.10

タイトルに関連する用語 (5件)： 屋根 ,  非定常 ,  風力 ,  流れ場 ,  研究