(57)【要約】【課題】  橋梁等の大型構造物の耐風安定性試験において時間およびコストのかからない二次元風洞を提供する。【解決手段】  撮影用窓側が大面積とされ撮影用窓の法線方向における厚さが狭小とされた偏平形状の測定流路を有し、測定流路中に模型を配置した状態でトレーサを流して模型２０周りの流れの可視化を行う二次元風洞において、撮影用窓を略水平に配置した状態で、模型２０を略鉛直方向に立てて下方から片持ち支持するとともに、模型２０に生じる変位および／または力を測定する流体力測定装置２４，２５が設けられていることを特徴とする。【選択図】  図３
2006126015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影面側が大面積とされ該撮影面の法線方向における厚さが狭小とされた偏平形状の測定流路を有し、該測定流路中に模型を配置した状態でトレーサを流して該模型周りの流れの可視化を行う二次元風洞において、
前記撮影面を略水平に配置した状態で、前記模型を略鉛直方向に立てて支持するとともに、該模型に生じる変位および／または力を測定する流体力測定装置が設けられていることを特徴とする二次元風洞。
【請求項２】
前記模型は、橋梁の橋軸方向に直交する断面で切断された部分模型とされ、前記橋軸方向と前記法線方向とを一致させた状態で配置され、大きさは長手方向に約10〜20cmであることを特徴とする請求項１記載の二次元風洞。
【請求項３】
前記撮影面から可視化画像を撮影する撮影装置と、
前記流体力測定装置で得られた測定結果から各流体力を計算するコンピュータと、
前記撮影装置から出力された可視化画像を表示するとともに、前記コンピュータからの出力結果をグラフ表示する表示装置と、
を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の二次元風洞。
【請求項４】
撮影面側が大面積とされ該撮影面の法線方向における厚さが狭小とされた偏平形状の測定流路を有し、該測定流路中に模型を配置した状態でトレーサを流して該模型周りの流れの可視化を行う二次元風洞を用いた耐風安定性評価方法において、
前記撮影面を略水平に配置した状態で前記模型を略鉛直方向に立てて設置し、
該模型に生じる変位および／または力を測定することを特徴とする耐風安定性評価方法。
【請求項５】
前記模型は、橋梁の橋軸方向に直交する断面で切断された部分模型とされ、前記橋軸方向と前記法線方向とを一致させた状態で配置され、大きさは長手方向に約10〜20cmであることを特徴とする請求項４記載の耐風安定性評価方法。
【請求項６】
請求項５記載の耐風安定性評価方法によって決定された前記部分模型の断面形状に基づいて製作された、該部分模型よりも大きな大型部分模型を用いて、前記二次元風洞よりも大きな測定流路を有する大型風洞によって評価を行うことを特徴とする耐風安定性評価方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載の耐風安定性評価方法によって決定された前記部分模型の断面形状に基づいて製作された全径間模型を用いて、大型風洞によって評価を行うことを特徴とする耐風安定性評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に橋梁の耐風安定性評価に用いて好適な、二次元風洞および耐風安定性評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、橋梁、煙突等の大型構造物を設計・施工する際、耐風安定性を検討するために、大型構造物の縮尺模型を用いた風洞試験が行われている。
例えば橋梁の場合、先ず、事前検討として、橋梁の橋軸方向に直交する断面の概略形状を、ＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics；数値流体力学）や過去に蓄積されたデータベースを用いて決定する。この概略断面の決定の際に、流路中に配置された部分模型周りの流れを煙によって可視化した煙吹流し風洞（二次元風洞）を用いて検討することも多用される。
次に、現状確認試験として、概略決定された断面形状に基づいて、大型部分模型（大きさは長手方向に１〜３ｍ程度）を作成し、大型風洞によって大型部分模型に加わる力や変位といった流体力ないし挙動を計測する（特許文献１参照）。そして、制振対策試験として、同様の大型風洞を用いて、断面形状の改良や弾性・減衰要素の設置の検討を行う。
その後、詳細試験として、改良後の断面形状に基づいて、実橋の全長を模した全径間模型を作成し、大型風洞によって橋梁の耐風安定性の最終確認を行う。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２０３６８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、このような従来の橋梁等の大型構造物の耐風安定性評価としては、以下のような問題がある。
まず、事前検討→現状確認試験→制振対策試験→詳細試験を経て初めて橋梁の最終断面が決定されることになっており、非常に手間とコストがかかるものとなっていた。特に、現状確認試験および制振対策試験において用いられる部分模型試験では、長手方向に１〜３ｍ程度の大きさを有する大型部分模型を製作する必要があり、模型製作の費用とコストがかかっていた。さらに、異なる断面を有する大型部分模型を試験するために他の大型部分模型に取り換える場合、その大きさのため、多くの時間を要していた。したがって、事前検討における概略断面の決定が的確に行われなかった場合、複数回の大型風洞試験が必要となり、さらにコスト増大を招いていた。
このことは詳細試験についても同様であり、詳細試験に用いられる全径間模型を製作するのに多くの時間とコストがかかっており、異なる全径間模型を用いた繰り返し試験による時間およびコストの増大は計り知れない。
【０００５】
一方、最近では、日本国内において大型橋梁の計画が少なくなってきており、中小規模の橋梁の計画が主たるものとなってきた。中小規模の橋梁では大型橋梁のような予算は期待できず、したがって、耐風安定性試験に要するコストの削減が求められている。もちろん、大型橋梁の場合であっても、耐風安定性試験のコスト削減は当然のことながら求められている。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、橋梁等の大型構造物の耐風安定性試験において時間およびコストのかからない二次元風洞および耐風安定性評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の二次元風洞および耐風安定性評価方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる二次元風洞は、撮影面側が大面積とされ該撮影面の法線方向における厚さが狭小とされた偏平形状の測定流路を有し、該測定流路中に模型を配置した状態でトレーサを流して該模型周りの流れの可視化を行う二次元風洞において、前記撮影面を略水平に配置した状態で、前記模型を略鉛直方向に立てて支持するとともに、該模型に生じる変位および／または力を測定する流体力測定装置が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
煙等のトレーサを流して二次元流れを可視化する二次元風洞としては、専ら、大面積とされる撮影面が鉛直方向に立設するように設けられた縦置きが用いられていた。これは、人間の視線に対して撮影面が対向するように配置されていることから、撮影のためにも便宜であると考えられてきたからである。可視化のみを目的とする場合には縦置きとすることに全く不都合はない。しかし、縦置きでは、模型は撮影面に対向して立設された側壁に端部が固定された片持ち支持となっており、模型の自重によって撓みが生じ、模型に生じる変位や力を測定しようとする場合には不都合であった。
本発明では、撮影面を略水平にした状態として測定流路を横置きとした。そして、模型を略鉛直方向に立てて設置することとしたので、模型の自重がキャンセルされて、精度の高い流体力測定が可能となる。これにより、同じ風洞を用いて可視化だけでなく、模型に生じる変位や力すなわち流体力の測定ができるので、模型の評価を種々の角度から簡便に行うことができる。
流体力測定装置としては、三分力（抗力，揚力，モーメント）測定のための三分力計、変位を計測するためのバネ支持装置等が挙げられる。
なお、模型を略鉛直方向に立てて支持する方法としては、模型を下方から片持ち支持する方法、上方から吊り下げて支持する方法、上端および下端を支持する方法などがある。
【０００９】
また、本発明の二次元風洞によれば、前記模型は、橋梁の橋軸方向に直交する断面で切断された部分模型とされ、前記橋軸方向と前記法線方向とを一致させた状態で配置され、大きさは長手方向に約10〜20cmであることを特徴とする。
【００１０】
模型は、大きさは長手方向に10〜20cm程度の小型とされた橋梁の部分模型とされているので、異なる断面形状を有する部分模型への交換が容易となり、多数の断面形状の評価を簡便に行うことができる。また、模型が小型なので、製作が容易にかつ廉価にできる。
なお、測定流路の寸法は、例えば、幅１ｍ×厚さ１０ｃｍ程度とされる。
【００１１】
また、本発明の二次元風洞は、前記撮影面から可視化画像を撮影する撮影装置と、前記流体力測定装置で得られた測定結果から各流体力を計算するコンピュータと、前記撮影装置から出力された可視化画像を表示するとともに、前記コンピュータからの出力結果をグラフ表示する表示装置と、を備えていることを特徴とする。
【００１２】
表示装置に可視化画像が表示され、かつ流体力に基づく計算結果がグラフ表示されるので、視覚的に流れの影響を評価することができる。
【００１３】
また、本発明の耐風安定性評価方法は、撮影面側が大面積とされ該撮影面の法線方向における厚さが狭小とされた偏平形状の測定流路を有し、該測定流路中に模型を配置した状態でトレーサを流して該模型周りの流れの可視化を行う二次元風洞を用いた耐風安定性評価方法において、前記撮影面を略水平に配置した状態で前記模型を略鉛直方向に立てて設置し、該模型に生じる変位および／または力を測定することを特徴とする。
【００１４】
撮影面を略水平にした状態として測定流路を横置きとした。そして、模型を略鉛直方向に立てて設置することとしたので、模型の自重がキャンセルされて、精度の高い流体力測定が可能となる。これにより、同じ風洞で可視化だけでなく、模型に生じる変位や力すなわち流体力の測定ができるので、模型の評価を種々の角度から簡便に行うことができる。
また、可視化および流体力を同時に評価できるので、時間をかけずに多数の模型の耐風安定性評価を行うことができる。
【００１５】
また、本発明の耐風安定性評価方法によれば、前記模型は、橋梁の橋軸方向に直交する断面で切断された部分模型とされ、前記橋軸方向と前記法線方向とを一致させた状態で配置され、大きさは長手方向に約10〜20cmであることを特徴とする。
【００１６】
模型は、大きさは長手方向に10〜20cm程度の小型とされた橋梁の部分模型とされているので、異なる断面形状を有する部分模型への交換が容易となり、多数の断面形状の評価を簡便に行うことができる。また、模型が小型なので、製作が容易にかつ廉価にできる。
【００１７】
また、本発明の耐風安定性評価方法は、上記耐風安定性評価方法によって決定された前記部分模型の断面形状に基づいて製作された、該部分模型よりも大きな大型部分模型を用いて、前記二次元風洞よりも大きな測定流路を有する大型風洞によって評価を行うことを特徴とする。
【００１８】
本発明の二次元風洞を用いて橋梁断面の概略形状を絞り込んだ後に、より大きな測定流路を有する大型風洞によって評価を行うこととしたので、比較的コスト及び時間がかかる大型風洞による試験の数を可及的に減らすことができる。大型風洞の試験回数を節約できるだけでなく、高価で製作時間が長時間に及ぶ大型部分模型の製作を減らすこともできる。
また、大型風洞では模型を大きくすることができ、より断面を正確に再現できる上、模型に対してより相対的に小さな振幅や変位を計測できるので、より精度よく橋梁断面空力特性を評価できる。
大型部分模型は、長手方向に１〜３ｍ程度の大きさを有する。測定流路の寸法は、例えば、３ｍ×１０ｍ程度とされる。
【００１９】
また、本発明の耐風安定性評価方法は、上記耐風安定性評価方法によって決定された前記部分模型の断面形状に基づいて製作された全径間模型を用いて、大型風洞によって評価を行うことを特徴とする。
【００２０】
本発明の二次元風洞を用いて橋梁断面の概略形状を絞り込んだ後に、または、さらに大型風洞によって橋梁断面の概略形状を絞り込んだ後に、橋梁の全長を模した全径間模型を用いた大型風洞によって評価を行うこととしたので、比較的コスト及び時間がかかる大型風洞による試験の数を可及的に減らすことができる。大型風洞の試験回数を節約できるだけでなく、高価で製作時間が長時間に及ぶ全径間模型の製作を減らすこともできる。
また、全径間模型を用いた大型風洞試験は本発明の二次元風洞試験および大型部分模型試験に対して実橋に近いものとなるので、最終的な橋梁の耐風評価が可能となる。
大型風洞の測定部の寸法は、例えば、幅３ｍ、高さ１０ｍ、長さ１０ｍ程度とされる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、橋梁等の大型構造物の耐風安定性試験において時間およびコストのかからない二次元風洞および耐風安定性評価方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
図１には、本発明の第１実施形態にかかる二次元風洞試験装置１が示されている。
二次元風洞試験装置１は、建屋３内に設置されており、二次元風洞本体５と、計測データの取得および計算を行うコンピュータ７と、コンピュータ７の計算結果および可視化画像を表示する表示装置９とを備えている。
【００２３】
二次元風洞本体５は、図１及び図２に示されているように、図において左方から、空気が縮流されて吸入される縮流筒１３と、ガラス窓とされた撮影用窓１１が設置されるとともに測定流路が形成された測定部１５と、測定部１５を通過した空気を拡散させて排出する拡散筒１７とを備えている。
【００２４】
測定部１５は、撮影用窓１１が設置された撮影面が大面積とされており、この撮影面が上面（または下面としても良い。）とされている。測定部１５の長手方向に直交する流路断面形状は、撮影面の法線方向（図において上下方向）における厚さが狭小とされた偏平形状となっている。すなわち、測定部１５は、上下面が幅広とされ、両側面の高さが幅よりも小さい偏平形状となっている。測定部１５の流路断面は、例えば、幅１ｍ、高さ（厚さ）１０ｃｍとされている。このように、測定部１５を含む二次元風洞本体５は、横置きとなっており、この点で縦置きとされた従来のものと異なる。
図示されていないが、撮影用窓１１の上方（撮影面を下面とした場合は下方）にはカメラが設置されており、このカメラにより可視化画像が撮影される。
測定部１５の上流側には、筋状の煙（トレーサ）を吹き出す煙ノズル１９（図２参照）が設置されている。この煙ノズル１９から噴出された煙によって、流れが可視化される。
なお、二次元風洞本体５は、図２に示されているように、台車によって支持されており、移動可能とされている。もちろん、二次元風洞本体５を固定式としても良い。
【００２５】
図３には、測定部１５の部分縦断面図が示されている。図において上下方向が測定部の厚さＴ（例えば１０ｃｍ）を示しており、図における奥行き方向（紙面において垂直方向）が測定部の幅（例えば１ｍ）を示している。
測定部１５の略中央には、橋梁の部分断面を切り出した縮尺模型２０が略鉛直方向に立てられた状態で設置されている。模型２０の下端は模型固定台２２上に固定されている。この模型固定台２２を介して、模型２０は、抗力，揚力，モーメントの三方向の荷重を計測する三分力測定装置２４に設置されている。なお、測定項目によって、この三分力測定装置２４に代えて、後述するバネ支持台２５を取り付けることができるようになっている。
模型２０を支持する模型固定台２２と、この模型固定台２２の周りに位置するとともに面一状態で配置された測定部１５の底壁部１５ｂとの間には、隙間２６が形成されており、流体力による模型固定台２２即ち模型２０の変位を許容するようになっている。しかし、この隙間２６によって流れが乱されるおそれがあるので、この隙間２６を覆うようにシール箱２８が設けられている。
【００２６】
シール箱２８は、測定部１５の底壁部１５ｂの下方に設けられ、上面のみが開口された有底の箱形状とされている。シール箱２８の開口面（上面）が隙間２６を覆うように底壁部１５ｂの下面に固定される。シール箱２８の底面２８ａ上には、三分力測定装置２４又はバネ支持台２５が設置されている。このように、隙間２６がシール箱２８によって略密閉状態に覆われているので、隙間２６を出入りする空気を可及的に減少させることができる。
【００２７】
図４には、三分力測定装置２４と交換的に用いられるバネ支持台２５が示されている。同図において、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）はクロスバネを示した斜視図である。
バネ支持台２５は、シール箱２８側に固定される下面２５ａと、模型２０を固定する上面２５ｂと、これら上下面２５ａ，ｂ間に介挿される例えば４本のクロスバネ３０とを備えている。
クロスバネ３０は、図４（ｃ）に示されているように、上下面２５ａ，ｂの角部に固定される基端部３０ａと、上下の各基端部３０ａに接続されてくの字状に折り曲げられた折曲部３０ｂとを有している。このクロスバネ３０は、薄板を鉛直方向に立てた状態で形成されており、これにより、鉛直方向Ａ（それぞれの基端部３０ａを結ぶ方向）には比較的剛性が高く、捩れ方向ｂ（基端部３０ａの薄板面の法線方向）には比較的剛性が小さくなっている。
図４（ｂ）に示されているように、各クロスバネ３０は、その基端部３０ａが上下面２５ａ，ｂの四隅部に取り付けられており、かつ、折曲部３０ｂが上下面２５ａ，ｂの中心を向くように、換言すれば上下面２５ａ，ｂの対角線上に位置するように配置されている。これにより、各クロスバネ３０が、平面視して上下面２５ａ，ｂ内に収納されることになり、コンパクトなバネ支持台２５が実現されている。
【００２８】
図５には、測定部１５に設置される模型２０が示されている。同図において（ａ）及び（ｂ）は異なる形状の模型を示している。
各模型２０は、橋梁の橋軸Ｃ方向に直行する断面で切断された部分模型とされている。この模型２０は、橋軸Ｃ方向に約10〜20cmの大きさ、とされている。すなわち、二次元風洞本体５の測定部１５に配置できる程度の大きさとされている。この点で、一般の大型風洞と異なる。一般の大型風洞は、本実施形態のように煙流し可視化風洞を流用した二次元風洞よりも大型とされており、例えば測定部は約３ｍ×１０ｍ程度とされており、部分模型の大きさは長手方向に1〜３ｍ程度とされる。
模型２０は、橋軸Ｃ方向を鉛直方向に一致させた状態で設置され（図３参照）、空気は図５において左方から流される。
なお、図３に示された模型２０は棒状とされており図５の模型２０とその形状が対応していないが、図３の模型はあくまでも例示であって、図５に示された形状の模型２０が設けられた場合には、図３に示される模型２０は横長の形状となる。
【００２９】
次に、本実施形態にかかる二次元風洞１を用いた試験方法について説明する。
三分力測定または可視化測定を行う場合には、シール箱２８内に三分力測定装置２４を設置した後に、模型固定台２２を介して模型２０を設置する。そして、模型２０が設置されたシール箱２８を測定部１５の底壁部１５ｂに固定する。
この状態で誘引ファンによって空気を測定部１５内に導き、三分力を測定し、また、可視化画像を撮影する。可視化の場合には、煙ノズル１９から煙を筋状に吹き出した状態で撮影を行う。三分力を測定する際には、測定可能な流体力を得るために比較的流速を大きくし（例えば１０ｍ／ｓ程度）、可視化を行う場合には煙の拡散を防ぐために比較的流速を小さくする（例えば３〜５ｍ／ｓ程度）。もちろん、十分な三分力が得られるとともに煙の拡散が生じない条件であれば、三分力測定と可視化を同時に行う。
【００３０】
空気力（流体力）による変位を測定する場合には、バネ支持台２５を用いる。この場合には、シール箱２８を取り外して、三分力測定装置２４と取り替えた後、再びシール箱２８を測定部１５の底壁部１５ｂに固定する。この状態で誘引ファンによって空気を測定部１５に導き、空気力による模型２０の変位を測定する。バネ支持台２５による測定の場合は、測定可能な変位を得るために、比較的大きな流速（例えば１０ｍ／ｓ程度）で行う。
【００３１】
以上の、三分力測定装置２４を用いた場合およびバネ支持台２５を用いた場合の測定項目の分類を下表に示す。
【００３２】
【表１】
2006126015.tif 000003
【００３３】
表に示されているように、三分力測定装置２４では、i可視化，ii静的荷重，iii変動空気力の測定を行い、バネ支持台２５では、ivバネ支持の測定を行う。
これらの試験結果から、静的作用として、定常空気力による変形と応力が得られる。
動的作用として、限定振動のうち、渦励振の応答が得られ、発散振動のうち自励振動（ギャロッピング，フラッター）の応答が得られる。
【００３４】
ここで、渦励振とは、物体後流に発生する周期渦（風速の増大とともに周期が短くなる）と物体の固有周期が共振したときに発生する振動である。
ギャロッピングとは、桁が例えば下向きに動こうとするとき、桁は相対的に吹上げの風を受けるが、この際に桁が動く方向と同じ方向の空気力が発生して振動が発散してしまう現象をいう。
フラッター（ねじれフラッター）とは、桁がねじれ振動する場合、頭を上げる時と下げる時とで空気力の変化の状況が異なるため、空気流れが桁に仕事をし、エネルギーが供給されることにより振動が発散する現象をいう。
【００３５】
次表に、表１の試験項目に対して得られる現象について整理したものを示す。
【表２】
2006126015.tif 000004
【００３６】
上表において、試験項目は表１の試験項目（i〜iv）が対応し、即ち、iは可視化、iiは静的荷重、iiiは変動空気力、ivはバネ支持といったように対応する。
上表によれば、たわみ振動の渦励振では、i可視化、iii変動空気力およびivバネ支持を用いて総合的に評価する。この渦励振は、変動揚力の程度、揚力のパワースペクトル解析を行い、このスペクトルピークの発生振動数（発生風速）や大きさ（振幅）によって判断する。
ギャロッピングは、i可視化、ii静的荷重およびivバネ支持を用いて総合的に評価する。静的な三分力計測によって得られる揚力について、各迎角に対してプロットし、これが正勾配であれば安定（ギャロッピング不発生）であると判断し、負勾配であれば不安定でギャロッピングが発生すると判断する。
ねじれ振動の渦励振については、i可視化、iii変動空気力およびivバネ支持を用いて、たわみ振動の渦励振と同様に判断する。
フラッターについては、i可視化、およびivバネ支持を用いて総合的に評価する。振幅変化が生じ、この風速で発振した場合にフラッターが発生したと判断する。
静的荷重の抗力、揚力、ピッチングモーメントについては、ii静的荷重，iii変動空気力を用いて静的三分力によって判断する。
【００３７】
上記各表に示した項目の計算は、図１に示したコンピュータ７によって行われる。そして、この計算結果が表示装置９に示される。図６には、表示の一例が示されている。
表示装置９の画面上には例えば以下の項目が示される。
【００３８】
・試験に用いた断面形状
この断面形状は画面の左方に示されており（符号５０参照）、その形状が示されているので、評価対象となっている断面形状が一目でわかるようになっている。
また、画面の左端には、試験番号（符号５１参照）等が示される。
【００３９】
・バネ支持結果（符合５４参照）
バネ支持試験の結果を基に、迎角毎に整理されたグラフが画面の略中央の上方に示される。この結果により、実橋の振動性状が予測される。模型２０を用いたバネ試験結果に基づいて、実橋の風速に換算したものを横軸に、実橋の片振幅に換算したものを縦軸にとって示している。これらのグラフから、片振幅が限定された風速域で急激に増大し、渦励振が発生することがわかる。
【００４０】
・可視化画像（符号５５参照）
各迎角に対して得られた可視化画像が画面の略中央に示されている。この画像により、流れの剥離パターンや渦の発生領域を視覚的に把握することができる。
【００４１】
・スペクトル（符号５７参照）
各迎角に対して、パワースペクトルが画面の略中央の下方に示されている。このパワースペクトルは、振動揚力またはモーメントのパワースペクトルであり、振動数（Ｈｚ）に対して示されている。このグラフから、渦励振発生の有無がわかり、その周波数およびパワーを予測することができる。
【００４２】
・三分力（符号５８参照）
画面の右側に、三分力が示されている。三分力は、風軸基準および機軸基準に対して示されている。各グラフの横軸は迎角を示す。これらのグラフから、例えば、機軸基準のＣｙ（揚力）が正の勾配となっていることから、ギャロッピングが発生しないことが把握される。
【００４３】
・評価（符号６０）
画面の右端には、全ての測定結果を総合判断した評価が示される。例えば、同図に示されているように、渦励振の発生の有無、ギャロッピングの発生の有無、揚力勾配の正負、変動空気力が顕著であるか否か等が示される。これらの評価は、コンピュータ７が自動的に判断してもよいし、オペレータが判断するようにしても良い。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態にかかる二次元風洞によれば、以下の効果を奏する。
煙流し可視化風洞を横置きにして、撮影面を略水平にした状態で模型２０を略鉛直方向に立てて設置することとしたので、模型２０の自重がキャンセルされて、精度の高い空気力測定が可能となる。これにより、同じ風洞で可視化だけでなく空気力測定ができるので、模型２０の評価を種々の角度から簡便に行うことができる。
【００４５】
長手方向に約１０〜２０ｃｍの大きさの小型模型２０とされているので、長手方向に１〜３ｍの大きさの大型模型を用いて大型風洞試験を行う場合に比べて、模型の製作が容易にかつ廉価にできる。また、模型が小型とされているので、交換が容易である。
【００４６】
表示装置９に可視化画像５５が表示され、かつ空気力による影響が各グラフ５４，５７，５８によって表示されるので、視覚的に断面形状を評価することができる。また、コンピュータ７によって整理された情報が一画面で表示されるので、断面形状の評価を総合的に判断することができ、主観的な評価を極力排除することができる。
【００４７】
図７には、本実施形態による二次元風洞試験装置１を用いて行った検証試験の結果が示されている。
二次元風洞本体５の測定部１５は、元来、煙流し風洞として最適に設計されたものであるから、空気力による力や変位の測定に対する精度が不明であった。そこで、基本的な正方形断面や円形断面を有する柱状体を用いて検証試験を行った。
同図から分かるように、文献による実験値に対して、大きな誤差が生じていないことがわかる。なお、同図において、Ｓｔ数とはストローハル数を示す。
この検証結果より、本実施形態の二次元風洞試験装置１を用いれば、精度が要求される最終断面の決定までは困難だとしても、候補となる多数の断面形状を的確に絞込むことは可能であるといえる。
【００４８】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態は、橋梁の最終断面を決定する際に、第１実施形態にかかる二次元風洞試験装置１を用いて耐風安定性を評価する方法およびそれを実現する装置に関するものである。
【００４９】
図８に示されているように、橋梁の設計は、先ず、構造設計７０として、概略設計７２を行う。この概略設計７２をさらに絞込み、詳細設計７４を行った後に、最終的に工事発注７６がなされる。
【００５０】
従来は、同図に示されているように、耐風安定性の検討として次のようなものを行っていた。先ず、候補となる複数の断面を比較検討する（符号７８）。これは、ＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics；数値流体力学）や過去のデータベース（符号７９参照）に基づいて行われる。この結果が概略設計７２に反映される。ただし、ＣＦＤやデータベースによる検討は、単純な断面形状の場合にはある程度の指針は得られるが、複雑な断面形状の場合には、その予測精度を上げることは困難となり、候補となる断面形状を的確に絞りきることができないという欠点がある。
そして、本実施形態の二次元風洞試験装置１よりも測定流路が大型とされた大型風洞試験が行われ（符号８１参照）、耐風安定性調査と改良検討、及び断面の最終確認が行われる（符号８０参照）。この結果に基づいて、詳細設計７４が決定される。
【００５１】
これに対して、本実施形態によれば、以下のように行われる。
先ず、第１実施形態の二次元風洞試験装置１を用いて、耐風安定性調査と改良の目処付けを行う（符号８２）。すなわち、二次元風洞試験装置１によれば、部分断面の模型２０を用いて、流れの可視化だけでなく空気力による影響を同時に計測して総合的な評価ができるので、耐風安定性の評価がこの段階からある程度精度良く行うことができる。また、従来のＣＦＤやデータベースを用いて行う検討と異なり、実橋の縮尺模型を用いて断面形状を検討するので、精度良く断面形状を評価することができる。しかも、大型風洞よりも小型とされ、模型の交換や試験項目の変更が簡便な二次元風洞試験装置１を用いているので、多数の候補断面から最終候補となり得る断面を的確かつスピーディに選定することができる。
【００５２】
そして、最終候補に選ばれた断面に基づいた橋梁の部分断面模型（模型２０よりも大きな模型）や全径間模型を用いて、従来の大型風洞によって最終確認を行う（符号８４参照）。
【００５３】
このように、本実施形態によれば、二次元風洞試験装置１を用いて橋梁断面の概略形状を絞り込むこととしたので、従来のようにＣＦＤやデータベースを用いて断面を絞り込むよりも精度良く絞り込めるので、最終的に選定される断面形状の数を少なくすることができる。このように最小数に絞り込んだ断面形状に対して、比較的時間がかかる大型風洞によって評価を行うこととしたので、大型風洞での試験回数を可及的に減らすことができる。これにより、スピーディに最終断面の決定を行うことができる。また、高価で製作時間が長時間に及ぶ大型部分模型や全径間模型の製作数を減らすことができる。
【００５４】
図９には、箱桁橋等の３次元性の強い橋梁の場合について、コストおよび精度の観点から比較したグラフが示されている。図において、横方向の長さが長いほどコストがかかることを意味している。
（ａ）は、本実施形態にかかる二次元風洞試験装置１を用いた場合、（ｂ）は従来の試験であって、大型の橋梁に対する場合を示す。
本実施形態によれば、二次元風洞試験装置１によって断面形状を的確に最小数に絞り込むことができるので、大型風洞を用いた全径間模型試験と組み合わせた場合であっても、大型風洞による繰り返し試験が必要ないので、コストを低く抑えることができる。しかも、二次元風洞試験装置１によって精度良く絞り込んだ断面を用いて最終的に全径間模型試験を行うので、精度が良い。
これに対して、大型橋梁の場合（ｂ）、部分模型試験のコストが増大し、精度は良いものの結果としてコストが高くつく。
【００５５】
図１０には、桁橋や小型斜張橋等の小型の橋梁の場合について、コストおよび精度の観点から比較したグラフが示されている。図において、横方向の長さが長いほどコストがかかることを意味している。
（ａ）は、本実施形態にかかる二次元風洞試験装置１を用いた場合、（ｂ）は、従来の試験を示す。
この場合には、小型橋梁のため全径間模型を用いた大型風洞による試験が省略できるので、さらにコストを抑えることができる。また、本発明（ａ）によれば、二次元風洞試験装置１を用いるので、断面形状の決定において精度よく絞り込んだ後に、部分模型試験を用いるので、精度良く断面形状を決定することができる。
これに対して、従来（ｂ）は、部分模型試験を用いて断面の絞込みを行うので、時間およびコストがかかる。また、二次元風洞試験装置１を用いるように的確に断面を絞り込むことができないので、予測精度が得られないという欠点がある。また、断面の現状確認、対策検討および最終断面の決定の全てについて部分模型試験を用いるので、コストが増大する。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の二次元風洞試験装置を示した斜視図である。
【図２】本発明の二次元風洞本体を示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【図３】測定部を示した部分縦断面図である。
【図４】バネ支持台を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）はクロスバネを示した斜視図である。
【図５】本発明に用いられる模型の形状を示した斜視図である。
【図６】表示装置に表示される画面構成例を示した図である。
【図７】本発明の二次元風洞試験装置の検証結果を示した図である。
【図８】本発明の二次元風洞試験装置を用いた橋梁断面決定過程を、従来の手法との対比で示した図である。
【図９】箱桁橋等の３次元性の強い橋梁の場合について、コストおよび精度の観点から比較した図である。
【図１０】桁橋や小型斜張橋等の小型の橋梁の場合について、コストおよび精度の観点から比較した図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  二次元風洞試験装置
５  二次元風洞本体
７  コンピュータ
９  表示装置
１１  撮影用窓
２０  模型
２４  三分力測定装置
２５  バネ支持台
２６  隙間
【図１】
2006126015.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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