TK-1-040 改 1
平成 30 年 1 月 25 日
日本原子力発電㈱

漂流物荷重について

１．各種基準類における漂流物荷重算定式について「耐津波設計に係る工認審査ガイド」に記載されている参考規格・基準類のうち，漂流物による荷重又は衝突エネルギについての記載があるのは，「道路橋示方書・同解説 Ⅰ共通編（（社）日本道路協会，平成 14 年 3 月）」（以下「道路橋示方書」という）及び「津波漂流物対策設計ガイドライン（案）（（財）沿岸技術研究センター，（社）寒地港湾技術研究センター，平成 21年）」である。
（１）道路橋示方書の式について
国土交通省が定める道路橋示方書・同解説では，次式により算出する。
漂流物荷重Ｐ＝0.1×Ｗ×ｖ
ここで，Ｐ：漂流物荷重（kN）
Ｗ：流送物の重量（kN）
ｖ：表面流速（m／s）
また，船舶による漂流物荷重の算出に関しては，（財）沿岸技術研究センター及び国土交通省国土技術政策総合研究所による研究においても，道路橋示方書に示される算定式の船舶の漂流物荷重算定への適用性が検討されている。

（２）津波漂流物対策設計ガイドライン（案）の式について「漁港・漁場の施設の設計の手引き（全国漁港漁場協会2003年版）」の接岸エネルギの算定方法に準じて設定されたものである。支柱及び漂流物捕捉スクリーンの変形でエネルギを吸収させることにより，漂流物の侵入1を防ぐための津波漂流物対策施設の設計に適用される式を示している。
船舶の衝突エネルギＥ＝Ｅ ０ ＝Ｗ×ｖ ２ ／2ｇ※船の回転により衝突エネルギが消費される（1／4点衝突）の場合：
Ｅ＝Ｅ’＝Ｗ×ｖ ２ ／4ｇ
ここで，Ｗ＝Ｗ ０ ＋Ｗ’＝Ｗ ０ ＋（π／4）×Ｄ ２ Ｌγ Ｗ
Ｗ：仮想重量（kN）
Ｗ ０ ：排水トン数（kN）
Ｗ’：付加重量（kN）
Ｄ：喫水（m）
Ｌ：横付けの場合は船の長さ，縦付けの場合は船の幅（m）
γ Ｗ ：海水の単位体積重量（kN／m ３ ）しかしながら，当該式は，鋼管杭等の支柱の変形及びワイヤーロープの伸びにより被衝突物の衝突エネルギを吸収する考え方に基づくものであり，被衝突物が防潮堤のように弾性設計する対象である場合の使用には適合していない。

２．漂流物荷重算定式に関するその他既往の研究論文既往の研究論文等についても調査を行った。主な文献調査結果について第 1表に示す。
漂流物荷重算定式は，対象となる漂流物の種類やその仕様が異なり，運動量理論に基づく推定式や実験に基づく推定式などがある。

2

第１表
出典

①

松冨ほか（1999）

種類

各種基準類の漂流物荷重算定式の整理

概要

算定式

算定式の適用性が確認された範囲（実験条件等）

流木

津波による流木の漂流荷重を提案している。本式
は円柱形状の流木が縦向きに衝突する場合の漂流荷重算定式である。

.
.
///
1.2~1.5：衝突力，γ：流木の単位体積重量，D：木材の直径， ：木材の長さ，：重力加速度，：見かけの質量係数 水の緩衝機能も加味 ，：衝突速度， ：木材の降伏応力｢実験に基づく推定式」
・見かけの質量係数に関する水路実験（実験：高さ 0.5m,幅 0.3m，長さ 11.0m）
流木の直径：4.8cm～12cm，流木の重量：305～8615gf
・衝突荷重に関する空中での実験

.
.
.
// .
：衝突力， ：重力加速度， ：漂流物の重量， ：係数（＝5.0），：付加質量係数， ：漂流物移動速度，：漂流物の直径（角柱の場合は正方形断面辺長）， ：漂流物の長さ｢実験に基づく推定式」（縮尺 1/100 の模型実験）
漂流物の形状：円柱，角柱，球漂流物重量：0.588N～29.792N.

②

池野・田中（2003）

流木

円柱以外にも角柱，球の形状をした木材による漂流荷重を提案している。

③

道路橋示方書（2002）

流木等橋（橋脚）に自動車，流木あるいは船舶等による漂流荷重を定めている。

0.1：衝突力， ：流送物の重量， ：表面流速新規制基準に基づく審査において適用された実績がある。

FEMA（2012）

流木・コンテナ（車両）

漂流物による漂流荷重を正確に評価するのは困難としながら，一例として算定式を示している。

1.3
1：衝突力， ：付加質量係数，：漂流物を運ぶ流体の最大流速，， ：漂流物の質量と有効軸剛性「運動方程式に基づく衝突力方程式」

④2
コンテナ

漂流するコンテナの漂流荷重を提案している。

2，⑤

水谷ほか（2005）⑥，，，
鋼製構造物（コンテナ等）
流木・コンテナ
有川ほか（2007,2010）
による漂流荷重を提案し ：衝突面半径の 1/2（ここではコンテナ衝突面の縦横長さの平均の 1/4），（コンクリート）ている。
：コンクリートのヤング係数， ：ポアソン比， ：質量， ：衝突速度，：塑性によるエネルギ減衰効果，添字 1,2 は衝突体と被衝突体を表す：衝突力， ：重力加速度， ：コンテナの重量， ：コンテナ幅，：遡上波の最大水位， ：衝突時間， ：水の密度，：コンテナの漂流速度， ：津波の遡上流速3｢実験に基づく推定式」（縮尺 1/75 の模型実験）
使用コンテナ：長さを 20ft と 40ft
コンテナ重量：0.2N～1.3N 程度
遡上流速：1.0m/s 以下
材質：アクリル「実験に基づく推定式」（縮尺 1/5 の模型実験）
使用コンテナ：長さ 1.21m，高さ 0.52m，幅 0.49m
衝突速度：1.0～2.5m/s 程度，材質：鋼製

３．東海第二発電所における津波漂流物と漂流物荷重算定式の選定
東海第二発電所において，津波により敷地外から発電所に到来する可能性がある漂流物の調査の結果，最大質量のものは排水トン数 15t の漁船であり，その材質はＦＲＰ ※１ である（以下，「漁船」という）。従って，強固な弾性体として設計する浸水防護施設に対しては，漁船の方が圧壊するという漂流物側の損傷モードを考慮することとなる。一方，基準津波の流速は，津波シミュレーション結果から，防潮堤前面の沖合約 500m の範囲で最大約 7.1m/s となることから，保守的に 10m/s と設定する。
以上より，最大質量の漂流物の漁船（排水トン数 15t）に対する漂流物荷重算定式を選定する。なお，橋梁橋脚への漂流物対策として防衝工の設計に用いられる式（被衝突側の塑性変形で衝突エネルギを吸収する設計式）については，被衝突側の浸水防護施設を弾性範囲で設計する前提であることから，選定の対象外とする。

※１

プラスチック（合成樹脂）にガラス繊維などの繊維を加えて強度を高めた繊維強化プラスチック。軽量で，耐熱性・耐候性・耐薬品性・断熱性に優れ，様々な形状に成型できるため，船舶の船体，航空機の機材，浴槽などに広く用いられている。「Fiber Reinforced Plastics」の略文字。

4

４．最大質量の漂流物と想定される漁船の漂流物荷重算定式の選定
各種漂流物荷重算定式について，東海第二発電所で想定される最大漂流物（漁船，排水トン数 15t）への適用性を考慮し，第１図のフローに基づいて算定式の選定を行った。
選定フローを実施した結果，漁船の衝突荷重算定式としてフローの最後まで残り，選定された式は道路橋示方書の式となった。
ＳＴＡＲＴ

浸水防護施設の目標性能を弾性範囲内と設定

設計で考慮する最大質量FRP漁船の設定

各種基準類の漂流物荷重算定式の調査

NO

浸水防護施設を弾性体として設計することに適合性がある算定式か
YES

NO

漂流物の種類は算定式に適合するか
YES

NO

検証実験時の流速は算定式に適合するか
YES

NO

対象質量は算定式に適合するか

YES

強固な弾性体である浸水防護施設に対して衝突による漂流物の損傷を考慮できる算定式かNO

YES
設計用の漂流物荷重算定式として選定する

設計用の漂流物荷重算定式として選定しない

ＥＮＤ

第１図

最大の漂流物と想定される漁船の漂流物荷重算定式の選定フロー5５．漁船の圧壊を考慮した荷重の算定
漁船による荷重については，衝突体の圧壊による上限を有することが一般的に知られている。
漁船は，強固な弾性体として設計する浸水防護施設に対して座屈強度が小さいことから，漁船の側が圧壊していくこととなり，圧壊が進むのに伴い衝突エネルギが減少しつつ圧壊荷重が上限となって圧壊は終了する。これと同時に，被衝突側の強固な弾性体にその圧壊荷重（最大荷重）が作用する。
「構造物の衝撃挙動と設計法（（社）土木学会，1994）」によれば，第２図に示すように，剛性及び強度が大きい海洋構造物に対する船舶の圧壊荷重と変形量との関係が示されている。
船舶の衝突初期は，船首が傾斜しているため接触面が小さく，圧壊が進むに従って荷重（反力）はほぼ直線的に増加するが，船舶の破壊が進み，船首の傾斜部が全部破壊し，船体の全面が海洋構造物に接触すると，その後の荷重はほぼ一定値に達する。この時の荷重は，船首側からの圧壊による座屈荷重とほぼ同等とみることができるとされている。

第２図

荷重と変形量の関係図（（社）土木学会，1994）

6漁船の圧壊荷重は，座屈強度に基づき以下の式により算定する。
2cos：船首圧壊荷重：船の深さ：船側外板厚
2 ：船首部先端角度：船首部側板の座屈強度：座屈係数// ^2：ヤング率：ポアソン比：降伏点応力：横肋骨心距

4502L，：縦肋骨心距550210 .

.

.

：全長. ：総トン数

7６．まとめ
漂流物荷重算定式について，各種基準類の代表的なものについて調査し，この中で東海第二発電所における適用範囲，適用条件（漂流物の種類，流速，質量等）を踏まえ選定フローを実施した結果，道路橋示方書の式が選定された。
一方，漂流物の漁船については，被衝突体となる浸水防護施設に対して座屈強度が小さいため，衝突の過程で漁船の損傷が先行することが想定される。そこで，道路橋示方書の式では，漂流物の圧壊による荷重の上限として，漁船の圧壊荷重を土木学会の式により算定した。算定結果を第２表に示す。

第２表

道路橋示方書の式による漂流物荷重と土木学会の式による圧壊荷重道路橋示方書の式に基づく漂流物荷重土木学会の式に基づく船
舶の圧壊荷重漂流物流速漁船

流速10m/s

排水トン数15t（基準津波時）

漁船
排水トン数15t

－

荷重

148kN
34kN

以上より，東海第二発電所における漁船（排水トン数 15t）に対し，土木学会の式による漁船の圧壊荷重を考慮した上で，道路橋示方書の式による漂流物荷重を適用するものとする。

8

（参考資料）表
既往の算定式① 松冨の算定式[1] 松冨英夫：流木衝突力の実用的な算定式と変化特性，
土木学会論文集，
No.621，pp.111127，1999.5

漂流物荷重算定式に関する既往の研究論文
内容
津波による流木の荷重を次式で提案している。本式は，円柱形状の流木が縦向きに衝突する場合の荷重算定式である。

ここで，Fm：衝突力
CMA：見かけの質量係数（段波，サージでは1.7，定常流では1.9）
ν A0：流木の衝突速度
D：流木の直径
σ f：流木の降伏応力
L：流木の長さ
γ：流木の単位体積重量g：重力加速度【東海第二発電所への適用性評価】
流木の実験により漂流物荷重算定式を提案した文献。重量24kgf～253kgfの木材，流速0.5m/s～2.5m/s，衝突角を変えた衝突実験であり，東海第二地点における漂流物の流速条件とは異なるため，適用性が確認されていない式と判断した。

② 池野らの算定式[2] 池野正明・田中寛
好：陸上遡上津波と漂流物の衝突力に関する実験的研
究，海岸工学論文
集，第50 巻，pp.721-725，2003

円柱以外にも角柱，球の形状をした木材による荷重を次式で提案している。

ここで，FH：衝突力
S：係数（5.0）
CMA：付加質量係数（円柱横向き：2.0（2 次元），1.5（3 次元），角柱横向き：2.0～4.0（2 次元），1.5（3 次元），円柱縦向き：2.0 程度，球：0.8程度）
VH：段波波速
D：漂流物の代表高さ
L：漂流物の代表長さ
M：漂流物の質量g：重力加速度【東海第二発電所への適用性評価】
円柱，角柱，球形状の木材を用いた衝突実験により衝突力算定式を提案した文献。木材（最大重量304kgfを想定）を陸上構造物の約80m手前に設置し，津波による衝突力を確認した実験であり，東海第二地点における漂流物の質量条件とは異なるため，適用性が確認されていない式と判断した。

③ 道路橋示方書の算定式[3] 社団法人日本道路協会：道路橋示方書・同解説 Ⅰ共通，pp65-67，2002.3

橋（橋脚）に自動車，流木あるいは船舶等が衝突する場合の衝突力を定めている。

ここで，P：漂流物荷重
W：流速物の重量
V：表面流速【東海第二発電所への適用性評価】
東海第二地点における漂流物荷重算定式の選定フローを実施した結果，当該式が選定された。

9表

漂流物荷重算定式に関する既往の研究論文

既往の算定式④ FEMA の算定式

内容

漂流物荷重を正確に評価するのは困難としながら，以下の式（流木，コンテナ対象）を一例として示している。

[4] FEMA, Guidelines
for Design ofStructures for
VerticalEvacuation fromTsunamis, FEMA
P646,

ここで，Fi：衝突力
Cm：付加質量係数（2.0 を推奨）
umax：最大流速m：漂流物の質量k：漂流物の有効剛性
漂流物の質量・有効剛性は主要な漂流物について表3.1の通り概略値が与えられているが，それ以外の漂流物については設計において評価することとしている。

【東海第二発電所への適用性評価】
流木及びコンテナの質量と軸剛性値を考慮した運動方程式から導出される衝突力推定式であり，漂流物の特性値として，重量及び有効剛性を設定する。木材，丸太及びコンテナが示されており東海第二地点における漂流物の条件とは異なるため，適用性はないものと判断した。
⑤ 水谷らの算定式[5] 水谷法美ら：エプロン上のコンテナに作用する津波力と漂流衝突力に関する研究，海岸工学論文集，第52 巻
pp.741-745，
2005

津波により漂流するコンテナの衝突力を次式の通り提案している。

ここで，Fm：漂流衝突力
m：最大遡上水位
Bc：コンテナ幅
W：コンテナ重量

dt：衝突時間
w：水の密度Vx：コンテナの漂流速度
g：重力加速度【東海第二発電所への適用性評価】
コンテナの衝突実験により漂流物荷重算定式を提案した文献。
重量0.2N～1.3Nのコンテナ（材質：アクリル），流速1.0m/s以下，コンテナ長さや遡上水位を変えた実験であり，東海第二地点における漂流物の条件とは異なるため，適用性はないものと判断した。

10

表
既往の算定式⑥ 有川らの算定式[6] 有川太郎ら：遡上津波によるコンテ
ナ漂流力に関する大規模実験，海岸工学論文集，第54巻，pp.846850，2007[7] 有川太郎ら：津波による漂流木のコンクリート壁面破壊に関する大規模実験，土木学会論文集B2，Vol.66，
No.1，pp.781785，2010

漂流物荷重算定式に関する既往の研究論文
内容
コンクリート構造物に鋼製構造物（コンテナ等）が漂流物荷重を次式で提案している。

ここで，F：衝突力
a：衝突面半径の1/2（コンテナ衝突面の縦横長さの平均の1/4）
E：ヤング率（コンクリート版）
ν：ポアソン比m：質量v：衝突速度p：塑性によるエネルギ減衰効果（0.25）
m やk の添え字は，衝突体と被衝突体を示す。
また，有川ら[5]は，松冨[1]にならい，上式においてm=CMAm（CMA：サージタイプの1.7）とすることで，流木のコンクリートに対する衝突力を評価できるとしている。
【東海第二発電所への適用性評価】
コンテナ及び流木の衝突実験により漂流物荷重算定式を提案した文献。コンテナは質量62kg（材質：鋼製），流速2.5m/s以下
で，木材は質量90kg及び131kgの木材，流速2.0m/s及び4.0m/s，衝突角度を変えた実験であり，東海第二地点における漂流物の条件とは異なるため，適用性はないものと判断した。

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