第64回(2020年度)

北海道開発技術研究発表会論文

副防雪柵の設置方法による開口部の影響把握に関する風洞実験
国立研究開発法人 土木研究所 寒地土木研究所 寒地機械技術チーム

○齋藤勉
植野 英睦
菅原 彰人

防雪柵端部・開口部の吹雪等による視程急変の緩和対策として設置されている副防雪柵において、長さや角度、風向角の違いによる開口部付近の風況への影響を模型を用いた風洞実験により調査したので報告する

キーワード：防雪柵、風洞実験、防雪機能

1. はじめに
積雪寒冷地の冬期道路では、吹雪による視程障害や吹きだまりによって、突発的な視程障害や車両の立ち往生などの交通障害が発生しており、吹雪による通行止めは北海道内の国道における通行止め要因の４割を占めている1)。この対策として防雪柵などによる整備が進められているが、防雪柵が整備された区間であっても防雪柵端部や開口部において、突発的な視程障害が発生している。
このような視程急変箇所への対策は、安定的な冬期道路交通を維持するためにも急務である。しかしながら、防雪柵端部や開口部における吹雪時の視程急変メカニズムは解明されていない。また、視程急変箇所の対策として、吹止め柵では柵端部の設置方向に変化を加えた副防雪柵や、空隙率を大きくした防雪板など様々な方法が試みられているが、その対策効果は定量的に明らかとなっていない。防雪柵端部や開口部における視程急変箇所の状況を把握するには、実フィールドで計測することが望ましいが、計測条件の定常化が困難である。
そこで本研究では、一定条件下での防雪柵端部・開口部における視程急変の影響や、現道で実施されている視程急変対策の効果を定量的に把握することを目的にしている。
本実験では、防雪柵の模型を製作し風向角を変化させ、開口部の幅や、副防雪柵の長さなどの違いによる、開口部の風速とその影響範囲を計測し、副防雪柵の違いによる視程急変の緩和効果を把握したので報告する。

向角の違いよる緩和効果の解析を行った。
(1) 実験装置
実験には寒地土木研究所の風洞実験装置（図-1）を使用した。装置の主要寸法は、全長約29m、測定洞の全長約9m、測定洞の断面1.2m×1.2mである。測定洞には風向角を可変できるターンテーブルを設置している（図-2）。
軸流送風機
3次元トラバース装置

整流網フィルター
開放・回流切換部

測定洞(W1200×H1200×L9000)
乱流格子
スパイヤー
バリヤー
模型雪供給装置
空気圧縮機

風速調整装置図-1 風洞実験装置

2. 模型を用いた風洞実験による開口部の影響解析
風洞実験にて、副防雪柵の有無による影響解析と、風Saito Tsutomu, Ueno Hidechika, Sugawara Akihito－ 514 －

図-2 ターンテーブルと防雪柵模型

(2) 模型防雪柵模型
防雪柵模型は、防雪柵の柵端部や開口部の対策が行われている一般国道337号(KP=74.25付近)の柵形式、対策を参考に以下の諸元とした。
・防雪柵の形式：吹き止め式防雪柵(H=5.0m)
・有孔板（防雪板）の空隙率：30%・開口幅のパターン：10m
防雪柵模型は、防雪板にはアルミ板を、支柱にはステンレス棒を用い製作した（図-3）。また、防雪柵模型の一部は、3Dプリンタを用いてABS樹脂で製作した。

16アルミ板(t=0.5mm)

1050

有孔板(空隙率30%)25930°

ステンレス棒(φ=1mm)

図-3 防雪柵模型（吹止め式防雪柵）(3) 風洞実験の設定
測定洞内の垂直風速分布は、上空ほど風速が増す自然の風を模擬するため、べき法則（べき指数）は、田園地帯を想定した0.15 2)に近似するよう気流を調整した。実験風速は、模型雪に活性白土を用いた風洞実験で吹きだまりの再現性が高いとされる風速4.5 m/s前後（地面からの高さH=50mm）3)を参考に、風速7 m/s（但しH=400mmでの風速）とした。

図-4 風速計測箇所図

表-1に実験条件と副防雪柵のパターンを、図-5に副防雪柵の設置状況を示す。副防雪柵の設置は角柵を付けて設置した。図-6に本実験で製作した防雪柵模型を示す。
表-1 実験条件と副防雪柵のパターン
風向角(4) 計測方法
風速計測には日本カノマックス（株）製の熱線流速計
IHW-100を用いた。計測点は、防雪柵開口部の中央を基準とし、道路縦断方向に前後300mmを50mm毎に1列あたり13点で行った（図-4）。計測高さは地面から高さ150mmで計測した。なお、風速の基準点は、風洞壁面や模型による影響を受けにくい風洞中央の風上側計測上限の計測点に設定した。この基準点の風速に対し、同じ高さで計測した風速の比を風速比として定義する。
(5) 実験条件
副防雪柵の長さなどの違いによる風速の影響を解析するため、副防雪柵は、「副防雪柵なし」、「副防雪柵30mm」、「副防雪柵60mm」、「副防雪柵90mm」、「副防雪柵30mm張出10mm」、「副防雪柵60mm張出10mm」の６パターンと、防雪柵の開口部は「100mm」と「200mm」で実験を行った。
風向条件は防雪柵に対して直交の場合のほか、斜風の場合の影響も把握するため、これらの模型をそれぞれ風向に対して45°、62.5°、90°、112.5°、135°に設置し計測を行った。
Saito Tsutomu, Ueno Hidechika, Sugawara Akihito－ 515 －

副防雪柵のパターン45°

副防雪柵なし (設置角90°)67.5°

副防雪柵30mm (設置角90°)

90°

副防雪柵30mm (設置角80.41°)張出10mm
副防雪柵60mm (設置角90°)112.5° 副防雪柵60mm (設置角70.53°)張出10mm
135°

副防雪柵90mm (設置角90°)

図-5 副防雪柵模型の設置状況

・ピーク値について
図-8に風向角45°のピーク値を示す。副防雪柵が長くなると風速比が上昇している。副防雪が長くなることで風を引き込む方向の面積が増えて、開口部への流入量が増えたためと考えられる。
1.41.2
風 1.0
速比 0.8のピ 0.6ー
ク 0.4値

図-6 副防雪柵模型

0.780.810.840.83

0.840.83

副防雪柵

副防雪柵

副防雪柵

副防雪柵

副防雪柵

副防雪柵

なし

30mm

60mm

90mm

30mm

60mm

0.20.03. 実験結果と考察
各副防雪柵において顕著な結果が得られた開口部100mmの実験結果を主として報告する。
(1) 風向角45°・風速比の上昇範囲
図-7に風向角45°の風速比分布を示す。副防雪柵を設置していない側（右側）からの風向のため、副防雪柵の設置側（左側）で風速が増している。実験では、副防雪柵が長い方で風速が増している。柵長が長いとより多くの風を開口部に取り入れたためと考えられる。
張出の有無では張出ありの方が風速の上昇を抑えていた。張り出すことで、副防雪柵の設置角が風向角に近くなり、開口部への流入を防ぐことができたと考えられる。
副防雪柵が長い方が、開口部中心からの距離が300mm～-50mm（左側）で風速が上昇した。副防雪柵が開口部への風をより多く流入させていたと考えられる。

張出10mm 張出10mm

図-8 風向角 45°のピーク値(2) 風向角67.5°
・風速比の上昇範囲
図-9 に風向角 67.5°の風速比を示す。ピーク値は副防雪柵なしと副防雪柵ありであまり変わらないが、副防雪柵ありは風が誘導されているため、上昇範囲が副防雪柵の設置側（左側）に広がっている。
・ピーク値について
図-10 に風向角 67.5°のピーク値を示す。副防雪柵の設置有無による風速比の明確な変化は確認できなかった。
1.61.41.61.4

副防雪柵なし

副防雪柵30mm

副防雪柵60mm

副防雪柵90mm

副防雪柵30mm張出10mm

副防雪柵60mm張出10mm

副防雪柵なし

副防雪柵30mm

副防雪柵60mm

副防雪柵90mm

副防雪柵30mm張出10mm

副防雪柵60mm張出10mm

1.2
風11.2

風向角62.5°

風0.8
速

10.6

風向角45°

速0.8
比 0.40.60.2

開口部

比 0.40.2
0-300

0-300

開口部
100mm

100mm

-200

-100
0100
200
開口部中心からの距離(mm)

図-9 風向角62.5°の風速比分布
-200

-100
0100200
開口部中心からの距離(mm)300

図-7 風向角45°の風速比分布

Saito Tsutomu, Ueno Hidechika, Sugawara Akihito－ 516 －300

1.41.2

風速がより増すためと考えられる。また、副柵30mmでは張出があることによる風速比の軽減が確認できた。張り出すことにより開口部への風の流入を防いでいたと考えられる。しかし、副防雪柵60mmでは張出ありの風速比がやや大きくなっている。張出により開口部への風の流入は防いでいるが、副防雪柵30mmに比べ柵長が長いため、風が整流されて風速が増し、張出による効果が相殺されたと考えられる。

1.031.071.031.07

1.031.03

副防雪柵

副防雪柵

副防雪柵

副防雪柵

副防雪柵

副防雪柵

1.4なし

30mm

60mm

90mm

30mm

60mm

1.2

風 1.0
速
比 0.8のピ 0.6ー
ク 0.4値
0.20.01.091.16

1.161.20

1.131.19

張出10mm 張出10mm

風 1.0
速比 0.8のピ 0.6ー
ク 0.4値

図-10 風向角62.5°のピーク値(3) 風向角90°図-11に風向角90°の風速比分布を示す。副防雪柵を0.2設置しない場合のピーク位置は開口部中心で、副防雪柵0.0を設置した場合は開口部中心から-50mm（左側）である。
副防雪柵 副防雪柵 副防雪柵 副防雪柵 副防雪柵 副防雪柵
副防雪柵を設置した場合は、設置しない場合よりも風なし
30mm
60mm
90mm
30mm
60mm
張出10mm 張出10mm
速比が上昇する範囲が広い。特に副防雪柵60mm張出
図-12 風向角90°のピーク値10mmでは上昇範囲が広い。設置角（80.41°）があることで、副防雪柵設置側（左側）へ風を誘導していたと考(4) 風向角112.5°えられる。しかし、副柵30mm張出10mmは、同じ柵長の副防雪柵30mmと上昇範囲に差がない。柵防雪長が短い・風速比の上昇範囲ため、副防雪柵の設置側（左側）へ風が整流しきれなっ
図-13に風向角112.5°の風速比を示す。副防雪柵ありたと考えられる。
は風が副防雪柵の影響で、風速比の上昇している範囲は副防雪側に広がっている。風速比は副防雪柵30mm張出1.610mmが一番低い。副防雪柵の設置角と風向角の差が大副防雪柵なし
副防雪柵30mm
きく開口部への風の流入を防ぎ、更に副防雪柵60mmや副防雪柵60mm
副防雪柵90mm
1.4
副防雪柵30mm張出10mm
副防雪柵60mm張出10mm
副防雪柵90mmと比べ整流されにくいためと考えられる。
1.21.6風

11.4
風向角90°

0.8

副防雪柵なし

副防雪柵30mm

副防雪柵60mm

副防雪柵90mm

副防雪柵30mm張出10mm

副防雪柵60mm張出10mm

1.2

速

風0.6

1
風向角112.5°

比 0.40.8
速0.20-300

開口部0.6100mm-200-1000100200
開口部中心からの距離(mm)300

比 0.40.2

開口部

図-11 風向角90°の風速比分布

・ピーク値について
図-12に風向角90°のピーク値を示す。副防雪柵が長い方が風速を増す傾向が確認できた。副防雪柵が長い方が、より開口部垂直方向に風が整流され、開口部付近のSaito Tsutomu, Ueno Hidechika, Sugawara Akihito－ 517 －

0-300

100mm

-200-100
0100200
開口部中心からの距離(mm)図-13 風向角112.5°の風速比分布

300

・ピーク値について
図-14に風向角112.5°のピーク値を示す。風向角112.5°も風向角135°と同様に副防雪柵30mm張出10mmが一番低くなった。副防雪柵が短いので風の整流が弱くなったためと考えられる。

できた。副防雪柵の短い方が軽減は大きい傾向が掴めた。
副防雪柵が長いと風向の垂直方向の幅が制限されるが、副防雪柵が長いために風が整流され軽減が小さくなったと考えられる。副防雪柵が同じでも張出がある方で軽減が確認できた。
1.41.4
1.21.101.050.98

風 1.0
速比 0.8のピ 0.6ー
ク 0.4値

1.21.051.020.85

風 1.0
速比 0.8のピ 0.6ー
ク 0.4値

0.83

0.84

0.760.79

副防雪柵

副防雪柵

副防雪柵

副防雪柵

副防雪柵

副防雪柵

なし

30mm

60mm

90mm

30mm

60mm

0.71

0.79

0.20.20.00.0
副防雪柵

副防雪柵

副防雪柵

副防雪柵

副防雪柵

副防雪柵

なし

30mm

60mm

90mm

30mm

60mm

張出10mm 張出10mm

張出10mm 張出10mm

図-16 風向角135°のピーク値

図-14 風向角112.5°のピーク値(5) 風向角135°・風速比の上昇範囲
図-15に風向角135°の風速比分布を示す。風速比のピーク位置は開口部中心から250mm（左側）である。副防雪柵の違いとピーク位置はばらつきがあまりなく、傾向の違いは見られなかった。
1.61.4

副防雪柵なし

副防雪柵30mm

副防雪柵60mm

副防雪柵90mm

副防雪柵30mm張出10mm

副防雪柵60mm張出10mm(6) 風向角と副防雪柵の緩和効果
図-17に開口部100mmの風向角と風速比のピーク値を示す。風向角が45°付近から90°は副防雪柵なしの風速比が一番低いが、副防雪柵30mm張出10mmとの差は僅かである。
風向角が90°から135°付近までは、副防雪柵30mm張出10mmの風速比が一番低い。副防雪柵を設置することで、道路に直交する風向角以外では、風速が緩和される効果を確認できた。
1.6

1.2

副防雪柵なし
副防雪柵30mm
副防雪柵30mm張出10mm
副防雪柵60mm
副防雪柵60mm張出10mm
副防雪柵90mm

1.4

風11.2
風向角135°0.8

風 1.0
速比の 0.8
ピー
ク 0.6値0.4

速0.6
比 0.40.2

開口部100mm

0-3000.2-200-1000100200
開口部中心からの距離(mm)3000.045

図-15 風向角135°の風速比分布・ピーク値について
図-16に風向角135°のピーク値を示す。副防雪柵の設置側（左側）からの風向のため、柵の種類によらず、特に副防雪柵を設置していない側（右側）で風速比は軽減

67.590風向角°112.5135

図-17 風向角と風速比のピーク値（開口幅100mm）

図-18に開口部200mmの風向角と風速比のピーク値を示す。風速比のピーク値は、風向角が67.5°～112.5°でSaito Tsutomu, Ueno Hidechika, Sugawara Akihito－ 518 －

は副防雪柵ありより副防雪柵なしの方が低いく、風向角135°では副防雪柵なしより副防雪柵ありの方が低くなっている。開口部100mm（図-17）に比べて副防雪柵の違いによるピーク値の差は小さくなっている。

1.6

副防雪柵なし
副防雪柵30mm
副防雪柵30mm張出10mm
副防雪柵60mm
副防雪柵60mm張出10mm
副防雪柵90mm

1.41.2風 1.0
速比の 0.8
ピー
ク 0.6
値0.4

た結果、副防雪柵の長さと緩和効果の関係は、副防雪柵が短い副防雪柵 30mm が一番大きかった。副防雪柵が短いと風が整流されにくいためと考えられる。
副防雪柵の張出しの有無については、副防雪柵 30mm
および副防雪柵 60mm とも張出を持たせた方が緩和効果が大きくなる。副防雪柵の設置角と風向角の差が大きく開口部への風の流入を防ぐためと考えられる。
風向角が 45°～90°は副防雪柵なしの風速比が一番低い。風向角が 90°～135°は副防雪柵 30mm 張出10mm の風速比が一番低い。現地の主風向が概ね 135°であることを考えると、副防雪柵の設置は有効と考えられる。
本実験により副防雪柵の有無や風向の変化による道路上への影響について把握することができた。今後は効果的な副防雪柵の長さと設置角や設置位置などについて検討し、効果的な対策手法について風洞実験にて検証を行う予定である。

0.2

参考文献
0.0
4567.5

90
風向角°

112.5

135

図-18 風向角と風速比のピーク値（開口幅200mm）

4. まとめ
副防雪柵の柵長や張出し、風向角を変えて実験を行っ

1)社団法人日本鋼構造物協会（編）：構造物の耐風工学、東京
電機大学出版局、ISBN:4501615702、p.616、1997.
2)風洞実験法ガイドライン研究委員会（編）：実務者のための建築物風洞実験ガイドブック、財団法人日本建築センター、
ISBN:978-4-88910-148-5、2008.
3)老川進、苫米地司、石原孟：建物近傍の雪吹きだまりの風洞相似則に関する考察、日本雪工学会誌、23、pp.13-32、2007.

Saito Tsutomu, Ueno Hidechika, Sugawara Akihito－ 519 －