防災科学技術総合研究遠報

彗萬1号

1966号三3月

551，507．2：551，556．6（265）伊東海洋気象棚則塔の振動について
菱田耕造・松田義弘・小泉宗三郎
気象研究所海洋研究部

Om

theYibratiom

ByofItoMarine Observatiom Tower

K．Hishida， Y．Matuda amd S．Koizumi
伽蜘γCん伽1伽fε，T0κψ0〃肋0r0108ゴCα1Abstract
Thevibration of the Ito Marine Observation Tower was studiedexperimental1y
the electromagnetic transd−ucer for acceleration measurement ana
the self−recoraing minivoltmeter in the observation chamber of the tower．

byinstalIingIt

rnaybeconc1udea

thatt11evibrationoftower

ismainlycausedbythewindand that the aisplacement of the chamber is about1mm when the wina velocity
is 10m／sec， ana the measurea period．of vibration is in gooa accordance withthetheoreticalperiodoffreevibration．

宇佐葵

はしがき之

昭和39年初静岡県伊東沖に設置した伊東海洋気象翻則相鰍ξ

塔（位置は第1図に示す）はその工法や構造において，従来他に例を兄ない類のものである．今後の海洋中に設ける観測塔の言セ計．上の一参考のためにも，また塔載した観僚一

豆半島㎡

測言卜器に及ぼす影響を調べるためにも，この塔の振動状Q協Olて、簡単な振動観測を行った．もちろん，振動又は動揺，繍雌しも単純な事柄ではないし，塔臼体の形や塔載物の位置などにも閑係する．■ここでは限、れた費川の中でとりあえす丁をつけた観測の締架を一・応とりまとめて報告する次第である．

l35000

L坐・測定器械
振動．計は固イゴ周波数0．2％，感度2volt／Kine，測定限芥

十4㎜の性能をもつ勝．島製作所製のものを2台川い，こ一13一

O閉L＿」＿』一

態を知一一ておく二とは何等か役ケつのではないかと考・えという閉越は、外ノ」やその周期などを考え合せると必ず

三崎

f井束

第1図

伊東畿則塔の位置

相模灘にお・ける海象等に関する研究（中間報告）防災科学技術総合研究速靴第1号1966

れを塔のハウスの床に水平2方向に据えつけ，東亜電波製高感度記録計EP

R−2丁型により，記録をとった．

また，風向，風速はコーシンベーン（風車型電気式風向…□…0÷

風速言十）により測定した．観測はすべて無人でタイマーにより制御する方法をとらざるを得なかったのは勿論でH・・戸・ある．

振動の周期w㎞〔1一昌M一一S←〔。

丁」川MeanWaterLevel

測定を行った振動記録の中で9月19日お一よび9月29日。1に得られた記録を読みとって第1表に示すような周期がW．t。。

得られた．すなわち東西方向では0．71秒，南北方向ではN

EoZ｛ModeD

0．77秒であって，これらの値は次に示す如く塔の固有周期と考えられる1Tank

第1表時

間

Base

振動数（周期）

9／19

Se耳

9／29

bouom

20m

南北方向

東西方向

南北方向

東西方向

c／min

c／min

c／min

c／min

77

85

79

84

81

87

77

88

77

86

76

84

80

85

78

87

78

83

78

8377

83

8187

77

857687で与えられる．

78867988

塔の固有周期丁は近似的に次式で表わされる．

818776

8178

85

78

84

10〜1177

83

77

82

11〜127884798077，885．O

mim

0〜1
1〜22〜33〜44〜55〜66〜77〜8
8〜99〜10平均78．3振動数

1，303％

周期

O．767sec

84．91，415

1．297

1，4170．707

0．771

0．706

第2図

塔の構造略図塔の接みの微分方程式は荷重Gの水平方向への影響を考えないとすると

d2∫

一十ω2S＝0

ただし〃（塔円筒部の％の重量がGに38〃

ω2＝川GL3）いて動くと考えた）、、2、（・・σ1工）・（・）

3E工8
梁の撲み量は∂2∫〃γE1一＝一（L−1），〃gル（3／，1：一。Cρω22

塔の構造は第2図に示す通りであって，その振動機構を下記の仮定のもとで考えることにする、なる徴分方程式に境界条件を用いて求められ，先端の変位として
λ1．塔は風力によって振動する．

S＝2．片持梁として，弾性振動を行う．

3．図中C点を固定端とする．

L3ρ

6〃8（4〕

Cω2

カ㌣号られる、

4．ハウス部に集中荷重をもつ、

以上式中の記号は

5．ハウス壁面のみ風圧をうける．

一：時間

6．波力による影響は考えない．

L：C点よりハウス部までの距離

一14一伊東海洋気象観測塔の振動について一菱口い松川・小泉

1：塔の垂直方向の距離
E：塔円筒部のヤング率
I：

同上断面二次モーメントσ：同上密度λ：同上断面1積

十・〃：塔ハウス部の風圧をうける壁面積

o：同上荷．重．

S：同上変位丁：塔の振動周期
ρ：空気の密度

1

ω：風速。

！

・．1ト、Mノ：風圧。

。

。∵。

C：抗力係数14）に次の数値を代入寸る．

E8＝2×1012，σ＝8，L＝1．2×103，
S巨一w

G＝3．4×106，oo．1

い．2岬π

1一一（30L294），λ＝π（30L292）
4（C．G．S単位）

その結果

丁＝O．722秒が得られる．

第3図

変位の東西，南一化成分の関係

これは測定値とほぼ一致するものと兇なしてよい，荷㌧o［ノ、，、重0の値が精確には調べられないし」，また中心の廻りに対称におかれてはいないから，これ以上のことは止むを

l15

ド・得ない．

［o振動の変位．

前述のように周期は南北，東西胸方向でやや異るから，，山jノ∫向における変位の最大の牛起時刻は厳密には必ずしも一一一致しないが，その一1．

。

ギ。

o」甫ド。」㌣
1冷宇i，oφ5。紬

。1尋。、。，

一一一一一一∵十↑二・1、、＿
声1、一を一一一応無視して，南北，東西I山j、∵方向における相対応する姑大変位を座標の1山j軸にと一、て。加1

兄ると，第3図のように，両者は大体比例しているようである、

次に約1ヵ月にわたり風との関係を調べるに際し，採州した風はその風力ベクトルの先端を図示した．第4図に兇られるように，南北方向成分の方が凍1項方向成分よりも一・般に大きい．塔の振動を考える場合風のノ∫向に振第4図風のベクトルの端一1｛動すると仮定すれば，この事は問題にならないが，塔が同転するような振動を行うことは荷．重．状態などかじ、せ、．ゴ・

ωは風速），東西方舳二はω2COSθを考え，想きれることであり，また前節に述べたように東内，南．

、D平方根とそれぞれの方向における振動変位との閥係をそれ二。の値

北の両方向で周期が異っている二とかll、も一考え」，れるこグラフに示したものが第5図である．南北方1fllについてとである．そ二で定ず，風の方向：二のみ振動寸ろとL、は戸想通りの結災が〃、れるか，■束西ノ∫向についこは一忠

また振動変位は風速の白乗に比例すると仮定して，南、忙わしくない．

方向に閥してはω2Sinθ（θは風向と束西方向とのな寸角，一15一次ぎ1二，風の加11を考え一ギ11風速そ・T）ものと南北，束棚模灘における海象等に関する研空（中間報告）防災科学枝術総合研究速鞭第1号

1966

S＝2．3×10．3Cω2（S：cm，ω：叩／sec）

この内CはReynolas数にも関係し，大体O．2〜1．2の値をとると考えられるが，一応C＝O．57とおいて得た結果を同図に示して見た．なお風のほかに波による影響も（b〕

或る程度重って測定されていると考られ，この線からのバラッキは波力によるものと推定して，風速がOの場合にもわずかの変位があると兇て，描いたわけである、むすび
観測塔の振動は主として風による振動と考えられ，そ鷹ギの変位は風速10m／sのとき1㎜前後であり，振動の周期

W嗣γ岨

0510
第5図1501一■

1百■■■■■

は塔の固有振動の周期と兇なされることがわかった。詳しい論議はきらに必要な計器をとりそろえて，やりなお風速の成分と変位との関係す機会が得られてからに致したい．

参考文献

西両方向における振動変位との関係を図示すると第6図の結果が得られる．すなわち第5図と異り，両方向とも

1）菱田耕造他（1963）：伊東海洋気象観測塔について．

沿岸海洋研究ノート，Vol．2，No．2，p．42−43．

ほぼ同じような傾向が見られる．前述のように採用した

2）大田友弥（1948）：振動工学

；ぐ

語1E

3）井町w

勇（1960）：機械振動学

4）防災ハンドブック編集委員会（1964）：防災ハンドブック

α2﹇パb〕

α11lwl．二1w1恥＝5

第6図

1015

風速と変位との関係

風は南北方向の成分の大きいものであるから，東西方向についての風の成分と振動変位の関係を示した第5図（b）

は風の成分の大きい場合の例がほとんどない．この事が第5図，第6図の相違にも影響していると恩われるが，むしろ，塔自体の振動が風方向の振動のみと考えたところに原因があり，ある程度回転的な振動をなしているものと考えられる．これらの関係をさらに掘下げて行くには，東西方向の風の強い場合の例も必要であるが，地形上そのことは望み難い．

そこで，第5図（a〕の場合に理論的な考察を行って見ると，さきに示したように（4）式に次の数値

A＝1．O×10㌔

ρ＝1．O×103（その他は前と同じ）を代入して一16一