骨組要素モデルを用いた超大型浮体構造の動的弾性挙動に関する研究

坪郷 尚*1、番場 憲浩*2、岡田博雄*1

A Study on the Dynamic Behavior of Large Scale Floating Structures Using Beam Element Models

By Takashi TSUBOGO , Norihiro BANBA and Hiroo OKADA

ABSTRACT

A number of studies on the dynamic structural analysis of large scale floating structures with length or breadth to the order of several thousands of meters have been done by several authors, as reviewed by MIYAJIMA et al.1) Several studies in the above reports deal with the basic characteristics of the vertical vibrations of the structure modeled as a beam or plate on elastic foundation3)4)5)6)7)8). Especially SUZUKI and YOSHIDA6) have given relatively accurate prediction for the deflection and stress of the structure at lower frequency zone by deriving the analytical solution of such models.

This paper firstly deals with the dynamic behavior of a large scale floating structure(about 4560m×1000m), by the analytical method. Characteristics of the dynamic behavior of the structure are discussed including the characteristic wave number derived by SUZUKI and YOSHIDA. Finally, the dynamic behavior for the same structure replaced with a plane framework is also investigated by applying FEM. The modes and natural circular frequencies obtained are compared with those of the beam analysis. And it is pointed out that not only vertical bending vibrations but horizontal bending vibrations and longitudinal vibrations also are dominant.

Keywords Large Scale Floating Structure, Beam Model, Characteristic Wave Number, Characteristic Frequency, Framework Model.

1. 緒言

近年、長さや幅がkmのオーダーを有する大規模浮体式構造物の計画が進む中、それについての研究も盛んに行われている。この方面の研究をまとめたものとして宮島ら1）2）の解説とその参考文献は大いに参考となる。さて、これらの研究の内、最も基本的なものとして、大型浮体を弾性基礎上の梁(板）としてモデル化し、その大域的特性を調べた研究がいくつか挙げられる3)4）5）6）7）8）。中でも、鈴木ら6）による、特性波数（特性局波数）の指摘とその理論的説明は注目に値する。これらの成果は、彼らが支配方程式の解析解を求めたこと6）に起因している。逆に、これは土岐3）らの解法に若干問題点が存在する事を示唆するが、これについての議論は別の機会に譲ることにする。

本研究では、まず鈴木らの研究をさらに押し、特性波数等、基本特性について再考察する。その後、4560m×1000mの海上空港を想定したポンツーン型浮体構造を例に取り、この構造の動的弾性挙動について考察する。まず、この浮体を2種類の梁に置き換え、この浮体構造の大域的特性を押さえる。さらに構造全体を弾性交床上の平面骨組構造に置き換え、固有振動特性等についてFEM計算を行う。これらの結果、特に係留のないポンツーン型浮体構造に関しては、鉛直方向の振動のみならず、水平面内の曲げ振動や伸縮振動も考慮に入れなければならない点を指摘する。

2. 弾性交床上一様梁モデルでの応答特性

超大型浮体を弾性交床上の梁にモデル化した場合（Fig.1）の支配方程式は次のようになる。

*1 大阪府立大学工学部

*2 松尾橋梁（研究当時大阪府立大学大学院工学研究科）

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