浅喫水浮体式構造物の弾性応答について

On the Hydoroelastic Responses of a Flexible Floating Structure with Shallow Draft

矢後清和* 千秋貞仁* 大久保寛*** 遠藤久芳* 関田欣治**

Kiyokazu Yago Sadayoshi Chiaki Hiroshi Ohkubo Hisayoshi Endo Kinji Sekita

*運輸省船舶技術研究所 東京都三鷹市新川6−38−1

Ship Research Institute 6-38-1,Sinkawa.Mitaka,Tokyo 181,Japan

**東海大学海洋学部 静岡県清水市折戸3−20−1

School of Marine Science and Technology,Tokai University3-20-1

Orido.Shimizu,Shizuoka 424.Japan

***新日本製鐵株式会社 相模原市西橋本5−9−1

Nippon Steel Corporation 5-9-1.Nishihashimoto.Sagamihara,Kanagawa 229,Japan

KEYWORD: Large floating structure. Mege-Float, Hydroelasticity

ABSTRACT

A pontoon type large floating structure was highlighted since The Floating Structures Association of Japan proposed a new concept as a floating airport in 1994 .

The structure is supposed to be mat-like structure with length of 4 to 5 kilometers and depth of 5 meters. It has been pointed out that hydroelastic response plays significant role in such flat and flexible structures. The concept was further developed by The Technological Research Association of Mega-Float which was established in 1995. They constructed a 300 meter long prototype structure to carry out at-se a experiment.

The authors carried out tank tests to investigate hydroelastic response of the prototype structure using its scale model. The model was designed under the law of similitude to have elastically similar bending rigidity with 300 meter long prototype structure. The analysis method based on 2-D structure and 2-D fluid modeling has been established in which the structure is approximated as a rectangular plate and the hydrodynamic characteristics is evaluated using the pressure distribution method based on the zero-draft Green function. The equation of motion, in which the interaction between structure and fluid is taken into account, is solved by the direct procedure. The calculated results show quite satisfactory agreement with the experiment and the study has highlighted some remarkable characteristics concerning hydroelastic behavior.

1.まえがき

海洋空間の有効利用に関する関心は、国土が狭く周囲を海に囲まれている日本において高まりつつある。近年、長さ数kmにもおよぶ浮体式海洋構造物により海上空港などを造ろうという構想が提案されている。こうした超大型浮体式構造物は関西空港第1期工事以来、半潜水式浮体構造物を中心に各方面で種々の形式のものが検討されてきているが、現在、マリンフロート推進機構が1994年に提案したポンツーン型浮体形式1）が有望視されている。この構想では、長さ4000m×幅1250m、型深さ4.5mの浮体が考えられており、耐用年教100年を想定している、このような状況の中で、1995年にはメガフロート技術研究組合が発足し、長さ300m×幅60mのポンツーン型浮体を用いた実海域実証実験を含む、広範な研究が行われている。超大型浮体式構造物は、長さ、幅に対し型深さが1/1000程度のオーダーになるため、相対的に曲げ剛性が小さくなり、従来の船舶などのように比較的小型の浮体では波浪中において剛体運動が支配的だったのに対し弾性応答が支配的になる。よって、動的な意味で、波浪による弾性応答を精度良く評価する事が設計にとって重要となる。しかし、現段階で数kmの超大型浮体式構造物の弾性応答の数値解析手法が確立されているとは言い難く、模型試験にしても数十ｍにおよぶ模型とそれを試験する大型水槽が必要となり簡単ではない。

本研究では、数千m規模の浮体の弾性応答の推定手法を確立するための第一段階と位置付け、メガフロート技術研究組合の実海域実証実験用浮体を想定した水槽模型試験と数値解析を実施した。水槽試験は、300×60mの全体浮体についての試験と、100×20mのユニット浮体2隻の洋上接合を想定した試験の2種類を実施した。数値解析は、基本的に直接法を用い、流体力計算に圧力分布法、構造計算に有限要素法を適用した。

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