研究内容

ライザー管などの水中線状構造物にとって上部浮体の動揺および潮流による振動は疲労被害を大きくする原因となり、設計上考慮すべき現象です。そのため上部浮体と水中線状構造物の接続部にはボールジョイントやベンドスティフナーと呼ばれる端部の曲げモーメントを低減するための機構を取り付けることが多く、懸垂式の構造物では接続部をチェーン吊りにして曲げモーメントを逃がすような機構が採用されています。この研究では水中線状構造物の中間部、特に管と管を接続するフランジ部に制振機構を設け、管全体の振動を抑制する方法を検討しました。
制振機構は建築物の免震機構を参考にして図1のような模型を製作し、これを模擬した鋼管パイプ模型の間に取り付けました。模型試験は海上技術安全研究所内の深海水槽で行い、上部浮体の動揺を想定し、上端部に強制加振装置を用いて強制的な水平変位を与え、このときのパイプ模型の挙動を計測しました。水槽試験の様子を図2に示します。また水槽試験の計測結果をもとに、海洋開発の分野で広く用いられている商用ソフトウェアである「OrcaFlex」を用いて数値シミュレーションを行い、制振機構の有効性を検証しました。
上端強制加振試験の結果の一例として振幅分布の比較を図3に示します。振幅は上端加振振幅で割って無次元化しています。制振機構なしのケースで最も振幅が大きくなり、積層ゴム式、バネ式、ダンパー式の順に振幅が減少し、最も振幅が減少したダンパー式では制振機構なしと比較して最大4割の振幅低減効果が得られました。数値シミュレーション結果と水槽試験結果の比較を図4に示します。上端固定時の制振機構なしとダンパー式の制振機構を取り付けたケースそれぞれで数値シミュレーション結果と水槽試験結果はおおよその一致が得られました。また、数値シミュレーションで曲げモーメントの分布を比較すると、上端固定のケースでは制振機構を取り付けた位置でモーメントが減少するだけでなく管の下側および上端接続部においても曲げモーメントが低減しました。

本研究はJSPS科研費 JP 26630461の助成を受けたものです。

本研究の詳細は2024年にJMST(Journal of Marine Science and Technology)に発表した論文を御覧ください。( ダウンロード 、Open Access)