橋脚前面の局所流に関する実験的研究

Abstract

橋脚周辺に生じる局所的な深堀れが, 橋脚をとりかこむ形で発生する水平軸をもつ渦によることが既に指摘されている1)。この渦は, それを構成する流体が常に上流側の主流から供給されるという点で, 二次元的な渦(たとえば水路急縮部や段上り部の前面の渦)と性質を異にする。しかし, 渦の機構が三次元的であるためのその定量的な取扱いは非常に困難であり, 現在のところこれといった方法は報告されていない。著者はこのような渦の機構を定量的に把握するために, 境界条件がもっとも簡単であると考えられる平滑な固定床上に設置された1っの橋脚の周辺の渦について乱流・層流の両方の状態の下で詳細な実験を行なって来た2周。本報告は, 水路の中央断面内における二次元的な流れの場を明らかにすることは渦の全体的な機構を知る一つの基準になるという観点から, その平面内の流れについて実験的に検討したものである。すなわち, その平面内の流れを表示する一つのモデルを設定し, そのモデルの中に含まれる諸定数を実験によって決定し, 次にそれらにもとづいて流れのパターンや境界面における流速分布などをとくに渦の近傍について検討した。

It has been appointed that the local scour around a bridge pier is due to horse-shoe vorticeswith horizontal axes around the pier. The vortex being three-dimensional, the analytical methodto predict the behavior of it has not been established so far. In this paper, the author tried toanalyse the flow pattern in the central section of the channel by means of the model that supposesa vortex filament and a point sink at the position of the vortex axe. The experimental studyshows that the strength k of the vortex filament and the position of the vortex axe is decided bythe approaching velocity and the ratio between radius of the pier and the water depth respectively.On these results, the position of the separation, the flow pattern and the velocity distribution alongthe water surface, channel bed and the surface of the pier is calculated by the model. Comparisonbetween the analytical results and the experimental ones shows fairly good agreement by theapplopriate choice of k-value.