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機械系技術者が知っておくべき3大事故  忘れたらアカン、ものづくり

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。

今日は、機械系技術者が知っておくべき3大事故について少し、記します。


機械設計者にとって、考慮すべき現象の考慮がされずに発生した古典的な
事故について述べます。

事故が発生して初めて、これらの現象についての重大性が初めて認識されて、
その後の技術の進展に多大な貢献をした事故です(いささか不謹慎ではありますが)。
なお、本項は日本機械学会誌に東京大学の中尾先生がお書きになった解説を
元にしています。本文献は、直接見ることが難しい方は、先生のお書きになられた
書籍を参考にしてください。

1.タコマ橋(アメリカ合衆国);流体振動による自励振動現象
  1940年完成のアメリカ合衆国ワシントン州タコマ(Tacoma)市の海峡、タコマ
ナローズに架けられた初代の吊り橋の破壊現象です。完成から4か月後に、風速
19m/secの弱い横風で落橋しました。
  1940年7月1日の完成直後から、横風が吹くと上下に大きく振動することがわかり、
その解析と補強方法の対策を検討するために、ワシントン大学で風洞模型実験が
進められていました。11月7日に、振動が激しいとの現地からの報告により、ワシントン
大学のフォーカーソン博士のグループが,16mmフィルムにより橋の状態を落橋に至るまで
撮影を行いました。

 1.1落橋までの経過
    最初は中央のスパンで蛇が蛇行するように上下振動していたものが、風速
19m/secに達した時点で、大きなねじれ振動に変化しました。このような揺れが1時間ほど
続いた後、中央スパンの4分の1点で桁が座屈し、橋床が落下しました。
この直後に最終的な崩壊が始まり、結果として中央スパン間では橋桁がケーブルから
ちぎれて崩落しました。

 1.2落橋の原因
    橋の破損の原因は、横風により吊り橋が自励振動したためです。当時の知見では
この振動現象の原因がわかりませんでした。ちょうど風洞模型実験が行われている最中
事故が発生しました。

この橋の設計は設計者であるモイセーエフ氏のたわみ理論により設計されました。これは
「吊り橋のスパンが長くなれば長くなるほどケーブルの自重が橋桁の自重に比較して相対的に
大きくなって車両や人など橋の上を動くものの荷重は橋桁よりもケーブルのたわみにより支え
られる。」というもので、タコマ橋はこの理論により建設されました。この理論はスパンの長い
吊り橋を建設するためには橋桁の部材を節約できるため、コスト的に都合の良い理論といえます。
タコマ橋の橋桁は扁平なH形で、剛性を上げるために斜め部材を張るような、ねじれ対策は
行われていませんでした。

    落橋後の風洞模型実験により、落橋の2つの要因が明らかにされました。
 (1)橋桁の剛性不足により、たわみやすくねじれやすい構造であった。このため、風によ
    り簡単に振動が始まってしまった。
 (2)橋桁の形状が空気力学的に振動を起こしやすかった。橋桁はH形であるため、桁の上下に
   空気のはく離により端での渦が発生して橋桁を上下に振動させ、さらには渦の発生する
   タイミングが橋桁の振動と一致してしまい、更に大きい渦を発生させることになる自励振動と
   いう現象を発生させる。

 1.3対策
    橋桁の剛性の重要性が認識された結果、新しいタコマ橋は風を通しやすくして、剛性を
上げたトラス構造を採用しました。これは日本で設計された瀬戸大橋でも踏襲されており、
風速80m/secの台風でも耐えられる構造になっています。


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tag : 疲労 事故

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