表層地盤の増幅を考慮した地盤-建物連成系の非線形振動モデルの提案

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650574
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 日下部 馨 神戸大学, 工学部, 教授 (80027250)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 前田 幸典 神戸大学, 工学部, 助手 (00116253)
• Keywords: 表層地盤の増幅 / 土の非線形 / 地盤-建物連成系 / 地盤剛性の緩み領域 / 地盤-杭基礎系 / 薄層要素法 / 杭基礎の起振機試験 / 複素バネ剛性

Research Abstract

本研究課題では、表層地盤の増幅効果および地盤と建物との動的相互作用効果を考慮した建物の弾塑性地震応答解析を通し、建築構造物の耐震安全性を評価するための適切な振動モデルを提案することにある。このプロジェクトの最終年である本年度は、(1)地盤-杭基礎系の実験によるインピーダンス評価法、(2)地盤-杭基礎系の理論解析によるインピーダンス評価法、(3)地盤との相互作用を考慮した建物の地震応答解析法および振動モデルの提案、を行うことにある。以下に、本年度に行った研究実績の概要を記述する。
(1)実大杭を対象とした地盤-杭基礎系の起振機試験で得られている振幅特性および位相特性を用いて、杭基礎の複素剛性(インピーダンス、バネ剛性と粘性減衰係数)を評価する方法を提案した。杭の地表面レベルを水平方向に加振すると回転成分が、また杭の地表面レベルに転倒モーメントを与えると水平方向の変位が生じる。それらの成分を起振機試験結果から一般に抽出することは困難であるが、理論解の関係を利用することで可能にしている。
(2)薄層要素法により地盤-杭基礎系の振動特性を評価する解析モデルにおいて、杭周に境界(緩み)領域を設け、その領域の平均ひずみ量に応じてせん断剛性等を評価しながら地盤の非線形性を考慮する手法を提案し、地表近くでは剛性低下が極端に生じる知見が得られている。
(3)地盤-建物連成系の振動モデルを構築する方法として、振動数に依存する地盤の動特性(グランド・コンプライアンス)を、振動数に独立なバネとダッシュ・ポットから成る振動系に置換することにより、可能としている。さらに、地盤のひずみ量に応じて、バネ剛性、減衰定数を評価することにより、土の非線形性を考慮した地盤-建物連成系の弾塑性地震応答解析を可能としている。数値解析から、表層地盤での地震動の増幅が大きいこと、地盤との連成で建物の最大応答は20%〜30%減少するが、場合により大きくなることもあること、土が塑性化すると減衰効果が現れるが、必ずしも応答は小さくはならないこと等が分かり、重要な建物では動的解析で安全性の検討・確認の必要なことが指摘できる。`

Research Products

• [Publications] 吉澤幹夫: "土の非線形を考慮した地盤-根入れ基礎系の水平複素剛性"日本建築学会構造系論文. 第547号. 67-74 (2001)
• [Publications] Yoshizawa Mikio: "Phase Characteristics Effects of Simulated Earthquake Motion on Responses of Dynamic Soil-Structure Interaction System"Memoirs of Graduate School of Science & Technology ; Kobe Univ.. (印刷中). (2002)
• [Publications] 柳井真治: "表層地盤のスウエイ・ロッキング特性を考慮した建物の地震応答解析"日本建築学会近畿支部研究報告集. 第41号・構造系. 25-28 (2001)
• [Publications] 金澤隆範: "常時微動測定記録のウエーブレット変換による建築構造物の動特性の推定"日本建築学会近畿支部研究報告集. 第41号・構造系. 53-56 (2001)
• [Publications] 前田幸典: "質量・剛性・減衰係数が未知である建築構造物のモードパラメーターの同定"日本建築学会大会学術講演梗概集. B-2構造II. 519-522 (2001)