2016 Fiscal Year Annual Research Report
大地震時の軸力変動を考慮した地盤と杭体の破壊過程の解明および杭基礎の終局限界評価
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16H02374
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
田村 修次 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 准教授 (40313837)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
河野 進 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (30283493)
木村 祥裕 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (60280997)
林 和宏 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40725636)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 杭基礎 / 大地震 / 耐震設計 / 液状化 / 終局限界 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
群杭の地震支持力評価では、砂地盤とアルミ合金杭を用い遠心場において群杭（２×３）、４本杭（２×２）に対する静的水平交番載荷、および単杭の鉛直載荷（単調および交番）実験を行った。群杭の軸力変動特性では、転倒モーメントによる引抜き力が隅杭の引抜き抵抗よりも小さい場合、中杭の軸力変動は小さいこと、引抜き力が隅杭の引抜き抵抗に達すると、中杭にも引抜き力が生じることが分かった。これは、回転中心が押込み側に移動したためである。現状の多くの杭は、大地震時の杭の引抜きを考慮していない。このことは、大地震に中杭の軸力変動が想定外に大きくなることを示唆している。
モルタル杭の遠心実験では、超小型鉄筋モルタル杭を用い、遠心場で杭単体および地盤－杭系の交番水平載荷試験を実施し、杭体のM-φとの関係と杭頭水平力による杭基礎の終局限界状態を検討した。また、液状化地盤‐モルタル杭‐上部構造物系の振動実験を行い、杭の損傷と上部構造物の応答および沈下・傾斜について検討した。
コンクリート杭系の杭では、外径400mmの杭体（SC6体，PRC2体，PHR2体）について曲げ載荷実験を行い、終局時における耐力と変形性能を得た。これまで実験が少ない引張軸力比-0.4や圧縮軸力比0.52の試験体が含まれ、貴重なデータである。また、同じ杭径の杭体（PRC6体，PHC3体）について、逆対称曲げせん断載荷実験を行い、終局せん断耐力を確認した。ここでも、軸力比が0.2を超えると、せん断耐力がAIJ指針式に到達しない場合があることが分かった。
鋼管杭では、杭頭部にコンクリートを充填した鋼管杭の正負交番載荷実験と数値解析を行い、軸力比の違いが充填コンクリートと鋼管の応力伝達機構および杭頭部にコンクリートを充填した鋼管杭の座屈性状と最大耐力、塑性変形能力、履歴吸収エネルギーを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
遠心場において、上部構造物の重心位置で鉛直変位・回転フリーの境界条件で水平交番載荷することは、これまで例の無い試みであった。強度、重量バランス、総重量を考慮した載荷の治具の設計は困難であった。綿密な計算のもと設計を行い、予定した実験を行うことができた。ひずみゲージをアルミ合金パイプの内部に張ったことで、良い精度の実験データを得ることができた。その結果、これまでの常識を覆す実験データを得ることができた。また、モルタル杭の遠心実験では、当初、遠心場での交番載荷実験の予定であったが、実験を順調に進めることができ、液状化地盤の遠心実験もすることができた。遠心場における地盤－コンクリート系杭の破壊実験は、世界的にも新規性の高いものである。コンクリート系杭では、実験が少ない引張軸力比-0.4や圧縮軸力比0.52の試験体が含まれ、軸力比が0.2を超えるとせん断耐力がAIJ指針式に到達しない場合があるなど、貴重なデータを得ることができた。鋼管杭では、充填コンクリートと鋼管の変形性能を明らかにしている。以上から、本プロジェクトは、「当初の計画以上に進展している」と判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
大地震時における群杭の支持特性では、地盤－群杭（滑らかな表面）－上部構造物系の遠心場振動実験を行い、H28年度に行った群杭の水平載荷試験、単杭の鉛直載荷試験と比較することで、地震時における周面摩擦力や先端支持力が、常時とどのように異なるのか、また、そのメカニズムを明らかにする。さらに、表面の粗い杭に対しても、群杭の水平載荷試験、単杭の鉛直載荷試験を行い、杭表面粗さが杭の地震時支持特性に及ぼす影響を検討する。また、熊本地震における杭基礎の破壊事例に対しても、積極的に調査を行い、実地震の被害事例についても検討する。
鋼管杭における杭頭部の圧縮座屈試験では、昨年度は，杭頭部から反曲点位置までを対象として，軸力と曲げを受ける鋼管杭の繰り返し載荷実験を行い，軸力比と杭の最大耐力・塑性変形能力との関係を明らかにした。今年度は鋼管内に設置されるずれ止めにより充填コンクリートと鋼管との応力伝達機構を明らかにするために，圧縮座屈試験を行い，ずれ止めによる杭の最大耐力及び塑性変形能力への影響を明らかにする。
コンクリート系杭における杭頭接合の載荷試験では、SC杭および耐震杭に対し、軸力と曲げを受ける杭頭接合部の載荷実験を行い、耐震性状を明らかにする。さらに、コンクリート系杭体の曲げおよびせん断挙動の数値解析モデルを開発する。
モルタル杭の遠心載荷実験では、超小型鉄筋モルタル杭を用い、地盤－杭－構造物系の振動台実験を行い、大地震におけるRC系杭の応答の軸力依存性、破壊過程を検討する。特に杭がどのような破壊挙動を呈することで上部構造物が沈下・傾斜するか、また応答が変化するかに着目する。
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