2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a bridge pier foundation structure that simultaneously realizes high earthquake resistance and excellent economy
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16K18144
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
磯部 公一 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (70452084)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 杭基礎 / 耐震 / 損傷制御設計 / 振動台模型実験 / 数値解析 / 液状化 / 受動杭 / 履歴減衰 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
既製鋼管4本を、履歴型ダンパー機能を有するせん断パネルにより結合した鋼管集成橋脚は、損傷制御設計を適用した新しい橋脚形式である。本橋脚では、死荷重や交通荷重などの鉛直荷重を主部材である鋼管柱が支持し、地震慣性力などの水平荷重を二次部材である横つなぎ材が抵抗することで、地震時の損傷を横つなぎ材のせん断パネルに集約し、主部材である鋼管柱を健全に保つことができる。本研究では、この橋脚に対し基礎を合理化した杭基礎一体型鋼管集成橋脚を提案し、従来のフーチング形式と地震時挙動を比較することで構造成立性を検討した。
具体的には、杭基礎一体型の利点である橋脚と基礎の剛性差の解消による柱基部のひずみの緩和、フーチングの省略による杭基礎の負担重量の軽減、ならびに地中梁の設置による杭体の応答ひずみや杭頭変位の抑制効果を、1/20サイズで作製した模型に対する振動台実験結果と三次元弾塑性FEM解析による再現解析およびパラメトリックスタディーにより明らかにした。
また、杭基礎一体型鋼管集成橋脚はせん断パネルの塑性変形に伴うエネルギー吸収機能がより長く有効に働き、せん断パネル降伏後も主部材に大きな残存耐力を保持するなど、特に軟弱地盤において優れた変形性能を有することを明らかにした。これは、液状化するような軟弱地盤では地震時の応答変位が大きいことから、フーチングのような抵抗面積の大きな構造体が地中に存在したときには、大きな抵抗となるのに対し、フーチングを省略した本構造では抵抗面積が減少し、周辺地盤がすり抜ける受動杭のような振る舞いをすることに起因している。その抵抗力を，新たな模型実験とその数値解析により定量的に評価した。
以上の成果に基づき、新しく提案した耐震性と経済性を同時に実現する橋梁構造を効率的かつ合理的に設計するための基礎データの整理、整備した。
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