建物－地盤連成系のパイルド・ラフト基礎の地震応答評価法

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K18180
• Research Institution: Muroran Institute of Technology
• Principal Investigator: 永井 宏 室蘭工業大学, 工学研究科, 助教 (70413797)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: パイルド・ラフト基礎 / 地震応答 / 数値解析 / 動的相互作用 / 動的地盤ばね / 地震時杭応力 / Sway-Rockingモデル

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，直接基礎と摩擦杭の併用形式であるパイルド・ラフト基礎の大地震時応答の評価を目的としている．
平成28年度は，まず建物－地盤連成FEM解析モデルを用いて大地震動を想定した時刻歴応答解析を行い，パイルド・ラフト基礎の地震応答の定量的な評価を行った．種々の地盤構造を対象として，地震動レベルや基礎スラブ-地盤間の滑動の有無，従来の基礎形式との比較を踏まえて検討を行った．得られた知見のうち主なものは以下の通りである．パイルド・ラフト基礎では，①ラフト底面直下の地盤の剛性低下が先行するため，ラフトと地盤との境界で基礎全面に渡って滑動する可能性は低い．②水平動および回転動に対する地盤抵抗を表現する動的地盤ばねの剛性は地盤の非線形挙動により小さくなるが，その低下率は従来の基礎形式と同程度となる．③杭応力は大地震時でもラフト接地によって大幅に低減される．次に，有限要素法と薄層要素法を組み合わせた解析法を用いて基礎の形状や地盤の条件を変化させたパラメトリック解析を行い，動的地盤ばね（水平成分，回転成分）の特性を検討した．パイルド・ラフト基礎の動的地盤ばねの振動数依存性は杭基礎よりも抑制される．また，パイルド・ラフト基礎の動的地盤ばねを直接基礎と杭基礎の動的地盤ばねの和に対する係数（低振動数での初期係数と振動数依存性を表す係数で構成）として定式化する方法を検討した．現在，軟弱地盤での適用が多いパイルド・ラフト基礎の性能設計が望まれていると共に，基礎構造における2次設計への気運が高まっているため，本研究結果は耐震設計への一助になると考える．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

平成28年度の実施計画では，建物-地盤連成FEMモデルによる地震応答解析，動的地盤ばねの特性，動的地盤ばねのモデル化の検討を行う予定であった．このうち，地震応答解析にて建物の固有周期に関する解析が一部残っている．また，FEM解析結果による動的地盤ばねのモデル化が検討中である．以上のことから，「若干の遅れ」と自己評価した．

Strategy for Future Research Activity

今後はまず地震応答解析，動的地盤ばねのモデル化に対する検討を完了させる．その後，当初の計画に沿って平成29年度に予定していた研究を進めていく．モデル化した動的地盤ばねを簡易動的連成系モデル（Sway-Rockingモデル）に導入し，地震時の建物応答の計算を行う．FEM解析結果と比較して連成系の建物周期や増幅特性を検証すると共に，振動特性に寄与する水平変位成分ならびに，建物・基礎の慣性力と地盤変位の作用関係を分析する．更に，建物慣性力および地盤震動による基礎への作用地震荷重によって生じる杭応力を既往研究で構築した解析プログラムＨＹ解析法にて算出する．この杭の応力分布，建物・基礎の慣性力と地盤変位の位相差を踏まえて，動的相互作用を考慮した地震時における杭の最大曲げ応力分布の評価法について検討する予定である．

Causes of Carryover

次年度使用額が生じた理由としては，解析データ保存用の記憶装置が予定よりも若干安価であったこと，また解析データの検証・考察の観点から自前でデータ整理を行い，人件費を使用しなかったことがあげられる．

Expenditure Plan for Carryover Budget

これらの金額と翌年度分として請求した助成金と合わせた使用計画としては，膨大な解析データの整理のための人件費を増やすこと，学術論文の投稿料として使用することを計画している．