2019 Fiscal Year Research-status Report
極大地震時の軟弱な粘土地盤に建つ杭支持構造物の耐震性能評価法の開発
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19K15138
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
中野 尊治 大阪大学, 工学研究科, 助教 (00805806)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 地盤－構造物の非線形相互作用 / 杭基礎 / 粘土地盤 / 群杭効果 / 杭－地盤間の剥離 / 模型振動台実験 / 有限要素法 / 杭周地盤ばね |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、粘土地盤に建設された杭支持構造物の地震応答性状を実験と解析の両面から明らかにし、その簡易な応答解析手法を開発することを目的とする。具体的には、まず模型振動台実験と三次元FEM解析を通じて、大振幅の入力に起因する地盤の塑性化、杭－地盤間の剥離、群杭効果、杭体の塑性化といった、杭－地盤間の非線形相互作用の各種要因を分析する。さらに、各種の非線形性を実用的な杭周地盤ばねに置き換え、群杭と上部構造を連成させた耐震設計で用いる応答解析モデルを開発する。
このような目的に対して、本年度は以下の成果が得られた。
1) 正方配置群杭に支持された構造物に対して、粘土地盤との比較対象となる砂地盤で過年度に行った模型振動台実験の結果を分析した。与条件として地震動（波形と振幅）とその入力方向（斜め方向を含む）の違いを考慮した。その結果、地震動の入力方向を変えても上部構造の加速度応答に与える影響は小さいのに対し、杭応答は入力方向の影響を受けて杭位置で異なることを明らかにした。また、実験を三次元FEM解析でシミュレーションし、解析の有効性を示した。
2) 群杭の杭周地盤ばねの履歴特性を三次元FEM解析によって評価した。与条件として地盤材料（砂と粘土）、杭配置（配置の形状と杭間隔）、および杭変位の振幅の違いを考慮した。砂地盤との比較から、粘土地盤に建設された群杭では杭－地盤間の剥離が履歴特性に大きな影響を及ぼすことを明らかにした。剥離の状況は隣接杭との位置関係によって異なり、特に直列配置群杭では、端杭と中杭のそれぞれが単杭とは明確に異なる履歴特性を有していた。本年度は杭周地盤ばねのモデル化の端緒として、群杭を等価な1本の杭に集約し、杭変位によって異なる等価剛性と等価減衰定数を評価した。
3) 粘土地盤中の杭支持構造物の模型振動台実験に向けて、実験室での粘土地盤の製作方法を検討した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
模型振動台実験は、本年度中に杭支持構造物の実験を行う予定であったが地盤単体での実験に留まっており、遅れている。一方、砂地盤中の杭支持構造物を対象とした過年度の実験結果の分析と、粘土地盤に建設された群杭の杭周地盤ばねに関する解析的検討を通じて、粘土地盤に設置した杭支持構造物の実験を計画するための基本的な知見を蓄積した。以上の状況を勘案して、本研究は「やや遅れている」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度は、粘土地盤に設置した杭支持構造物の模型振動台実験を実施し、杭周地盤の非線形化（塑性化、剥離など）が、上部構造および杭の応答と杭周地盤ばねの履歴特性に与える影響を実証的に検討する。
三次元FEM解析に基づき、粘土地盤に建設された群杭の杭周地盤ばねの履歴特性を評価する。2019年度は1方向（斜め方向を含む）の繰り返し載荷を想定していたが、2020年度以降は杭変位が2次元的に軌跡を描くような、より地震時の実状に近いと考えられる載荷条件での検討も予定している。
模型振動台実験と三次元FEMから明らかになった杭周地盤の水平抵抗を杭周地盤ばねにモデル化するために、等価剛性と等価減衰定数の評価のみならず、骨格曲線や履歴曲線のモデル化についても検討を進める。
2020年度の早い時期に、砂地盤中の群杭の水平抵抗性状に関する2019年度の検討結果を論文にまとめ、学術雑誌に投稿する予定である。その内容は、粘土地盤中の杭応答を考える際の基礎的な知見となる。
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Research Products
(2 results)
