2020 Fiscal Year Annual Research Report
老朽開水路内に配管される圧力パイプラインの力学挙動の解明と耐震設計手法の確立
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20H00441
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
河端 俊典 神戸大学, 農学研究科, 教授 (20335425)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井上 一哉 神戸大学, 農学研究科, 准教授 (00362765)
澤田 豊 神戸大学, 農学研究科, 准教授 (60631629)
毛利 栄征 茨城大学, 農学部, 教授 (90373224)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | パイプライン / 開水路 / 屈曲部 / 模型実験 / ひずみ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
既設開水路内に管路を敷設する開水路内配管工法の確立を目標に，令和2年度には，スラスト力を受ける管路屈曲部の力学挙動解明に向けた模型実験を実施した．実験では，幅1500mm，奥行600mm，高さ500mmの土槽内に，外径114mm，管軸方向600mmの模型管ならびに既設開水路を模擬したアルミ製板を設置し，相対密度80％の珪砂で埋め戻し，0.5mm/分の変位制御で模型管を水平載荷した．実験条件として，開水路の老朽化度（側壁の分割などで再現）ならびに模型管と側壁の距離を変えた．実験結果より，開水路側壁が健全である場合，管の水平抵抗力は，開水路無しの場合よりも大きく，スラスト力に対する反力壁として，側壁が有効であることがわかった．また，側壁と管の距離が増加するに従い，管の水平抵抗力が小さくなることがわかった．さらに，スラスト力に対する管の変位を予測することを目的に，抵抗力と変位の関係式について検討した．抵抗力を最大抵抗力，変位を最大抵抗力が発生する変位で除すことで無次元化し，既往研究で提案されている双曲線で近似した．その結果，無次元変位と無次元抵抗力の関係は，側壁と管との距離によらず概ね一致するとともに，双曲線で近似できることが明らかとなった．
上記の管路屈曲部の力学挙動の検討に加え，令和2年度には，管底側部の応力集中の緩和を目的とした基礎部材を提案し，その有効性を模型実験から検討した．実験では，幅600mm，奥行400mm，高さ350mmの模型地盤に，外径165mm，管厚2.5mmの模型管を相対密度30%の珪砂で埋め戻し，50kPaで地表面載荷した．実験条件として，部材の形状と弾性係数を変えた．実験結果より，弾性係数の違いが管の変形に及ぼす影響は小さく，形状に関しては，管を面で支持する部材に限らず，製作が容易な直線形の点で支持する部材でも局所的なひずみを抑制する効果が確認された．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和2年度の当初計画で掲げた管路屈曲部を対象とした水平載荷実験に加え，管底側部の応力集中の緩和を目的とした基礎部材に関する模型実験を実施した．これらの実験から開水路内に敷設された曲管の水平変位時の力学挙動ならびに基礎部材の有無によるたわみ性管の変形挙動について多くの知見を得た．このことから，現在までの進捗状況としては，概ね順調に進んでいるといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度には，既設開水路内に2本の管路が敷設される二条配管時の力学挙動について解明するため，小型土槽内で水平載荷実験を行う．2本の模型管にスラスト力を模擬した一定荷重を負荷し，両者の変位を測定する．実験は，埋設管の設置深さ，地盤密度，二条配管の離隔距離を変えた条件で多数行い，単独埋設時の挙動と比較することで，2本の管路の相互作用を明らかにする．模型実験に加えて，個別要素法解析を実施し，地盤内の応力状態に関して考察を加える．
上記に加え，耐震性に関する検討の一つとして，浮上防止対策の提案と効果の検証を行う．一般に地下水位が高い場所に管が埋設される場合，特に地震による液状化時に浮上しないように，十分な土被りを確保する必要がある．しかしながら，開水路内配管工法では，既設開水路内に管路を敷設することから，土被りが制限され，十分な鉛直土圧が見込めず，浮上防止対策を行う必要がある．そこで，複数の浮上防止対策を提案し，模型管の引き上げ実験から提案対策工法の有効性を検証する．土槽内に口径250mmの模型管路を埋設し，鉛直上方向に載荷（浮力を模擬）する．実験に使用する土槽は鋼板製で作製する．地盤材料として，大学所有の6・7混合珪砂や砕石を使用する．また，浮上対策としては，ジオグリッドやジオセルなどを用いて，周辺地盤の一体化を図る．地盤内に設置された土圧計の計測結果や画像解析から，地盤の一体化の程度およびそのメカニズムについて解明を図る．
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Research Products
(3 results)
