2021 Fiscal Year Annual Research Report
高耐震性を有する直接基礎建物を可能とする既存杭を活用した複合地盤の開発
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20H02306
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
柏 尚稔 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (40550132)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石原 直 国土技術政策総合研究所, 建築研究部, 室長 (50370747)
大村 早紀 国立研究開発法人建築研究所, 構造研究グループ, 研究員 (70848283) [Withdrawn]
中川 博人 国立研究開発法人建築研究所, 構造研究グループ, 研究員 (80713007)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 建築構造 / 基礎構造 / 地盤工学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
都市の再生の機運が高まっている中において、建物の建替えを計画する際には既存杭の処理が大きな問題となる。しかし、既存杭を有用物として捉えて再利用することができれば、環境負荷の問題に対して多大な貢献が可能となる。さらに、既存杭を含む敷地地盤に対する適切な補強により地盤の支持力を高めて、新築建物の基礎形式を直接基礎として設計できれば、浮き上がり挙動など建物の損傷低減に繋がる現象を利用して、極大地震に対してレジリエントな建物の設計機構を実現することも可能と考えられる。本研究課題では、既存杭と地盤の両方が安定的な支持力を発揮できる複合地盤の設計法を示すとともに、複合地盤上の建物の巨大地震に対するレジリエンスの評価手法を提案することを目的としている。今年度の成果は次の通りである。
・せん断土槽と遠心載荷装置を用いて、埋め込みを有する直接基礎建物の振動台実験を実施した。模型地盤としては砂質土を用い、直接基礎、地中杭あり直接基礎、杭基礎の実験を実施した。
・実験では、既存杭の有無が建物の地震応答に及ぼす影響は小さく、杭頭絶縁基礎を適用した建物の地震応答は直接基礎のそれと同等である一方、杭頭絶縁基礎建物の弾性変形成分は杭基礎建物のそれより小さくなることが分かった。
・杭頭絶縁基礎建物の地震応答が大きくなると、深部での地中の杭の軸力は杭頭部よりも大きく変動するため、杭頭だけでなく、杭周面摩擦抵抗が建物に対する杭頭絶縁基礎の支持性能に寄与する可能性が示唆されることを示した。
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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
本研究課題では、模型振動実験と有限要素法を用いたシミュレーション解析を通じて、（課題①）建物の浮き上がり挙動など大地震時特有の非線形挙動を含めて直接基礎建物の地震応答性状を把握すると共に、地盤－建物連成系の地震応答評価するに当たって考慮すべき影響因子を抽出すること、（課題②）直接基礎建物の機能継続性を担保するために必要な複合地盤の耐震性能を明確にし、設計での評価指標とモデル化手法を明らかにすること、の2段階で推進することを計画している。
このうち、2020年度は課題①、②を実施した。課題①では遠心場における模型実験により、地中に杭を有する場合の直接基礎建物の地震応答に関する有意な実験結果を得た。課題②では、地中の杭のモデル化手法および建物と地盤のモデル化手法に関する検討を実施した。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は以下のA)、B)を実施する予定である。
A) 今年度の実験ではせん断土槽を用いて、地盤の地震応答を考慮した条件下で、直接基礎建物の地震時挙動を把握する遠心模型実験を実施した。実験で用いた模型地盤は砂質土であるが、砂質土は拘束圧依存性を有し、直接基礎建物に対して十分な地耐力を有するものであった。本研究において目標としている、杭と地盤の両方の支持性能に期待する直接基礎を設計するためには、地盤の地耐力の低い実験データを得る必要がある。そこで、重力場の実験となるが、軟弱粘性土を模型地盤とする振動実験を実施する。
B) 解析では、3次元FEM解析を利用した解析的な検討を軸として、今年度までに実施した実験結果をベースとして、現象をシミュレーションできる解析モデルを構築する。実験の良好なシミュレーション結果を得るために重要となるパラメータを把握することによって、直接基礎を設計する際に留意すべき因子を抽出し、設計クライテリアの規定につなげる。
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