2022 Fiscal Year Research-status Report
地盤の不整形性と履歴特性を考慮した群杭の非線形杭周地盤ばねのモデル化
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22K14360
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
中野 尊治 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (00805806)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 杭基礎 / 傾斜基盤 / 羽根付き杭 / 群杭 / 振動台実験 / 原位置載荷実験 / 有限要素解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大地震時の杭基礎の応答評価モデルを高度化するためには、杭周地盤の水平抵抗の非線形特性を水平地盤ばねに取り入れる必要がある。水平地盤ばねの剛性と極限地盤反力の算定式は平行成層地盤を前提に定められており、支持層が傾斜した地盤や、地盤改良等の施工上の原因で局所的に土性が変化した地盤への適用性は明確ではない。本研究では、このような地盤を「不整形地盤」と総称し、不整形地盤に建設された杭基礎の水平抵抗性状の解明とモデル化を目的とする。2022年度は特に、支持層の傾斜と、羽根付き杭の施工に伴う杭周地盤の緩みに着目し、それらの要因が杭の水平抵抗に及ぼす影響を分析した。
(1)傾斜支持層の検討：支持層が傾斜した砂地盤に建設された杭基礎を、模型振動台実験のシミュレーションを通じて三次元有限要素法でモデル化した。この解析モデルを実大建物規模に拡張して単杭および群杭のモデルを構築し、静的に杭頭を水平載荷した。その結果、短い杭に応力が集中するという従来の知見に沿った現象に加え、杭長差の大きい群杭の水平地盤抵抗は杭長差がない場合とは異なるという新たな知見が得られた。
(2)羽根付き杭の検討：粘性土に打設された羽根付き杭を、原位置水平載荷実験のシミュレーションを通じて三次元有限要素法でモデル化した。敷地地盤の材料特性と、杭－地盤間の剥離による非線形化、施工に伴う杭周地盤の緩みによる剛性と耐力の低下を考慮することで、解析は実験結果を良好にシミュレートできることを確認した。さらに、杭周地盤の緩みの領域と剛性および耐力の低減率を変数とする感度解析を行い、杭頭荷重と水平地盤抵抗に対する各因子の影響度を把握した。
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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
支持層の傾斜を考慮した検討は途上であるが、水平地盤ばねのモデル化に関する新しい知見が得られている。また、羽根付き杭に関する検討は、羽根付き杭のモデル化に有用な成果を与えているとともに、2023年度に実施予定の地盤改良を考慮した検討の足掛かりともなる。以上より、本研究は「おおむね順調に進展している」と判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)傾斜支持層の検討：2022年度に引き続き、傾斜基盤上に建設された実大規模の杭基礎モデルの解析研究を推進する。2022年度は、表層地盤を砂とした2本群杭を対象とし、杭長を変数とした検討を実施した。2023年度は、2×2群杭や3×2群杭のように杭本数を増やした場合や、表層地盤を粘土とした場合について検討し、杭配置や地盤種別の違いが傾斜基盤上の群杭の水平抵抗に及ぼす影響を検討する。
(2)地盤改良の検討：施工に伴う地盤の不整形性として、2023年度は地盤改良に着目する。地盤改良を併用した杭の模型振動台実験を予定している。また、過年度に実施した原位置実験の結果も用いて、地盤改良を併用した杭の三次元有限要素モデルを構築する。原位置実験は、2022年度にモデル化の対象とした羽根付き杭の実験と同じ敷地で、同じ杭を用いて行ったものである。さらに、三次元有限要素解析に基づいて、地盤改良の範囲や改良体の材料特性といった変数が、杭応力と水平地盤反力に及ぼす影響を検討する。
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