2013 Fiscal Year Annual Research Report
大地震時における建物機能維持を目指した既存杭基礎への耐震補強法の開発
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25709049
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Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
柏 尚稔 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40550132)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 耐震工学 / 基礎構造 / 杭基礎 / 振動台実験 |
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| Research Abstract |
本研究課題では、大地震に対する耐震性能が確保されていない既存の杭基礎建物に着目し、その耐震性能の向上を目指して、精度の高い耐震診断法の確立と、地盤改良を利用することにより地震に対して建物の安全性と機能維持性を向上させる耐震改修工法の提案を目的としている。今年度については上記目的の端緒として、杭周囲地盤への地盤改良工法（以下、地盤改良併用杭基礎工法）の有効性を確認するために、小型振動台を用いた地盤改良併用杭基礎建物模型の振動台実験を実施した。
実験は大阪大学所有の小型振動台を用いて実施した。本実験では地盤材料には乾燥した豊浦砂を用い、杭基礎建物模型は4層の上部構造をアクリル製の杭で支持する構造としている。実験ケースとしては、改良地盤がないケースと杭周の改良地盤があるケースの2つの実験を比較して、改良地盤が杭基礎建物の地震応答に及ぼす影響を分析している。また、対象とする地震波は、設計でよく用いられる告示波（Lv.2）に加えて、杭基礎の被害が多くみられた兵庫県南部地震波としている。実験結果としては、杭に作用する応力として曲げモーメントと、上部構造物に作用する外力として加速度を計測し、上部構造の加速度を用いて杭頭地盤ばねの同定を試みた。得られた知見を以下に示す。
・杭周に地盤改良を適用することにより、地震時に生じる杭の曲げモーメントを低減させることができ、入力地震動が増大しても改良地盤の効果が認められる。一方、本実験においては、改良地盤が上部構造の加速度応答および杭頭に作用するせん断力に及ぼす影響は小さい。
・等価線形の杭頭水平ばねを用いたスウェイモデルにより、実験における杭頭水平ばねの剛性と減衰係数を推定した。その結果、小さな入力から大きな入力地震動に至るまで、杭周の改良地盤によって杭頭水平ばねの剛性と減衰係数が増大することを明らかにした。
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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
本研究課題では目的達成のために、次に示す課題について取り組むことを予定している。
A)動的相互作用を考慮した地震応答解析による既存杭基礎建物の耐震性能評価 B)地盤改良を適用した杭基礎建物の模型振動実験 C)杭周囲地盤に地盤改良を適用した杭の原位置水平載荷実験および解析 D)既存杭基礎の保有性能を把握するための静的載荷実験 E)常時微動測定結果に基づいた杭基礎建物の健全性評価手法の構築 F)地盤改良を適用した実大建物の地震応答解析
今年度は、提案する地盤改良併用杭基礎構造の基礎データを収集することを目的として、上記B)に当たる小型振動台を用いた杭基礎建物模型の振動実験を実施した。当該実験については限られたケースではあるものの、地盤改良併用杭基礎の地震応答性状の基礎データを収集できた。また、A)については、兵庫県南部地震で杭基礎に被害を受けた建物を抽出し、地震応答解析を実施中であり、本研究課題内容の関連研究として成果をまとめている。また、E)については微動計を使った健全性評価法構築のための準備をしている段階で、課題期間内に評価法を構築することを目指す。
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| Strategy for Future Research Activity |
A) 前年度の結果を受けて、既存杭基礎建物に対して地盤改良を適用する際に効果的となる手法についてを解析的に検討する。具体的には、1) 3D-FEMによる振動台実験のシミュレーション解析を実施し、地震時に生じる改良地盤内応力を解析的に分析して地盤改良の設計法に繋げる、2) 既存杭基礎建物の被害解析モデルを用いて、地盤改良の適用および適法手法をパラメータとした解析的検討を進め、上部構造応答および杭基礎応力の両方に対して効果的な地盤改良の適用手法を提案することを目指す。
D) 前年度の課題A)で検討した杭基礎建物を対象として、被害が生じた杭頭接合部の保有性能を明らかにする構造実験を実施する。対象とする杭基礎建物では杭頭接合部に損傷が見られたが、杭頭接合部の設計は基準化されておらず、保有性能が明確になっていないという問題点がある。しかし、杭基礎の高耐震化を実施する際には、地震による水平力に対する杭頭接合部および杭の軸力保持性能を明確にすることが必要不可欠である。また、本検討では、上部構造から1階柱に作用するせん断力と基礎に作用する慣性力の両方を考慮した構造実験を実施することで、既往の実験研究よりも実現象に近い応力状態を再現する。本課題での試験体は4体で、①1980年以前と以後で一般的に設計されたディテール、②耐震壁の有無、の2つのパラメータを考えており、既存の杭頭接合部の評価だけではなく、新設の杭頭接合部の保有性能にも有用なデータを蓄積する。
E) 微動計を用いた杭基礎の健全性評価法の確立のため、杭基礎の損傷が上部構造の振動性状に及ぼす影響を解析的に検討し、基礎データを収集する。具体的には、課題A)で対象とした杭基礎建物を3D-FEMにより詳細にモデル化し、杭が損傷した状態で、常時微動レベルの振動性状がどのように変化するのかを解析的に検討する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当該年度では、研究実施計画のうちB)地盤改良を適用した杭基礎建物の模型振動実験、E)常時微動測定結果に基づいた杭基礎建物の健全性評価手法の構築、に対する予算を要求した。この中でE)に対する予算は微動計の購入に対して要求したものであり、予定通り予算を執行した。一方、B)に対しては、実験に関わる消耗品に関する予算を要求し、研究を進めていく上で必要に応じて研究費を執行したため当初の見込み額と執行額は異なったが、研究計画に変更はなく、前年度の研究費も含め、当初予定通りの計画を進めていく。
兵庫県南部地震で杭基礎に被害が生じた杭頭接合部の保有性能を明らかにする構造実験に対して使用する。当初は杭頭接合部の実験として、上部構造物の慣性力のみを考慮した実験を実施予定だったが、基礎の慣性力も含めて評価する新しいシステムを構築して構造実験を実施する。さらに、研究代表者の所属が変更となり、解析ソフト等の研究環境を整える必要があり、解析ソフトの購入にも予算を充てる。
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