Vibration of wooden pile buried underground

Research Project

Project/Area Number	20H03052
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 40020:Wood science-related
Research Institution	Forest Research and Management Organization
Principal Investigator	久保島吉貴国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員等 (40353669)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	加藤英雄国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員等 (60370277) 原忠高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 教授 (80407874) 園田里見富山県農林水産総合技術センター, 富山県農林水産総合技術センター木材研究所, 副主幹研究員 (80446640)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help	¥14,040,000 (Direct Cost: ¥10,800,000、Indirect Cost: ¥3,240,000) Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000) Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000) Fiscal Year 2020: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
Keywords	木杭 / 振動 / 地盤 / 端末条件 / 強度特性 / 振動試験
Outline of Research at the Start	木杭の空気相と土相の境界部分の状態を明らかにし，木杭の強度特性を打設状態のまま推定するための基礎的知見を得ることを目的とする。この目的に有望な振動試験は，試験体の密度を測定し試験体を打撃するだけで済む簡便で優れたヤング率の非破壊測定方法であるが，解析には試験体の端部の状態が必要となる。木杭の一部分が引き抜かれた状態で振動試験を行えば，木杭を完全に引き抜く労力が低減できるため，木杭の地中における端部の状態を明らかにする。このため，木杭の空気相と土相の境界部分の状態に影響を与える因子，木杭の打設現場に適した振動検出器および木杭に対する質量付加振動法の利用可能性について検討する。
Outline of Annual Research Achievements	断面25mm×35mm，長さ750mmの寸法のモデル木杭を用いて振動受信センサーの検討と木杭の地中部分の端末条件について検討した。モデル木杭を珪砂6号中に深さ300mm打設した状態で縦および曲げ振動試験を行なった。振動の検出にはレーザー変位計，マイクロフォン，加速度計を用いた。その結果，レーザー変位計は，試験体とセンサヘッドの距離を各試験体に対して迅速に適正な範囲に設定するのが困難であった。マイクロフォンと加速度計では縦振動も曲げ振動も鮮明な振動波形が得られ，共振周波数も両者でほぼ一致した。縦振動波形はいずれの条件でも非常に幅広で，これは地中部分での減衰により強い反射波が得られず十分な共振波形が得られなかったためと考えられた。曲げ振動は，片持ち梁条件の試験体の共振周波数が低く，マイクロフォンでは周囲の雑音の影響が排除できないことが示唆された。従って，打設現場では曲げ振動を加速度計で検出するのが最適であると考えられた。モデル木杭の地中長さを50-400mmで変化させて珪砂6号中に打設した状態での振動試験から，地中長さが一定以上の場合に共振周波数比（実測値／真のヤング率を基にした片持ち梁条件における推定値）が安定し，この値は木杭の地中部分の半剛接合の程度を示すと考えられた。実大木杭として，森林総合研究所および富山県農林水産総合技術センター木材研究所構内に直径140mm，長さ4mのスギ心持ち木杭30本ずつを打設した。木杭を引き抜く過程で振動試験を行う予定であったが，土圧が強く強引に引き抜くと木杭または木杭に取り付けるワイヤーが破断する危険性があったため杭頭から1mを掘り出して振動試験を行うことに変更し5本ずつ引き抜いた。半剛接合の程度を示す共振周波数比は約0.6であった。また，質量付加振動法による木杭の質量の推定精度には地中の端末条件が半剛接合であることが関係すると考えられた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 打設現場における最適な振動試験様式と振動検出機器として，曲げ振動を加速度計で検出するのが最適である可能性を明らかにした。また，モデル木杭を土中に打設した状態での振動試験から，木杭の地中長さが一定以上の場合に共振周波数比（実測値／真のヤング率を基にした片持ち梁条件における推定値）が安定し，この値が木杭の地中部分の半剛接合の程度を示す指標として利用できる可能性を明らかにした。実大木杭における半剛接合の程度を前述の共振周波数比を用いて示すことができた。また，質量付加振動法による木杭の質量の推定精度には地中の端末条件が半剛接合であることが関係する可能性を示すことができた。以上より，本研究課題はおおむね順調に進展していると考える。
Strategy for Future Research Activity	木杭の弾性係数測定のための振動試験の様式および振動検出機器は，2020年度の結果を基にして曲げ振動を加速度計で検出する。また，木杭の地中の端末条件を示す指標として，2020年度の結果を基にして，共振周波数比（実測値／真のヤング率を基にした片持ち梁条件における推定値）と木杭の地中長さの関係を求め，地中長さに対して安定した時の共振周波数比を用いることにする。 2層土壌から構成されるモデル地盤を作製し，モデル木杭を打設する。打設したモデル木杭に対して振動試験を行い，モデル木杭の地中部分の端末条件を考察する。打設後1年経過した実大木杭について振動試験を行い，地中部分の端末条件を考察する。振動試験には2020年度に選定した振動検出器を用いる。また，木杭への質量付加振動法の利用可能性について検討する。