重力による復元性を利用した耐震構造および基礎構造に関する研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14205082
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 和田 章 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 教授 (90158684)
• 研究分担者: 小林 勝巳 (株)フジタ, 技術研究所, 研究員 ; 山田 哲 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 助教授 (60230455) ; 坂田 弘安 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 助教授 (80205749)
• キーワード: 杭基礎構造 / 模型実験 / 制振 / 振動台 / 動的載荷

研究概要

地震時、杭には上部構造の鉛直荷重だけでなく、上部構造の慣性力、地盤の変形による強制変形力がはたらく。これらの外力に対して、杭基礎は地震後も支持力を失わないこと、上部構造の機能・構造を成り立たせる役割を持つ。これを保証するために、これまで杭は剛強に造られてきた。
上部構造の設計においては、主体構造を剛強に造る代わりに、塑性化部分を集中させ、この部材を犠牲とし、主体構造の損傷を抑えることを目的とした損傷制御設計法がある。この考え方を基礎構造にも適用すれば、支持杭を剛強に作らなくても杭基礎の役割を果たすことができると考え、損傷制御杭基礎を提案してきた。ここで提案する損傷制御杭基礎構造は、細長い支持杭(以下、支持杭)と太短い耐震杭(以下、耐震杭)を併用した杭基礎である。支持杭は上部構造の鉛直荷重を支持し、地震時に発生する水平力は耐震杭が負担する。これまでの研究において、地盤-杭-上部構造連成系模型を用いた実験を行い、支持杭の水平剛性負担率の軽減が支持杭に発生する曲げモーメントを低減させ、耐震杭近傍でのエネルギー吸収が上部構造へのエネルギー入力を低減することを示してきた。本研究は、地盤杭基礎上部構造連成系をモデル化し、地盤と地中の杭の弾性挙動を観察することのできる模型を作成した。新たにいくつかの実験変数を設けて加振実験を行いその影響について考察した。
加振実験から、次の結論を得た。細長い支持杭と太短い耐震杭を併用することにより支持杭杭頭部に発生する曲げモーメントを低減できる。耐震杭杭頭部を塑性化させる場合も効果がある。また、地盤表面と基礎の相対変位を減少させることができる。基礎の水平剛性が大きいほど基礎と地盤表面の最大相対変位は小さい。

研究成果

• [文献書誌] 倉本 洋, 飯場正紀, 和田 章: "制振補強を施した既存鉄骨コンクリート造建築物の耐震診断法"日本建築学会構造系論文集. 559. 189-195 (2002)
• [文献書誌] 岡田 玲, 田村哲郎, 和田 章: "境界層乱流中における弾塑性ダンパーを有する高層建築物の風方向応答挙動に関する風洞実験"日本建築学会構造系論文集. 554. 29-36 (2002)
• [文献書誌] 山田 哲, 山口路夫, 竹内百合, 竹内 徹, 和田 章: "動的繰り返し載荷実験結果に基づくダンパー用鋼材の履歴特性の評価-速度依存性を考慮したダンパー用鋼材の履歴特性に関する 研究その1"日本建築学会構造系論文集. 553. 121-128 (2002)
• [文献書誌] 加藤貴志, 岩田 衛, 和田 章: "損傷制御構造における座屈拘束ブレースの性能評価"日本建築学会構造系論文集. 552. 101-108 (2002)
• [文献書誌] G.Oliveto, V.Bertero, A.Wada et al.: "Innovative Approaches to Earthquake Engineering"WIT press. 300 (2002)