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本研究では、地盤と構造物基礎との摩擦に注目して、砂と構造材料との摩擦実験を繰返し荷重下で行った。その結果に基づき、摩擦抵抗に影響を与える要因を解明した。また、摩擦面の滑動によるエネルギー消費についても検討した。本研究により、以下のような成果が得られた。
〔砂-鋼材間の降状摩擦係数〕
鋼材の表面粗さ・砂の平均粒径・砂の種類の影響が見られる。鋼材の表面粗さ(最大高さRmax)と砂の平均粒径との比(正規化粒さ)は、砂の種類ごとに降状摩擦係数と高い相関性を示す。
〔鋼材との摩擦面における砂粒子の挙動〕
一方向荷重下では、摩擦面が粗い場合は摩擦面に沿って砂の乱れが大きい滑り層が生ずる。摩擦面が滑かだと滑り層は見られない。繰り返し荷重下では摩擦面が滑かでもスベリ層(厚さ約5mm)が生ずる。
〔繰り返し荷重下における砂-鋼材間の摩擦抵抗〕
摩擦面が粗い場合、摩擦面に沿って生ずる滑り層のため、摩擦係数が載荷回数とともに低下して収束する。摩擦面が滑かな場合、摩擦面で砂の粒子破砕が生ずれば、正規化粗さが上昇して摩擦係数が高くなって収束する。
〔砂-コンクリート間の降状摩擦係数〕
コンクリートの表面粗さと砂の平均粒径の影響が見られる。コンクリートの表面粗さを評価する際、最大高さRmaxよりも中心線深さRpを用いたほうが、降状摩擦係数との相関性が高くなる。
〔摩擦面におけるエネルギー消費〕
摩擦面が降状する際に、摩擦面と砂層との塑性エネルギー分担率が変化する。摩擦面でのエネルギー消費は、摩擦面の滑動・滑り層の形成・滑り層の変形による三成分に分けることができる。
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