隙間を考慮した地盤反力特性のモデル化と構造物-地盤系の地震応答解析への適用

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550484
• Research Institution: Musashi Institute of Technology
• Principal Investigator: 片田 敏行 武蔵工業大学, 工学部, 教授 (30147897)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 玉手 聡 独立行政法人 産業安全研究所, 建設安全グループ, 主任研究官 (10344243) ; 末政 直晃 武蔵工業大学, 工学部, 助教授 (80206383)
• Keywords: 遠心載荷実験 / 杭基礎 / 隙間 / 動的地盤反力モデル / 応答倍率 / 固有振動数

Research Abstract

平成14年度の研究実施計画に対する研究実績は以下の通りである。
◎遠心載荷実験による構造物〜杭基礎〜地盤模型の加振実験
気乾状態の乾燥砂(豊浦砂)地盤及び粘土(藤森粘土)地盤中に模型杭4本で支えられた構造物模型を設置して遠心場(18.8G)で加振実験(最大入力加速度2Gの正弦波加振)を行った。その結果、構造物の固有振動数が高くなると、杭基礎の構造物や地盤の固有振動数ではなく、全体系の固有振動数付近で杭に生じる曲げモーメントも最大となることが明らかになった。そして、杭頭付近の地盤剛性は、離れたところよりも軟らかく杭頭周辺に加振時には隙間が生じていたことが推測された。
◎動的地盤反力特性モデルの高精度化
降伏条件を非排水せん断強度で表した「隙間を考慮した動的地盤反力モデル」の適用範囲を広げ、より高精度なモデルとするために、今年度はこの繰り返し載荷の効果をこれまで以上に精度良くモデル化できた。その成果、構造物〜杭基礎〜地盤系の応答解析結果と遠心模型実験結果の良い対応が見られた。この結果は、目的としたモデルの高精度化が行われたことを示している。
◎構造物〜杭基礎〜地盤系の応答解析
定式化された「隙間を考慮した動的地盤反力モデル」を用いた構造物〜杭基礎〜地盤系の動的解析の結果、(1)杭基礎〜地盤系と構造物の卓越振動数が共振するとき、全体系の応答倍率が増大し、(2)杭基礎の曲げモーメントは構造物の固有振動数と杭基礎〜地盤系の卓越振動数で大きくなることが明らかになった。さらに、本研究で定式化された「隙間を考慮した動的反力モデル」は、乾燥砂地盤を用いた遠心模型実験の結果を良く説明できた。