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

2004 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): 末政 直晃 武蔵工業大学, 工学部, 助教授 (80206383) ; 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)
• Keywords: 遠心載荷実験 / 杭基礎 / 隙間 / 振動モード / 応答倍率 / 固有振動数

Research Abstract

平成16年度に実施した実験解析及び数値解析によって、得られた知見及び総合的な考察結果を以下に述べる。
◎遠心場における構造物〜杭基礎模型〜地盤模型の加振実験
構造物〜杭基礎〜地盤系の例として杭基礎を有する自立型タワークレーン模型を用いて遠心場模型加振実験を実施した。その結果、吊り荷状態、地盤種別(砂地盤、粘土地盤)に関わらず、2次モード的な振動モードが卓越して杭頭付近で曲げモーメントが最大となった。また、隙間の影響を調べるために、小加振、大加振、小加振の3回の連続加振を行った。その結果、大加振によって杭頭付近に隙間が生じた後に加振すると構造物の応答加速度は小さくなった。このことから、隙間の発生は構造物の応答加速度を減少させる「効果」があると推測された。しかしながら、応答変位は増大した。
◎数値解析による構造物〜杭基礎模型〜地盤模型の動特性の解明
実験に用いた自立型タワークレーンのモード解析によれば、2次モードが卓越した。しかしながら、タワークレーン部が高くなった場合には地中の杭基礎部に最大曲げモーメントが生じる場合もあった。数値解析によれば、遠心加振実験で用いた杭基礎の長さの2倍程度の高さを有するスレンダーな上部構造物の場合には、杭頭に最大曲げモーメントが生じることが明らかになった。遠心加振実験と同じように隙間の発生は上部構造物の応答変位を減少させた。
◎総合的な考察
遠心場における加振実験と数値実験の結果をもとに推測すると、杭基礎を有するスレンダーな上部構造物の場合、全体として2次モード的な振動モードとなり杭頭で最大曲げモーメントが発生し、杭頭付近で損傷する可能性が大きいことが明らかになった。さらに、杭頭付近に隙間が発生すると上部構造物の応答加速度は減少するが、応答変位は増大する傾向にあることも明らかになった。