2020 Fiscal Year Annual Research Report
大地震に対するコンクリート杭および杭頭接合部の性能評価と2次設計法の提案
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19H00789
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
河野 進 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (30283493)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西村 康志郎 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (00343161)
岸田 慎司 芝浦工業大学, 建築学部, 教授 (10322348)
Wijeyewick remaA 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 准教授 (10323776)
渡邊 秀和 国立研究開発法人建築研究所, 構造研究グループ, 主任研究員 (20620636)
田村 修次 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 教授 (40313837)
谷 昌典 京都大学, 工学研究科, 准教授 (50533973)
小原 拓 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (50845451)
金子 治 広島工業大学, 工学部, 教授 (80824135)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 杭 / 杭頭接合部 / 2次設計 / 耐震安全性 / 継続使用性 / 終局時挙動 / 曲げ靭性能 / 軸力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
コンクリートを使用した杭体と杭頭接合部について，継続使用性に関わる性能および終局時構造性能の解明を目的にして研究を進めた．
【既製コンクリート杭および場所打ちコンクリート杭の構造性能解明に関する技術開発について】鋼管コンクリート杭の曲げ靭性能を評価するため，SC杭12体・耐震杭4体・コンクリート4体・鋼管4体の一軸圧縮試験を行い，鋼管とコンクリートの厚みが，それぞれの材料の圧縮特性に与える影響を実験的に明らかにした．また，軸力を受ける耐震杭の曲げ載荷実験50体の曲げ耐力について，RC基礎部材指針，CFT指針，Eurocode4，AISCの4つの指針の予測式との比較検討を行った．さらに，軸力を受けるPHC杭のせん断性能を調べるため，本研究グループが過去に行った実験データをまとめ，汎用有限要素法プログラムを用いて破壊機構の考察を行った．
【杭頭接合部の構造性能解明に関する技術開発】杭頭の根入れ長さが1D（D：杭径）よりも短い場合の杭頭接合面における荷重伝達機構評価を目的としてFEM解析を行った．杭頭接合面にて，圧縮を受けるコンクリート部分の支圧強度がどの程度上昇するかが，曲げ耐力に大きな影響を与えていることが分かった．また，支圧抵抗の評価は杭頭接合面断面解析において，圧縮強度増大係数（φc=2.0）もしくは仮想鉄筋コンクリート断面（杭径+200mm）で評価することが一般的であるが，その抵抗機構を明確化するためパイルキャップ試験体および偏心支圧試験試験体のFEM解析を行い，コンクリート強度・偏心量・支圧面積が強度や変形性能に与える影響を明らかにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ほぼ計画通りの進捗状況であり，設定した第2年度課題の9割程度を達成した．
【既製コンクリート杭および場所打ちコンクリート杭の構造性能解明に関する技術開発について】予定していた杭体の実験およびFEM解析を実施した．また，耐震杭の曲げおよびせん断性能の評価手法をおおよそ確立し，曲げモーメントと曲率（または回転角）関係の数値モデルを構築した．
【杭頭接合部の構造性能解明に関する技術開発】杭頭部の応力を基礎梁に伝達する応力伝達機構と高軸力時の軸力変動による影響を明らかにする目的で，杭頭接合面の曲げ抵抗機構および支圧機構解明の実験結果についてFEM解析を実施した．得られた実験データは，第3年度に行う実験プログラムで重要な役割を果たすものであり，第2年度の目標を予定通り達成できた．
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度も，杭体と杭頭接合部について，継続使用性に関わる性能および終局時構造性能の解明を目的にして研究を進める．
【既製コンクリート杭および場所打ちコンクリート杭の構造性能解明に関する技術開発について】鋼管コンクリート杭の曲げ性能を高精度に予測できる数値モデルを構築するために必要なコンクリートおよび鋼管の応力-ひずみ関係モデルを，2年間の実験結果を基にして構築する．コンクリートおよび鋼管が繰り返し荷重を受ける場合の応力歪関係をモデル化する．2年間で不十分であった実験データを補完するため，一軸圧縮試験をSC杭に対して数体行う．
【杭頭接合部の構造性能解明に関する技術開発】杭頭接合部における曲げ抵抗機構の解明に関しては，昨年度は，実験結果を有限要素プログラムで再現した．最終年度は，このプログラムの妥当性を検証するため，再度杭頭接合面における曲げ抵抗機構解明の曲げ実験を行い，根入れ・軸力・コンクリート強度が与える影響を確認する．最終的には，パイルキャップにおける曲げ抵抗機構に基づいて，マクロモデルを提案する．
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[Journal Article] Experimental study on moment resisting mechanism at pile-pile cap interface, #1 Experimental investigation2020
Author(s)
Naruse, S.Nakano, R. Tosauchi, Y. Obara, T. Kono, S. Kobayashi, K.Fukuda, T. Gunji, Y. Arai, T.
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Journal Title
The 17th World Conference on Earthquake Engineering
Volume: 1
Pages: 2i-0080
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[Journal Article] Experimental study on moment resisting mechanism at pile and pile cap interface, #2 Moment capacity formulation based on failure mechanism2020
Author(s)
Tosauchi, Y. Nakano, R. Naruse, S. Kono, S. Obara, T. Kobayashi, K. Fukuda, T. Gunji, Y. Arai, T.
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Journal Title
The 17th World Conference on Earthquake Engineering
Volume: 1
Pages: 2i-00115
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