2023 Fiscal Year Research-status Report

激甚化する自然災害に備えた建築基礎構造強靭化のための鋼管杭頭接合部設計法の確立

Research Project

Project/Area Number	22K04396
Research Institution	Osaka Metropolitan University
Principal Investigator	古川幸大阪公立大学, 大学院工学研究科, 講師 (30636428)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Keywords	鋼管杭 / 杭頭接合部 / 曲げ耐力評価 / 縮小模型試験体
Outline of Annual Research Achievements	本研究は，杭頭接合部の損傷レベルに応じた接合部力学特性評価法を構築し，鋼管杭の高耐力・高靭性性能の安定的発揮を保証する鋼管杭頭接合部の塑性設計法を確立することを目的とする。ここで，評価対象となる接合部力学特性とは，杭頭部の固定度を決める接合部回転剛性，接合部曲げ・せん断耐力を指す。1年目では，まず，鉄筋を充填コンクリート内に埋め込むかご鉄筋接合法の縮小模型試験体でのモデル化方法が確立された。一方で，目標とする成果を上げるには，コンクリート側の支圧剛性，強度を別途精緻に評価の必要性が明らかとなった。そこで，2年目は，①かご鉄筋接合法を模した縮小模型試験体の2軸載荷実験を高軸力下で実施し，接合部の曲げモーメントと回転角関係に影響を及ぼす，接合部に作用する軸力比，鉄筋本数，鋼管の鉄筋コンクリート基礎梁への埋込深さを変数とした実験を実施した。実験結果より，鋼管杭頭接合面で鉄筋軸力とコンクリート支圧力で抵抗する曲げモーメントおよび鋼管埋込部側面からの支圧力で抵抗する曲げモーメントの2つで構成されることが明らかとなり，それぞれの耐力評価法を構築し，累加することで接合部の曲げ耐力が評価できることを明らかにした。また，接合面の応力度分布に基づく接合部回転剛性の評価式も提案した。また，②1年目の結果を踏まえ，同じく縮小模型試験体の圧縮実験を実施し，基礎配筋，ずれ止め厚を変数とした実験を実施し，鋼管杭頭接合部の圧縮力下における破壊性状を把握し，圧縮剛性および耐力の評価式を構築した。以上の成果は，上述した接合部の曲げモーメントと回転角関係の構築にも反映された。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 2022年度（昨年度）は，当初は2年目に予定していた一定圧縮力下における正負交番水平力載荷実験を先行して東北大学にて実施し，高圧縮力の接合部の曲げモーメントと回転角関係におよぼす影響が大きく，先行研究の耐力評価法が一部適用範囲外となったことを明らかにした。以上の知見を踏まえ，2年目の圧縮実験（もともと1年目に予定）に向けて検討項目を洗い出した。また，鉄筋を充填コンクリート内に埋め込むかご鉄筋接合法について縮小模型試験体での製作方法を確立し，かご鉄筋接合法を有する鋼管杭頭接合部の曲げモーメントと回転角関係の概要を把握し，2年目の検討課題を明確にした。以上を踏まえて，2023年度（2年目）は，圧縮実験を実施し，圧縮力下における鋼管杭頭接合部の鋼管－充填コンクリート間の応力伝達機構を解明し，圧縮剛性および耐力の評価法を構築した。また一方で，かご鉄筋接合法を有する鋼管杭頭接合部を模した縮小模型試験体の二軸載荷実験を実施し，純圧縮力下における杭頭接合部の圧縮剛性および耐力の評価法を，曲げモーメントと回転角関係式に適用した。評価式と実験結果は，実用で考えられる軸力比の範囲で良く対応することも示せた。以上から，当初3年目に予定していたひげ鉄筋接合法およびかご鉄筋接合法を適用した鋼管杭頭接合部の力学特性評価は，概ね完了したと言える。一方で，鋼管自体に局部座屈が発生する場合についての検討は未着手となった。以上から，当初予定していた工程とは異なるものの，最終目標に向けては着実に成果を上げていると考えている
Strategy for Future Research Activity	当初は1,2年目で全ての実験を終え，3年目で1年間かけて鋼管杭頭接合部の塑性設計法確立にじっくりと取り組む予定であった。しかし，実験場所調整，人員・時間確保の問題から，実験を3年間にわたって実施することとなった。そこで，鋼管杭が塑性化しない条件での鋼管杭頭接合部の塑性設計法を2年目にすでに確立し，3年目は鋼管杭が塑性化する条件に注力することとした。実験としては，鋼管が局部座屈を生じさせる条件での鋼管杭頭接合部の純圧縮実験および二軸載荷実験である。これまでに，圧縮力を受ける鋼管杭頭部単体の曲げ性能評価は申請者が先行研究として確立済みであり，杭頭接合部の曲げ性能は1,2年目で確立していること。したがって，鋼管杭頭接合部の塑性化が支配的となるか，鋼管杭の部材としての塑性化が支配的となるか，あるいは連成現象がみられるのか，とそれらの発生条件のカテゴリ分け，および個別の破壊形式を想定した耐力評価法の適用の可否，適用範囲の明確化が主な検討項目となる。結果によっては，理由を解明したうえで，曲げ性能評価式の修正を行う。以上をもって，本研究で当初想定していた成果を十分に上げられると考えている。