地盤の不整形性と履歴特性を考慮した群杭の非線形杭周地盤ばねのモデル化

考虑地面不规则性和滞后特性的群桩中桩周非线性地弹簧建模

• 批准号: 22K14360
• 负责人: 中野 尊治
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14360/
• 关键词: 杭基礎; 傾斜基盤; 羽根付き杭; 群杭; 振動台実験; 原位置載荷実験; 有限要素解析; 非線形相互作用; 杭周地盤ばね; 不整形地盤; 履歴特性

大地震時の杭基礎の応答評価モデルを高度化するためには、杭周地盤の水平抵抗の非線形特性を水平地盤ばねに取り入れる必要がある。水平地盤ばねの剛性と極限地盤反力の算定式は平行成層地盤を前提に定められており、支持層が傾斜した地盤や、地盤改良等の施工上の原因で局所的に土性が変化した地盤への適用性は明確ではない。本研究では、このような地盤を「不整形地盤」と総称し、不整形地盤に建設された杭基礎の水平抵抗性状の解明とモデル化を目的とする。2022年度は特に、支持層の傾斜と、羽根付き杭の施工に伴う杭周地盤の緩みに着目し、それらの要因が杭の水平抵抗に及ぼす影響を分析した。(1)傾斜支持層の検討：支持層が傾斜した砂地盤に建設された杭基礎を、模型振動台実験のシミュレーションを通じて三次元有限要素法でモデル化した。この解析モデルを実大建物規模に拡張して単杭および群杭のモデルを構築し、静的に杭頭を水平載荷した。その結果、短い杭に応力が集中するという従来の知見に沿った現象に加え、杭長差の大きい群杭の水平地盤抵抗は杭長差がない場合とは異なるという新たな知見が得られた。(2)羽根付き杭の検討：粘性土に打設された羽根付き杭を、原位置水平載荷実験のシミュレーションを通じて三次元有限要素法でモデル化した。敷地地盤の材料特性と、杭－地盤間の剥離による非線形化、施工に伴う杭周地盤の緩みによる剛性と耐力の低下を考慮することで、解析は実験結果を良好にシミュレートできることを確認した。さらに、杭周地盤の緩みの領域と剛性および耐力の低減率を変数とする感度解析を行い、杭頭荷重と水平地盤抵抗に対する各因子の影響度を把握した。

为了改善大地震期间桩基础反应的模型，有必要将桩外围的水平电阻的非线性特征纳入水平地面弹簧中。水平地面弹簧和最终地面反应力的刚性的计算公式基于平行分层的土壤，其适用性适用于支撑层倾斜的地面，或者由于诸如地面改善之类的结构而局部改变了土壤特性的地方，尚不清楚。在这项研究中，这种基础被共同称为“不规则的地面”，旨在澄清和建模在不规则地面上建立的桩基础的水平抗性。在2022财年，我们专注于支撑层的斜率以及由于配备叶片的桩的构造而引起的桩周围环境的松动，并分析了这些因素对桩水平抗性的影响。 （1）研究倾斜支撑层：通过模型摇台实验的模拟，使用三维有限元方法对倾斜层构建的桩基础进行了倾斜层。该分析模型扩展到了全尺寸的建筑量表，以构建单个桩和组桩的模型，并且桩头在水平上静态加载。结果，除了应力集中在短桩上的现象外，还获得了新的发现，即具有较大桩长度差异的组桩的水平地面电阻与没有桩长度差异的基团不同。 （2）对叶片桩的研究：使用三维有限元方法通过模拟原位水平载荷实验对粘土土壤中的叶片桩进行建模。通过考虑地点的材料特征以及由于桩和地面之间的剥离而引起的非线性，以及由于构造而堆积堆积而导致的刚度和强度的降低，分析证实了实验结果可以很好地模拟。此外，使用桩外围，刚性和强度降低速率中松动面积的变量进行敏感性分析，并确定每个因子对桩头负荷和水平地面电阻的影响。

项目成果

EVALUATION OF LATERAL RESISTANCE OF STEEL PIPE PILE WITH WINGS IN COHESIVE SOIL BASED ON THREE-DIMENSIONAL FINITE ELEMENT ANALYSIS

基于三维有限元分析的粘性土中带翼钢管桩抗侧承载力评估

• DOI: 10.3130/aijs.88.457
• 发表时间: 2023
• 期刊: Journal of Structural and Construction Engineering (Transactions of AIJ)
• 作者: Yong LIU;Xingchen CHEN;Hiroshi TAGAWA;中野尊治，柏尚稔，小林俊夫，宮本裕司
• 通讯作者: 中野尊治，柏尚稔，小林俊夫，宮本裕司