強震動による地盤変形と慣性力を受ける杭基礎の損傷低減のための最適杭径に関する研究

减少强地震动引起的地面变形和惯性力作用下桩基损伤的最佳桩径研究

• 批准号: 18760344
• 负责人: 齊藤 正人
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Saitama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18760344/
• 关键词: 応答変位法; 模型実験; 最適杭径; ひずみ振幅依存性; キネマティック相互作用; Kinematic相互作用; Inertial相互作用; 非線形性

平成19年度の実施内容は、昨年度までに実施してきた解析結果とそれを踏まえて検討した実験模型を用いて、単杭の地盤変位と慣性力を同時に受ける杭基礎の動特性の評価を行った。本実験は、せん断土槽に乾燥砂を表層地盤として設置し、そこに杭頭をアルミ製フーチングによって拘束した2本杭を埋設した。2本杭とした理由は、双方の杭をフーチングによって杭頭拘束することで、昨年度の解析的検討で用いた回転拘束条件を満足させることを目的としている。実物と模型の相似比は1/40とし、力の比を一定とした香川・国生の相似則を用いている。杭はアクリル製で、杭側壁にアクリル用ひずみゲージを配し、基盤、地中、地表、フーチング(水平、鉛直/回転)の加速度を計測するために、ひずみ式加速度計を設置した。加振は基盤からの調和振動とし、表層地盤の一時卓越振動数となるように加振振動数を調整した。加振レベルは、地盤の非線形性(ひずみ振幅依存性)の度合いを調整するために、加速度振幅を20Gal,50Gal,100Gal,200Galの4ケースとした。これにより、表層に生じる平均せん断ひずみは、0.00001から0.001のオーダーを再現することができた。一方、本実験では慣性力と表層地盤のせん断弾性ひずみを一定とした実験を再現する必要があり、慣性力の調整として、フーチング天端にアルミおよび鉄で製作した金属板の厚さと枚数を細かく調整し、これにより計測される加速度と当該重量の積(慣性力)が所定の値を満足していることを全てのケースについて確認した。以上の検討の結果、表層地盤のひずみレベルが低い条件においては、理論解、あるいは解析解に見られる現象、特に最適杭径の発生を明確に確認することができた。これにより、これまで数理モデルによってのみ評価されてきた最適杭径が、模型実験によっても確認されたことになり、極めて重要な知見が得られたものと思われる。一方、ひずみレベルが大きい条件下においては、慣性力による周辺地盤の非線形性の影響を伴って、最適杭径が不明確になる場合のあることがわかった。

2007年度，我们利用截至上一年度的分析结果以及基于该结果检验的实验模型，对同时承受地面位移和单桩惯性力的桩基础的动力特性进行了评估。在本实验中，在剪力土池中安装干砂作为表层，并埋有两根桩，桩头由铝基固定。使用两个桩的原因是通过用基础约束两个桩的桩头来满足去年分析研究中使用的旋转约束条件。实物与模型的相似度为1/40，采用香川国夫相似定律，保持力比恒定。桩体采用亚克力材质，在桩体侧壁放置亚克力应变片，安装应变式加速度计，测量地基、地下、地表、基础（水平、垂直/旋转）的加速度。激励为基础简谐振动，激励频率调整为表层土的暂时主导频率。为了调整地面的非线性程度（应变振幅依赖性），将励磁水平设定为20Gal、50Gal、100Gal、200Gal的加速度振幅的四种情况。其结果，能够再现0.00001～0.001左右的表层中产生的平均剪切应变。另一方面，在本实验中，需要重现惯性力和表面地面的剪切弹性应变恒定的实验，因此为了调整惯性力，制作的金属板的厚度和数量对底座顶部的铝和铁进行了微调，确认在所有情况下测得的加速度和重量（惯性力）的乘积满足预定值。通过上述研究，我们能够清楚地证实在理论和解析解中观察到的现象，特别是在表层土应变水平较低的条件下，最佳桩径的出现。结果，过去仅通过数学模型评估的最佳桩径现在已通过模型实验得到确认，并且相信已经获得了极为重要的知识。另一方面，人们发现，在大应变水平的条件下，由于惯性力引起的周围地面非线性的影响，最佳桩径可能会变得不明确。

项目成果

粘性土地盤の杭基礎近傍における塑性化が最適杭径に及ぼす影響の解析的評価

粘性土桩基附近塑性对最佳桩径影响的分析评价

• 发表时间: 2008
• 期刊: 土木学会論文集部門A Vol.64
• 作者: 海老塚裕明;山口敦;石原孟;Atsushi Yamaguchi;内藤英樹;内藤 英樹;内藤 英樹;内藤 英樹;松本 大輔;白濱 永才;内藤英樹;内藤英樹;齊藤 正人
• 通讯作者: 齊藤 正人

Evaluation of Seismic Deformation Method for Determining Optimal radius minimizing Fixed-Head Pile Bending and Its Application to Conditions

确定固定头桩弯曲最佳半径最小化的地震变形方法评价及其在工况下的应用

• 发表时间: 2007
• 期刊: Computational Methods in Structural Dynamics and Earthquake Engineering 1
• 作者: 海老塚裕明;山口敦;石原孟;Atsushi Yamaguchi;内藤英樹;内藤 英樹;内藤 英樹;内藤 英樹;松本 大輔;白濱 永才;内藤英樹;内藤英樹;齊藤 正人;M. Saitoh
• 通讯作者: M. Saitoh

Minimization of Fixed-Head Pile Bending at Optimal Radius under Realistic Conditions by Using Seismic Deformation Method

利用地震变形法最小化现实条件下固定头桩最佳半径弯曲

• 发表时间: 2007
• 期刊: Proceedings of the 2nd Japan-Greece Workshop on Seismic Design, Observation, and Retrofit of Foundations 2
• 作者: 海老塚裕明;山口敦;石原孟;Atsushi Yamaguchi;内藤英樹;内藤 英樹;内藤 英樹;内藤 英樹;松本 大輔;白濱 永才;内藤英樹;内藤英樹;齊藤 正人;M. Saitoh;Masato Saitoh
• 通讯作者: Masato Saitoh

近傍地盤の非線形性が最適杭径に及ほす影響に関する解析的評価

邻近地基非线性对最佳桩径影响的分析评价

• 发表时间: 2006
• 期刊: 第61年次学術講演会講演概要集 (CDROM)
• 作者: 海老塚裕明;山口敦;石原孟;Atsushi Yamaguchi;内藤英樹;内藤 英樹;内藤 英樹;内藤 英樹;松本 大輔;白濱 永才;内藤英樹;内藤英樹;齊藤 正人;M. Saitoh;Masato Saitoh;齊藤 正人
• 通讯作者: 齊藤 正人