強震時における高層建物支持機構の解明と非線形メカニカルインターフェースの創成

阐明强震期间高层建筑的支撑机制并创建非线性力学接口

基本信息

批准号：
15F14367
负责人：
齊藤正人
金额：
$ 0.77万
依托单位：
Saitama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15F14367/
关键词：
杭基礎動的相互作用インピーダンス特性

项目摘要

本研究では、地盤‐基礎系の動特性を模擬したMechanical Interface (MI)の創出を目的とする。近年の地震被害を鑑みれば、地盤の破壊や杭の損壊など、基礎‐地盤系に非線形性が生じていることは明らかである。特に、建設需要の高い高層建築や高層タワーでは基礎に過大な回転モーメントが作用する傾向が強く、基礎を構成する杭に著しい押し込み-引き抜きの動的鉛直力が作用することになる。こうした特性をMIとして構築するためには、地盤の非線形性が杭基礎-地盤系の鉛直インピーダンス特性に及ぼす影響について評価する必要がある。そこで本研究は、強震時の地盤の非線形性を考慮した杭基礎の鉛直特性に関する模型実験を実施した。本実験では、アクチュエータ（埼玉大学所有）を用い、１）単杭基礎の鉛直動的加振試験によるインピーダンス特性の評価、２）鉛直載荷による杭間相互作用係数の評価、３）群杭基礎の鉛直加振試験によるインピーダンス特性の評価、の３つを対象に模型振動実験を実施した。本実験で使用した地盤材料は、乾燥砂（岐阜砂）を用いており（層厚1000mm, Dr=77.5%）、これと杭模型をせん断土槽内(1200 mm × 800 mm × 1000 mm)に設置した。本システムの物理諸元は香川・国生の力の比を一定とした相似則に基づきモデル化を行った。杭はアクリル製で直径40 mm、杭長750 mmとした。杭頭への動的載荷荷重（加速度を調整）を７ケース(20、50、100、200、300、400、500 gal)とした。入力レベルの違いが周辺地盤に塑性化などの非弾性特性を生じさせるため、このような幅広い載荷振幅で実験を実施した。本研究により、鉛直動に関する動的支持力特性、杭間相互作用係数の動特性が幅広い非線形領域と振動数領域において解明され、多くの重要な知見を蓄積するに至った。

本研究的目的是创建一个模拟土壤-地基系统动态特性的机械接口（MI）。考虑到最近的地震破坏，很明显地基-土系统中出现了非线性，例如地面破坏和桩破坏。特别是施工要求较高的高层建筑和高层塔楼，往往会在其基础上作用过大的转动力矩，从而导致构成基础的桩柱受到显着的推拉动态竖向力。为了根据这些特性构建MI，有必要评估地面非线性对桩基-土体系竖向阻抗特性的影响。因此，在本研究中，考虑强震时地面的非线性，对桩基础的竖向特性进行了模型试验。在本实验中，使用致动器（埼玉大学拥有）进行1）单桩基础垂直动力激励试验的阻抗特性评估，2）垂直加载的桩间相互作用系数评估，以及3）组群评估进行模型振动试验的目的有三个：通过垂直振动试验评估阻抗特性。本实验使用的地面材料为干砂（岐阜砂）（层厚1000mm，Dr=77.5%），并将其与桩模型一起放置在剪切土罐（1200mm×800mm×1000mm）中。已安装。该系统的物理规格是根据香川力和国夫力之比恒定的相似定律建模的。桩由丙烯酸制成，直径为 40 毫米，桩长为 750 毫米。对桩帽施加了七种情况（20、50、100、200、300、400 和 500 加仑）动态载荷（调整加速度）。该实验是在如此宽的加载幅度范围内进行的，因为输入水平的差异会导致周围地面的非弹性特性，例如塑性。通过这项研究，我们阐明了与竖向运动相关的动力承载力特性以及在大范围的非线性和频率区域内桩间相互作用系数的动力特性，积累了很多重要的知识。