複数回大地震動を経験する高層建築物下の鋼管杭基礎の残存保有性能評価法の確立

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本研究は，液状化地盤における高層建築物下の鋼管杭基礎を対象として，複数回地震動を受ける杭の累積損傷度評価法を確立し，疲労破壊時の損傷度指標を提示することを目的としている。1，2年目では，塔状比の大きい上部構造物下の鋼管杭を対象とした遠心載荷実験により，鋼管杭の地盤液状化時における終局メカニズムを明らかにするとともに，複数回地震動を経験し終局状態となる鋼管杭を対象とした遠心載荷実験，およびシェル要素で構築した鋼管杭モデルの有限要素解析の各データを踏まえて，液状化地盤において終局状態となる鋼管杭の保有性能評価法を提案した。当該年度では，杭終局時までの杭－地盤の相互作用の変化や杭の局部座屈の発生メカニズムを高精度に把握するため，竹中技術研究所の大型せん断土槽を用いて，上部構造物・鋼管杭基礎－飽和地盤系の遠心載荷実験を行った。前年度まで一質点系モデルを用いたが，本年度はより現実的に13階建て・地下無しの1スパンの板状マンションを想定した上部構造物モデル下での鋼管杭の終局挙動を再現し，液状化地盤における鋼管杭の保有性能を把握した。鋼管内外で計測した歪応答の分析により，終局時までに杭頭で局所変形を生じる場合での，鋼管杭の終局メカニズムの形成過程を詳細に示した。具体的には，液状化後に上部構造物の慣性力により杭は非弾性化を生じ，基礎部水平変位が増大するとともに，杭のP-Δ効果による付加せん断力が増加することで，杭の非弾性化が進展し，杭が終局状態となることを明らかにした。本研究の実験条件では，液状化発生後に杭頭及び下端部で塑性ヒンジを生じ，全体崩壊型のメカニズムを形成した後，杭頭部の局所変形が増大して終局状態に至ることを示した。さらに，前年度までに確立した知見に基づき，液状化地盤における鋼管杭の終局時における保有性能を評価した。以上より，当該年度においても期待通りの成果を上げたものとする。