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

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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。