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粘性土地盤における支持杭の終局水平耐力に関する解析的検討

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(1)

 

1

    日本建 築 学 会 構 造 系 論 文 報 告 集 第 454 号

1993 年 12月

Journa

]of 

Struct

 

Constr

 

Engng

 AIJ

 No

454

 Dec

lgg3

粘性

土地 盤

お け

支持 杭

終 局

平 耐

      

解析

的検

ANALYT

CAL

 

STUDY

 

ON

 

THE

 

ULTIMATE

 

LATERAL

 

RES

STANCE

         

OF

 

BEARING

 

PILE

 

IN

 

COHESIVE

 

SOILS

     

中 澤 瑤 子

山 肩 邦 男

* *

Yohko

 

NAKAZAWA

 and  

Kunio

 

YAMAGATA

 

Process

 to ultimate  conditi 匸皿 under  

latera116ad

 abc阻t 

fixed

 

headed

 bearing  pile are

exa皿

i

【Led 

by

 elasto

plastic  analysis

1

Pile

 

leng

しh 

L

 

, assu 皿ption  of 

plasticity

 and rotation  of footing  

influeme

 on

lateral

 

load

 

and deformation

 

at

 

first

 

plastic

 

hinge

 

fo

】:田ed

2

A

  。rding  t。 the rati 。 。

f

 ult 血 ate b肌 di    叫

My2

Myl

( at 

pile

 t。

P

齟 m餌   moment  along  pile  

lengtih

 the order  

f

( 

ing

 plastic  hinge  is dhanged

3

F

 ai 

lure

 mode  

is

 

2

 

hinges

血 the range  of 

My

Ma

 and  

L

LLbut

 

is

 

l

 

h

血ge

stτ uct 覃1relout  of those  ranges

 

Ma

 is

 

O

85cuBL2

 

and

 

LL

 is ♂

M

i皿 the

range  of 血

L 置

6

10m ,  c u

1

5

45

 tf

m2

                         

Keyw6rd

:bearing  

Pile

 ult 」  ate  

lateral

 resistance

 elasto

plastic

 analysis

         failure  mode

 cohesive  soils       

  1

     

支 持 杭

, 終

水 平 耐 力, 弾 塑 性 解 析, 崩 壊 形, 粘 性 土地盤

1 .

は じ め に

  架 構

支 持 す

作 用

し た

場 合

終 局

耐 力

設 計 法

と し て

現 在

Bm

皿s の

方 法

1]が よ く

てい

Brems

が粘 性 土

2}

砂 質 土

3} の場 合 に わ け て;単 杭の崩 壊 形 を 杭

無 次 元 長 さ β

L

値 また は η

L

値 (

β

4《

/刪

E

r、

η

5V 五

fi7ET

こ こ に

、k

, お よ び nh :

平 地 盤 反 力 係 数 (

tf

mS

 

B

杭 径 (

m

、EI

曲 げ 剛性 (

tf

 

 

L

杭 畏 さ

(m )) お よ び 杭 頭 条 件によっ て 簡 単に判 別 す る 設 計 法4 ⊃ を 示し た

こ れ らの

2 }に お い て は

粘 性

土に お け る

頭 固 定の

の崩

形 は

β

L

2.

25

の範 囲では

2

っ の ヒン

が 形

さ れ る “ 長い

” の

崩 壞 形

であ り

ま た β

L

2.

25

の範 囲では

杭 は 剛 体 的に水 平 移 動 し て地

崩 壊

する

短い

崩 壊 形

で ある と

規 定

し た

長い杭

お よ び

短い杭

の ほ かに

杭 頭にのみ ヒン ジ が で き て 崩 壊 形 となる

中 間 長 さの杭

の終 局 水 平

耐 力 式

提 案

さ れ てい るが

同 式

適 用 域

は 示 さ

て いない

  現 実

設 計

Broms

方 法

適 用

する にあ たっ て

の よ う な

問題

点 が 挙 げ ら れる

す な わ ち

粘 性

土 地

場 合

杭 全 長

にわ たっ て

粘 性

土 地

盤 中

に あ る

摩 擦 杭

を 想 定 し てい る が

現 実 に は 支 持 層に根 入 れ さ れ た 支

持 杭

が ほ とん どで

っ て

、Broms

方 法

支 持杭

に適

で き るかの

可 否

問 題

と なる

ま た

中 間 長

さの

適 用 域

明示

が ない た め

現実

に は

β

L

2.25

囲 にっ いて

“ 短 い

のか わ りに

用 す る

混 乱 が

生 じ てい る こ と が

げら れ る

さ らに

局 水 平

力には 杭の

局 曲 げモ

メン ト の

きさが

関 与

す る にも か か

h

らず

崩 壊 形

終 局 曲 げ

メ ン

無 関 係

るとい

自然

さ も あ る

な お

場 合

にっ い て は

中 間長

さの

式の適 用 域 が 示 さ れ ている こ との 他 は

上 記の粘 性 土 地 盤 とほ ぼ 同

問 題

点があ

 

これ らの問 題 点 にっ い て

文 献5,で は

、Broms

長 さに

崩壊 形

判 定 が

砂地 盤

け る

模 型 実 験

* (

株 〉

アルマ

構造

計事務所

* * 関 西 大 学 工 学 部 建 築 学 科  教 授

Armaturc

 

Construction

 

Beurau

 

Dl

 

Eng

Prof

Dep し of 

Architecture

 

Facuity

 of 

Engine

』ring

 

Kansai

 

Univ

Dr.

 

Eng.

(2)

と は

いこと

を 指摘 し

てい る

ま た

文 献

6,

、Broms

の方 法の粘 性 土 地 盤へ の適 用にあ たっ て

お よ び

中 間 長 さの杭

の い ずれ か小 さい方 の

値 を採 用 す

るよ

う提 言

し てい る が

これ

適 用

を 明 ら か に す る に は 至っ ていない

な お

杭の崩 壊 形 を

局 曲 げモ

メン ト値 との関 連 か ら 論 じ た 文 献 は 見 あ た ら ない 。

  本 論

では

粘 性 土 地 盤

に おいて

、1

1

の配

頭 が 固

さ れ た

径 支 持 杭

に関し て

上 部 架 構の変 形 と

関 連

させ た

地 盤

系の弾 塑 性 解 析 を 行 うこと と し た

杭 先

端 は

根 入

れ さ れ た

の と する。 こ こ に

、1

1

とし たのは

、Broms

方 法

杭の崩 壌 形 お よ び 終 局 水 平 耐 力に関 する提 案で あ る の で

そ れ と条 件を そ ろ え た もの で あ る

な お

本 報では

解 析の

例 と し て 場

所 打

ちコンク リ

杭 を採 用 す

る。

弾 塑 性解 析 法

筆 者

らの

法7}を 発 展 さ せ た もの である

Broms

設 計

法 は

終 局 状

での釣

を よ り どこ ろ とし てお り

形 を 求 め るこ と は で き なL 

本 論

で は、

水 平 力

増 加

に と

なっ て

塑 性

ヒンジが

生 し

っ い に は 崩

に 至 る過

変 形

と と もに

追 跡

する

  本 論

結 果

と し て、

杭 基 礎

崩 壊 過 程

架 構 剛 性

が ど の

にか か わ るのか

局 曲 げモ

メン トの値 が 杭 の崩 壊 形に どの よ う な

影 響

え る か にっ い て

検 討

崩 壊

形が決 定 さ れ る 要 因 を 明 ら かにする こと が で き た

な お

本 論

内容

にっ い て は、 すで に

文 献

eレお よ び

文 献

9 }に お い て 中 間 発 表 し てい ること を お

り し て お く

2 .

杭 頭 部の 塑 性 化 を 考 慮 し た 有 限 長 さ

水 平 抵 抗 式

  文 献

7, い て

筆 者

ら は

杭 体

お よ び 地

の変 形 が

弾 性 域

場 合

半 無 限 長

さの

の水 平 捲 抗 式 を 示 し た

ただ し

杭 頭部

の フ

チン

へ の

込 み

にっ いて は、

局 部 的

塑 性化 を考 慮

し て

杭 頭結 合 度

α

を導

入 し た

本 論

で は

文 献7) の理 論 を さ らに発 展 さ せ て

地 盤 反 力 は

弾 塑 性 状 態

杭 畏

さ は

有 限 長

には

げモ

メン トの増

杭 頭 結 合度

α の

低 下

考 慮

す る ほ か

杭 中

間 部の塑 性 ヒンジの発 生 部には

完 全 弾 塑 性 曲 げ 抵 抗 特 性を考

す る

本 論に用いた水 平 抵

に関す る弾 塑 性 理 論お よびその適 用 法にっ いて述べ

 

チング は、

水 平 力 を受 け

上部 構 造

変 形

じ て回 転 する

杭 頭 がフ

チ ングに固

されてい る場

杭 頭

の回

転 角

Yo

Changi

°} の杭 頭 固 定 条 件の場 合の

0

では な くて

チングの

回 転 角

す な わ ち

上 部 架 構

礎 節 点 角

9

, に

しい

。一

杭 頭

が フ

チン

に対 し て

回 転 自由

場 合

杭 頭

回転 角

So

チン

回 転

関 係 しな

この

状 態

け る

oは

、Chang

杭 頭 自由

場 合

にお け る

杭 頭

転 角

e

, に

しい

  杭 頭 固 定

自 由

状態

に お ける回 転 角 θo を

86

杭 が 支 持

して い るフ

節 点 角

e

お よ び杭 頭

自由

回 転 角

SR

関 係 式 (

90=

1

α

×

SR

+α x θ,) 79 表 す

αは 杭

結 合

であ っ て

その 値 は

場 合

1.O、

  自由

場 台

0

お よ び

中 間

固定 状 態

の場 合 ;α

Lo

−− o

である

任 意

の α に

し て

杭 頭

曲 げモ

メン ト

Mo

Mo

α ×

MF

せる

こ こ に

MF

 

Chang

にお ける

杭頭 固 定 曲 げ

メ ン

さ らに

架 構

の全 ての

チング が 基

礎 梁

に よっ て互い にっ な が れ てい る た め

杭 頭の水 平 変 位

Yo

定 に 拘 束 さ れる

  以 上

べた

eo

と αの

関係 式

お よ び

Ve

= 一

件 を

Mo

α XMF

入 し て

展 開

る こ よっ て

杭 頭 部の水 平 抵 抗 式が得 ら れ る

これ が

文 献7) に お け る

46

48

で ある。 た だ し、

本 論

記 号

と は

多 少

相 違

してい るこ とを お

り してお く

  杭 頭 部

弾 性

か ら

塑 性 状 態

へ と

移 行

し て ゆく

場 合

に お いて

弾 塑 性 状 態

にお ける α

を 適 切

評 価 す

る こ と に よっ て

上 記

η

を 用

い る こと が で

α

値 を 実 験

に よっ て求め る方 法の

1

例 を 以 下に 説 明し てお く

  図

1

状 態

で の

端 固定

他 端 支 持 部 材

加 力 試 験 お よ

試験

っ て

得 られ

固 定 端 部 の 曲 げ

メン ト

Mo 一

回 転 角

G

関 係の

概 念 図

を 示 し た もので ある

Mo

が弾 性 限 界 曲 げモ

メン ト

M

, 以 下の 範 囲で はα =

1.

0

(固 定 〉

、Mo

終 局 曲 げ

メ ン

My

し た

段 階

では α

=0

(塑 性

ヒ ン

)であ る

。ME

Mo

My

範 囲

において

α と

Mo

関係

よ う

えれ ば よい

ME

My

n

区 分

そ れ ぞ れの

段 階 番

号 を

1

n とす る

ま た

任 意の

i

区 分にお け る

げモ

荷 重

お よ び 回

転 角

各 増 分 を そ

れ ぞ れ

MOI

P

匠 お よ び△ 〔

9i

で 記 号 する

i

におけ る α且 は

1

)式 で 表 す

こ こに

MFi

は△

P

, に よっ て 生 じ る 固 定モ

メン ト に あ た る

Mo

1

Mo

 (

MOG

Mo

〔」

D

ME

o

一一尹

 

ご} (x (

L

3E

工}

1

 

Mo 一

θお よびα 関 係 概 念 図

(3)

  

α ・

Mo

MF

       

1

   

こ こ に

MFi =

P .

iXaXb ×

L

+ a

/(

2L2

ま た

e

,と△

MOi

の関 係 は たわ み角 法 式に よっ て (

2

で表せ る

  

4MOi

3EI

L

)× △

G

[+ △

MFi

        

2

       △

MOi

1

2

       

は (

3

)式 で 表 せ る。       △θ,

       

MOi

         

α 丘       =        

 

3

    κ i

      (

− 3EI

L

)× △ δ,

       

1 一

α i       に 1

 

α

      (

4

         

ユ+ rci

 

こ こ に

κ i ;

Mq 一

θ 曲

i

区 分

にお け る

         

L ,E ,1

部 材

,.

弾 性 係

数 お よ び

      断 面

2

次モ

メン ト

         

a

b

 

1

参 照

限 長

さの

関 す

弾 塑 性 解 析

で は

杭 頭 部の

げモ

メン ト

Mo

ME

以 下の

範 囲

(α

1

0

にっ い ては

献7, によっ て

応力お よ び変 形

求めら れる

任 意

i

段 階

に おい て は、

上 記

方 法

得 られ

た △

Mo

α 1 の

関 係

文 献

7 )式 に 代

す るこ と に よっ て

杭 頭

水 平 力の 増

QOi ,

杭 頭 水

平 変

の 増 分 △

VOi

お よ び

頭 回 転 角の 増 分△

θOi が

られ る

 

i

段 階

にお け る

頭 部

曲 げ

メン ト

MOi 、

水 平

QOi

水 平 変 位

Yo

± お よ

vi

回 転 角

90i

弾 性 限

界 時の

げモ

メン ト

M

水 平 力

QE 、

平 変 位

YE

および杭 頭 回 転 角(

YE

に、

1

i

までの そ れ ぞ れの

増 分 量

MOi

 

tS

 

Qo

VOi

お よ び△θo,

を順

え 合 わ せ る ことに よっ て

られる

Mo

=ME

+ Σ

AMol

Qo

=Q

,+ Σ △

QOt

UOi

E+ Σ △

Vo

, θo,

θE +

£ △ (

Yo

, こ こ に

Σは

1

〜i

区 分

での 合 計 を 表 す

5

6

7

8

 

本 論

で は

杭 長 さ が 短い場 合へ の適

用 性

を 考え て

限 長 さ

関 す

め ること と し た

な お

地 盤

塑 性 域

考 慮 す

 

2

有 限 長 さの

に お い て

地 表 か ら

2

深 さ ま

で の地 盤 反 力 p が 塑

盤 反 力

p 、 に

っ た 状 態 を 示 し た

の で

p 、 は

定 値

て お く

2

以 深

部 分

盤 反 力

p は

弾 性 状

(p ;

k

γ

y

偉、

 

k

, :

平 地

反 力

係 数 )

で あ る

有 限 長

杭 頭 が 固 定

杭 先

条 件

が ピン (支 持 層 上 端 で ピン) の場 合の弾 性

支 承 梁

川 を 参 考 と して

ま ず

地盤 が

さ まで

塑 性 化

し た 場 合の解 を 求め た

さら に

文 献7} と

同 様

方法

でα

を組

かっ

基礎 梁

っ て全

杭 頭

水 平 変位

条 件

考 慮

す る と

任 意

i

段 階

にお け る

平 抵 抗の増 分

られ る

式の 導 き 方 は 省

結 果

と し て杭 頭 部の

を (

9

11

} 式

ま た 地

式 を (

12

19

) 式

e

示 し た

た だ し

     

Mo

l

Qo

 

Vo

一 ご}o

場 所 打

ち ユン

PtJ

1x

P皀Pu :塑 性 地

盤 反 力

P

kh

y

弾 性 地 盤 反力

支 持 層

2

 

反 力

れ らの式 は

i

に お け る

増 分

量の表 現である が

繁 雑 さを避 け る た め区 分 を 表す サフ ィッ

i

は省 略してあ る。 サフ ィックス の

j

お よ び

k

ン グ番 号

ま た

Σは フ

チング 全 数の加

表 す も

の で

杭 頭 部

にお け る

   

ム ン・j=

Qal1

+ Σ

CkX

e

A

、)

       

£ (

Dk

Ak

/E (

1

Ak

9

   

QO

YOj

Aj − .

C

,× △(

Y

,」

ZA

D

A

      (

10

   

MOj

=−C

,X △

QO

」+α 」x △ (

rj

f

 OM        

α」X △p .XB ×

fop

feM

  (

11

  こ こ に

     

eo

1 一

α j)× △

GRj

+α」X △

θ

,」

   

SRj =

QOj

×

fOH

+ △ Pu ×

Bxfop

    

Aj =fHH−

eXj

×

fo

fHM

f、

。M      

C

」ニ α xfHH

fOM

     D

fHP

α ユ×

fop

×

fHM

fOM

)x △p

XB

     

fOH

fHM=

di

 OH

2

β

2

φ。H +β2 違2

2EI

β2

    

fOM=

di

 OM +

β

11

EI

β

     

fop

=− 2x

(φbH+β

2

φ。M +β222

3

>/

2EI

β2

    

fHH=

(φHH +

2

β

2

φ。H +

2

β22z φ。M

       

2

β323 /

3

)/

2EI

β3

     

fHP=−

2x

φHH +

3

β

2

φ OH

2

      

+ β222 φ OM +β323

4

2E

匸β3

    

di

 HH

1− kos2

β

2L

X

 e

2PL

+ e

4 βv

Φ

  

φ OH

1

2sin2

β

L’

× e72PL

e

°

4pv )/Φ

     

φ。M

1

2cos2

β

L

× e

2 βL

e

4 βvΦ

     

Φ=

1− 2sim2

β

V

× e

2βL

e

4βu

O

地 中

に お

性 域の 部 分 》

 

   

Ms

△ p

×

BXX2

2

+ △

QOj

×

X

+ △

MOj

      (

12

) △

Qs =

QO

△p

×

BXX

i

△Pu ×

BXX4

24

+ △

QOjX3

6

       

+ △

MolX2

2

C3

×

X .

C4

)/

EI

△θj

(△ PuxB ×

X3

6

QOjX2

2

       

MOi

×

X

− .

C3

EI

13

14

15

87

(4)

(地 盤 が 弾 性 域の部 分 )

   

M

≡一

eM (

Cl ’

sin β x

− C2 ’

cosβx )

     

+ e

ex (

− C3 ’

sin βx +

C4

cos βx )

β

16

   

Q

=−

e βx

Cr

− C2 ’

eo8 βx

     

Cl

G2

s 三nβx

e

ex

C3 ’

C4

脚)

     

Xeos

β

x +(

C3

’− C4 ’

)sinβx ]

       

17

   

V

e ex

C1

cos βx +

C2

sin βx

+ e

ex

     

×

C3

cosβx +

C4

sinβx

2E

β3

    (

18

   

G

e ex

C1

C2 ’

cos βx      +(

Cl ’− G2 「

)sin βx )+ e

ex((

C3 ’

 

−C4 ’

     

×cos βx +

C3 ’

C4 ’

sin βx

)]

2EI

β2       (

19

)  こ こ に

     

C1 ’≡

qH

cos2 β 

L

” e

2 βu + e

4 理 )

       

+ qM

((

sin2 β 

L

cos2β 

L

e

2pu

       

e

4PL

/Φ

     

C2

「=

卜 qH

sin2β

L’

e

2fiU

qH ((sin2 β

L

       

+cos2β 

L

e

2pv + e

4PL

Φ

     

C3 ’=

qH

1−

cos2 β

Ll

e

2PL

qM

1

+       (sin2 β 

L

+ces2 β 

L

)× e

2pv >]/ Φ

     

C4i

qH

si n2β 

L

e

2pu

qM

1

         

eos2

β

L’

sin2

β

L’

)Xe

2 βv

Φ

     

C3

C1

C2

卩一

C3

C4 ’

2

β2

         

+ △ Pu ×

B

×

23

6−

QO

」×

22

2

     

Mo

」x2      

C4

 

±

C1

C3

)/

2

β3

2

×

C3

         

+△p .XB ×

24

24

Qo

」×

23

6

         

Mo

」×

22

2

     q 日

Qo

△ PvXB ×

2

     

qH

β

Moj

+ △

Qoj

×

2 −

△p 。xB ×

22

2

     △

Qall

基 礎に作 用 す る全 水 平 力の 増 分 (

tf

     

E

1

杭 体

弾 性 係数 (

tf

 

お よ び

      断 面

2

メン

ト (

  >

     

L

≡L −

2

,L

杭 長

m >

     

2

: 地 盤の塑

性 域

深 さ (ml

  図

2

では

p. は

として

表 現

し た

区分 増 分法

途 中

で の

操 作

っ て

p 。

を深 度

X

関数

る こ とも

近 似 的

可 能

である

また

中 部

におい て

げモ

メン トが 終 局 曲 げモ

メン ト に 達 し た 以 後 は 塑 性 ヒンジ

を想 定 す

る が

こ の

操 作 も区 分 増 分 法

過 程

にお い て 考 慮 する

これ らにっ い て は

、3 .1

において さ ら に説 明 する

3 .

架 構

支 持

する基

礎 杭

崩 壊 形

お よ び

終 局 水

耐 力

3 .1

  解 析の 概 要

  本 解 析

に 用 い るモ

架構

3

に 示 し た

1

3

ス パ ン のラ

メン架 槽であ る

上 部 構 造 は 解 析 上 曲 げ 剛

88

と し て の み関 与 し

部 材の塑 性 化は考えてい ない の で

仮に

1

層で代 表 させたに過 ぎない

基 礎 梁 剛 度

KG

5,

000〜20,

000crf

杭 基 礎

1

1

杭 形 式

径 (

1.

Om

場 所 打 ちク リ

}杭 を 想

す る

杭 長

さ は

6〜10m

で あ る

地盤

地 表

ら支 持 層

ま で 均

粘 性

土 と す る

析に用い る定 数は

、一

軸 圧 縮 強

度 量

=6.2tf

/ 

平 地 盤

力 係 数

k

=900tf

/m3

粘 着 力

c 。

u

2 =3.ltf

/ 

と し た

こ こに

):h は

性 地 盤 反 力 に 達 す る ま で

簿

の値 で あ ると し た が

本 来

水 平 変 位 量 が 増 大 す るにっ れ て

kh

次 第

さ く なっ て ゆ く

こ の状 況 を 考 慮 し て

k

=O.75k

。と し た

な お

k

。 は 水 平 地

初 期 勾 配

で あっ て

献12) に よ っ て

よ り求 め た

 

Broms

は 文 献2}に お い て

 

G

 

L 〜1.

5B

B

杭 径 )

地 盤 反 力 を

0

とし

、1.

5B

以 下

塑 性

盤 反 力

をp

9Cu

い る

し か し

対 象

とす る

1

O

m の

である た め

1

5m

の深さまで地 盤 反 力 を 無

視 す

る こ と

は妥 当

で は ない と

え た。 ま た

文 献

2}

照 さ れ てい p

のデ

タ は 地 表 面 でp

=2Cu 、

  深 度

3B

以 深 でp

8−”12Cu

であ る ため

ではこれ ら を

参 考

に し て

4

に示 すPu の分 布 形 を 採 用 し た

表 面

でp

2c .、

 

2.5B

以 下 で は

8〜12c

の 平

p

10Cu

と し

0〜2.

5B

p

は 直 線 分 布 と し て ある

区 分 解 析のための 塑 性 地 盤 反 力 と しては

〜2.5B

間 を

0

5m

ごと に

区 分

各 区 分

にお

均 地 盤 反 力 を 採 用 し た

  本 解 析

で は

1

実 験 を行

っ ていない た め

α の

5

のよ うに

想 定

し た。

弾 性 限 界 曲

げモ

メン ト

M

杭 頭 部の終 局 曲 げモ

メン ト

My

、の間 を

5

等 分 し

塑 性

度 を表

杭 頭 結 合 度

αは

各 区 分

ご とに

0.

9、O.

7、0.

5、

0.

3、O.1

と仮 定 す る

 

Mo

ME

の 範 囲では α;

1.O、

 

M

My

,の

状 態

で は α

O

これ

  (

a )

方 法

お く

ま た

α

を完 全 弾 塑 性 的

え た

場 合 (

Mo

My

, :α

=Lo 、

 

Mo =Myi

ex

 

=0

にっ い て も

、一

鎖 線

併 記

しておいた。 これ を

 

b

) 方 法と称 して

2

階 梁 剛 度

KG

4

000cm8

柱 剛

Kc

礎 梁 剛 度

5

000

00

(辷  :

粘 性

土 气

コン

1

cmu

x

o

3

 

ル架 構

柱 剛 度 (

cm8

Kc

4

000

 

GL

_

場 所 打

ち コンクリう杭

1.

Om

支 持 層

(5)

Pu

=2cu

Mo

S:

分 解 析

いた

皿s の塑 性 地 盤 反 力 分 布

杭 径

4

  区分 解 析

の ための

塑 性 地 盤

y   4   3   2   1   E

MMMMMM

10

     

T  θo (×(

−L

3EI

) )

5

 

分 解 析

に用い る α の

お く

な お

地 中 部

に 関 し て は

終 局 曲

メン ト

My2

以 下

で は

弾 性

であっ て

 

M =My2

塑 性

ヒン ジに なる と考 えて ある

こ こ に

サフ ィッ クス

1

は 杭 頭 部 を

2

は 地

中部

す もの とする

解 析

たっ て は

の 塑

性 化

に お よ ぼ す

軸 方 向 力

影 響

無 視 す

る こと

塑性

ヒ ンジ が 形 成 さ れ て もせ ん断 破

せず

局 曲 げモ

メ ン ト

定の ま ま 靱 性 を 保っ こ と

は 解 析の全

におい て

弾 性 状 態

るこ と

ど を

仮 定

し た

3

2

 

解 析 条 件が解 析 結 果に あ た え る

響の検 討

 

 

長 さ が 全 杭 と も

定の条 件の も と で

化 する場 合に っ い て

架 構

基 礎 梁

K

。 お よ びα の仮 定 方 法 等の

条 件 を変

え て

解 析 を行

っ た

ただし

頭 部

お よび 地

中 部

曲 げ

メ ン トは

それ ぞ れ

Myi =8L7

tf

mお よび

My2

70tf・

mの

定 値 と する

1

に解 析 ケ

示 し

番 号

1

−一

V

を付

てあ る

 

これ ら の

解 析 結 果

杭 頭 水

Qo 一

杭 頭 水

変 位

Vo

関 係 曲線 を 図

6

に示し た

同 図 (

a

1

場 合

は、

隅 杭

中杭

両 方

にっ い て

Qo −

Vo

曲線 を示

し た が

両 曲 線 に は 大 き な 差 が ない こと が わ か る

そこで

1

  解 析

種 類

番号

杭長

m

α の

仮定 方法

フ→ ンリの

 

剛度

KG

  3

6

a

000

II

6

a)

烈)

000

IV

OQ

V

10

〔a )

5,

000

繁 雑

を避

け る ため

II

 

 

V の

場 合

にっ い て は い

れ か

Qo −

Vo

曲線

し た

いず れ も

2

ヒンジ

壞 形

っ て

角 矢 印

杭 頭 部

塑 性

ヒ ンジ が

形 成

さ れ た 時 点 を

ま た 黒 三 角 矢 印 は 杭 地 中 部の塑 性 ヒンジ

形 成 時

を 表 す

ヒ ンジ

形成 時

の地 盤の塑 性

深 さ

2

お よ び 地中 部 塑 性 ヒンジの形 成 深 度

Lo

も 併 記し て あ る

これ らの

Qo − Yo

関 係 曲 線 か ら

以 下の こ と が わ かる

1

》 図

6

(a > に お け る 基 礎 梁 剛 度

KG =5,

000e

皿3 の

場 合

(1}と

K

;20,000cm3

場 合 (

1【

の い

れ も

隅 杭

を 比 較 する と

Vo

く約

Lec

皿の範 囲で は

Qo

− Vo

曲 線 は ほぼ 弾

領 域にあっ て

杭 頭

Qo

Vo

  IIの

場 合

が1の

場 合

りも約

20

きい

ま た

1の

中 杭

隅 杭

りも

10

程 度 大

きい

し か し

こ の

範 囲 を超

え る と

杭 頭 部

お よ び 地 盤の塑

性 化

進 行

するた め

1

H間 の基 礎 梁 剛 度 に よ る相 違 お よ び 1の中 杭 と 隅 杭によ る 相

次 第

にな く な り

終 局 水 平 変 位

お よ び

終 局 水 平 耐 力

する に至る

杭 頭

ヒ ンジ

形 成 後

次 第に 増 加 し

、3.5m

す ると同

 

Lo =3.5m

で地 中 部

塑 性

ヒ ンジが

形 成

され て

終 局

となる

な お

1

中 杭

と 隅 杭にお ける

杭 頭 部の 塑 性ヒ ン ジ 形 成 段 階の比 較 で は

Qo

冨o お よ び

2

に か な り の相 違が あ る こ と が わ か る

2

6

b

) は、 α の

導入 方 法

な る 1((al 方 法 ) お よ びm ((

b

方 法

) を 比

し た もの で あっ て

、Qo

− Yo

曲 線

大 局 的

には 同

とみて よし  た

  (

b

方 法に よっ た 場 含は

  (a ) 方 法による場 合に比べ て

杭 頭

ヒ ンジが

形 成

され た

段 階

に お け る

Yo

お よ び

Qo

小 さ

かっ 地

塑 性 域 深 さ は 浅 く

なっ ている

3

6

(c )におけ る フ

チング が 回 転 する場 合 (III) と

回 転

し ない

場 合 (

IV

の比

で は

杭 頭

部に塑

ヒン

が 形

さ れ る ま での

杭 頭 水

剛 性

Qo

Vo

には か な り の差が み ら れ る

し か し

同ヒ ンジ 形 成 後は

回 転

影 響

が な く なた め

次 第 に 両 曲 線 は

づいて ゆ き

っ い に は

す る

4

6

d

) は

長 さが

な る1

6m

杭 )

お よ び V (

10m

杭 )の 比 較 で あっ て

後 者

の場

地 中 部

ヒ ンジ が 杭 頭 部 よ り も 先に形 成 さ れ て お り

前 者にお ける

形成 順 序

とは

となっ た

ま た

、Qo − Vo

曲 線

き く

異 な

っ てい る

こ れ は

杭 長

さ が

程 杭 全 体

と し て の

転 変 形

さく な り

かっ 地

中 部 最 大 曲

げモ

メ ン トの

杭 頭 曲 げ

メン

対 す

割 合

増 加

す る

傾 向

に あ る た め で あっ て

My1

My2

の相 対 的 な 大 き さ も 関

89

(6)

   

80

   

70

   

60

   

50Qo

 

40

tf

   

30

1

   

00

   

80

   

70

   

6e

   

50Qo

 

40

tf

)    

30

1

・・    

10O

 

o

   

80

   

70

   

60

   

50Qo

 

40

tf

   

30

fl

2

            

3

     

4

5

     

6

       

Vo

(cm

   (

a

KG

cme

5

,◎

00

1

お よび

20

,◎

00

ID

場合

比較

0  

0

   

80

   

70

   

60

   

50Qo

 

40

tf

   

30

1

・ ・    

10

1

     

2

      諺     

4

     

5

         

6

                                写。 (  }

       (

b

αの

導入方法

なる

1

Ill

比 較 (

中杭)

7

     

8

     

9

O

 

o

   

1

         

2

         

3

         

4

         

5

       

       

70

c皿

      

   

c

チン

の回

有 (

1

1

無 (

1V

比 較 (

中杭)

7

     

8

     

9

T

8

9

1

2

 

 

 

3

  

4u

。 (,m)

5

  

6

  

Cd

杭長

が異 な る

i,V

比較 (

隅抗

     図

6

 

Qo −

Yo

関係 図

7

8

9

90

(7)

係 す

。一

設計

で は

My2

My

,の

関 係

る こ と も

いの で

こ の よ

塑 性

ヒ ンジ

形 成 順 序

逆 転

こ り 得る こ とを 示

て いる

1 の杭 頭 部 塑 性ヒ ン ジ が 形

され た

、2

増 加

する と ともに

中 部 最 大 曲

げ モ

メン トが 増 大 し

、Le

2 =3,

5rn

で 地 中 部 塑 性 ヒ

形 成

終 局

。一

v は

2 =2.

Om

し た

頭 部

性 ヒン ジ が 形 成 され るが

その

2

ヒ ン

ジ状 態

2

が増 加

同 時

Lo

以 浅

部 分

が 降 伏 曲 げモ

メン トに達 し て ゆ く た め

塑 性 域 が 上 方に

大 し て ゆ く

こ の塑 性

の上

2

致し た時 点で

終 局

と なる

7

終 局 状 態

るま での

経 過 説 明 図

し たので

さ れ たい な お

例の場 合 は

頭 部 塑 性ヒン ジ形 成 後の

Qo ・

の 増 加 は 非 常に小 さ く

終 局

に は v と 1の

Qo

Vo

曲線

はほ とん ど

し てい る

 

以 上 よ り

の弾 塑 性

解 析

に おいて は

チングの 回 転 は

Qe − Vo

初期

において

影 響

す るこ と

杭 長

       ア

さ は 塑

ヒンジ

成の

期お よ び

地 盤

塑 性域 深

頭 変 位

な ど

崩 壊 過 程 全 般 を通 じ

く影響 す

る こと がわかっ た

ま た

αの 導 入 方 法 は

塑 性

ヒ ンジの形

時 期

地 盤の塑

性 域 深

さ な ど にっい て 影 響 が あ る もの の

終 局 状 態 に は 影 響 し ないこ と

全 体 と し ての

Qo − Vo

曲 線の形

に も あ ま り

影 響

しな い こ と

どが

か っ た

3 .3

  杭

崩 壞 形

お よ び

力 と 杭の終 局 曲 げ        モ

メン トとの 関 係   杭 頭 固 定の場 所 打ち コンク リ

ト杭 (杭 径

LOm

> に っいて

終 局 曲 げ

メン

My

変化

さ せ た

場 合

解 析

数 多

っ て

My

崩 壊形

お よ び

局 水 平 耐 力

Qu

の関 係 を 検 討 す るこ ととし た

た だ し

My .

文 献

2 ]

杭 全 長 を通

じ て

定 (

My

My

My2

) と し

 

My

値 は

20〜320tf・

皿 の

囲 と し た

地 盤 系

終 局 状 態

検 討 対

象とす る ため

解 析

へ のαの

入は

b

方 法

に よっ た

 地盤の 水 平 反 力 係 数

k

, およ び粘 着 力c

と し ては

3 .2

の解

い た

k

=900tf

/m3

 c

 

=3.

 

ltf

/  の

kh =400tf

m8

  cu

1

5tf

m2

よ び

k

=1.400

tf/m3

  c

.=

4.

5tf

/  を

採 用

する

杭 長

さ は

L =6− 10m

である

杭の無 次 元 長 さ β

L

値 は

Ll 〜2.

4

に相 当 する

 

8

実 線 ほ

杭 長

L

6

8

お よ び

10m

場 合

に お け る 解 析 結 果の

Qu − My

関 係の

例 く

k

=900tf

 

c

i3

ltf

m2

 

k

400tf

m3

  c u

1

5tf

 1 お よ び

k

;1,400tf

m3

  eL

=415tf

/ 

場 合 も

8

同様

関係 曲 線

ど なる ので

こ こで は

省 略

す る。 全 体 と し て は

2

ヒンジ 崩 壤 形 と

1

ヒシ ジ 崩

形の

囲 に区 分で きる

2

ヒ ンジ 崩 壞 形で は

ま ず 杭 頭 部に塑 性 ヒンジ が

形 成

さ れる

My

=My2

で あ るの で、 地

中 部 塑

性 ヒンジ が 先 行 す る こ と は ない

っ いで

My

大 き

さ に応じ て 地中

の 塑 性ヒンジ が

Lo

さ に生 ずる

丸 印

置 での

Lo

の値 を 例 示 し た

 

My

が 増 大 す る と と も に

Lo

は わ ず かつっ 増 大 し て

定 値 べ 近づ く 傾

が み ら

。Qu

し た

時 点

にお ける

地 盤

塑性 域 深 さ

2

。 で

黒 丸 印 位 置

で の

値 を示

し たが

1

My

増 大

と と

次 第

増 加

し てい る。

2

Lo .

よ り も

さい

に お い て は

中 部

塑 性

ヒ ンジ

形成 時

Lo

》 の地 盤の塑 性 域 深 さ

2

2u

以 下

であっ た

7

で 示 し た よ うに

杭 体の 塑 性 域 が 上 方に向 かっ

ると と

2

増 大

塑 性 域

上 限

2u

致 し た 時 点 で 終 局 と な る

。2 、

Lo

よ り も 大 きい

囲 では

中部

塑 性

ヒン ジが

形 成

さ れた

段 階

GL

地 中 部 ヒンジ 間の 地 盤 は すでに 塑 性 化 してい る た め

平 耐力

はこれ

大 せ ず

こ の

時 点

ζ

な る

My

が さ らに増 大 すると

っ い には

2

杭 先 端 深度

L

達 す る

こ の状 態 に おいて

杭 地 中 部の最 大 曲

メ ン

終 局 曲 げ

メ ン トに

してい な け れ ば

地 中

性 ヒン

形 成

さ れ ず

杭 頭 部 塑 性

ヒン

の みの

1

ジ崩 壊 形

後 出

10

参 照 )

2

ヒ ンジ

崩 壊

と の境

2

杭 先

深 度

に到 達 する と同 時に地 中 部に塑

ヒンジ が形 成さ れ る

場 合

で あっ て

こ の時の

My

Ma

で 記 号 す る

 

Ma

値 は

 

L =6 〜10m 、

  c 。

L

1

中 部

性ヒ ン ジ形

成 時

  

     

2

部 塑 性

ヒ ンジ

形 成 時

3

) 終

7

 

v

10m

杭 〉

終 局 状態

へ の

経 過 (

My

,く

My

・}

91

(8)

 

1

 

100

5

°

  

   

   

o

 

O

     

50

50

でゆ◎

1

・・

O

 

o

200

150

Qu

 

IOO

tf

 

50

OO

       

150

       

200

           

−一

P

 

4y

 (

tf。

m

   

(a〕

6m

合 〔

β

L

1.

3

250

300

0

 

0

50

O

◎        

150

         

200

       

一一

pm   卜

4y

 (

tf

m)

    

b

8m

場合 (

β

L

1

7

250

300

50

,        

150

     

200

100

           

−−

− 卩

 

 

My

 

tf

口)

     (

c

10m

場合 (

β

L

2

2

250

 

300

8

  Qu

− My

関 係 図

(c

=3.1tf

  )

92

(9)

=1.

5

− 4.5tf

/  の範 囲でほ ぼ

O.

85c .BL2

であっ た

Ma

にあた る

杭 長

LL

LL

VMmUB

 

とな る。 し た がっ て、

崩 壊 形 は

Ma

お よ び

LL

値 を規

に し て 区 分 で きる こと

わ かる

 

2

ヒン ジ 崩 壊 形の場 合の 地 中 部 塑 性 ヒンジ 発 生 後の推

理 解

資 す

るた め

9

を描

い た

同 図

部 塑 性

ヒンジ 形 成 時の

Lo

お よ び

2 、

終 局 時の

2u

My

と の

関 係 を

示 し た

。L

お よび

Ma

との

形 を

とっ て

い つれ

も無 次

し て

My

0

8Ma

囲では

1

.〈

Lo

で あっ て

斜 線 を施 し た 部 分 は

杭の地 中 部 塑 性ヒ ンジ

形 成 後

発 達

した塑

性 域

にあ たる

。 My

Ma =

場 含

地 中 部

ジ 形 成

崩 壊至 る ま で の地

行の

度 合

い は

塑 性

域の

拡 大

度 合

い よ

り も大

きい

My

0

8Ma

llu=

Lo

な り

後 は

2

Lo

であっ て地 中

ヒ ンジの

形 成 時

局 と な る

My

Ma

2iL

とな り

1

ヒン ジ崩 壊 形 へ

移 行 す

10

には

以 上 述

崩 壊 形

Le ,

伽 な ど との

関 係

概 要 図

し て おい

 

ここ で

本 解

結 果 と

Broms

の方 法による計 算 結 果 と の比

み て お く

ただし

本 解 析

Broms

の方

と の間には

  (i) 杭 先 端 支 持 条 件の 相 違

支 持 杭 と摩 擦

一、

  (

li

塑 性

盤 反 力 値

相 違

一10Cu

9c

一 お よ び (iii) 地 表 付 近の塑 性 地 盤 反 力 分 布 形 状の相 違

2

5

B

間の反 力 考 慮と

1.5B

間の反 力 無 視

などが あること を

留 意

してお

く必 要

あ り

仮 定

した

杭 お

よ び 地

盤 定 数

の範 囲 内でのか な り定 性 的 な 比 較に留 まる こ とは 止むを えなv  なお

Broms

短い

崩 壊 形

塑 性

ヒ ン

ジ が形 成 さ

盤 が杭

全 長

わ た

っ て

塑 性 状

態 に達 する

短い

摩 擦 杭

場 合

の想

で あっ て

先 端

を ピン と

想 定

し た

本 解 析 法

の場 合には

じ え ない こ と

を付 言

し て お く

 

Broms

2

ヒ ンジ

) お よ び

 

000

1

 

02

 

0

3

 

0

4

 

0

5sso

6

o

7

 

0

80

91

0

2

間 長 さの 杭

式 (

1

ヒン ジ 崩 壊 形 )による終 局 水 平 耐 力 の

値 (

QUcv

お よび

Qu

 CM

My

関 係 を

8

併 記

した

My

条 件

本 解 析 値

Qu

と比

する

、QUtt

60

80

程 度

 

Qu

(M )

65

〜70

% 程 度の低い 値 と なっ た

ま た

崩 壞 形 を 区

分 す

曲 げ

メン ト

Mb

本 解 析

Ma

60

〜70

%の値 で あp

Qu

Qu

  の差 は

(i)の

杭 先 端 支 持

違 も

影響

するが

  (

ii

お よ

び (

iii

に (

iii

表から

1

5B

の 地

盤 反 力

無 視

き く影 響 す る と 推

さ れ る

ま た

中 間 長 さの杭

式の

適 用 域

β

L

2

25

範 囲

も杭 長

さな ら びに

My

に よっ て 異 なっ てお り{ 単にβ

L

のみによ ら ない こ とが わ か る

4 .

結 論

  粘 性 土 地 盤

にお け る

杭 頭 固定

支 持 杭

終 局 水

耐 力

お よ び

崩 壊 形

関 す

解 析 的 検 討 を 行

っ た。

1

1

杭 形

式の場 所 打 ちコ ンク リ

(杭 径

1.Om ,

 

杭 長 さ

6

10m

)にっ い て

弾 塑

解 析を行っ た

果と し て:

以 下

の事 項 を 明 ら かにす るこ とがで ぎ た

1

) 図

6

において

基 礎 梁 剛 度

α の

導 入 方 法

a

お よ び (

b

) 方 法

お よ びフ

チングの 回転 等の条 件の 相 違に よる杭 頭 水 平 力

Qo 一

杭 頭 水 平 変 位

Uo

曲 線へ の影

とん ど

の と

判 断

さ れ た

終 局 時

におい て は

各 比 較 杭の水 平 耐 力 お よ び 水 平 変 位は

致 する

し か し

部 塑 性

ヒン

の形

成 時 点

で の

頭 水

変 位

よび 地 盤

塑 性 域 深

2

に は

相 違 が

以 後

崩 壞

過 程

影 響 を及

し てい るの が 観

さ れる

  杭 長

L

、QoL

》o

線の 形 状

ヒン ジ形 成

の水

平 力

水 平変

位 な ど

崩 壊 過 程

にわ たっ て 大 き く

影 響

1

   

メ ン ト

My

XMa

0.

4

      

0

6

       

0

8

         

1

1

2

1

4

      図

9

 

My

と地 盤 お よび杭の塑 性 深 さとの 関 係 図

93

参照

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