Experirnent on lo、

繰 り返 し水平力を受けるL型擁壁の低サイクル疲労実験

王

Experirnent on lo、

、vall subjected to the horizontal cychc load

HalJun WVANG*,Akira IIASEGAWVA**,Yukitake SHIoI半

^**

andふ Iasami SHoYA**キ

^*

L type retaining、 ,,an is usua■ y used to control collapse settlement of stitt soil  ln cold area, the freeze― thaw cycle of soil produces horizontal cychng earth pressure  The number of iteration of the hori2ontal pressure is smaller than the number Of cyclic load in the case of noor system of rail、 ,,ay or road  Therefore,an experilnent was carried out to evaluate the effect of the horizontal cychc ioad  According to the experirnent and analysis,it is sho都 ァ

retaining Mァ all、 ',as destroyed at lo、 ver cycling ioad than the horizontal ultilnate load even if the number of iteration of the horizontal pressure is very small,(2)The cychc load destroying the retaining郡 〆 all was reduced ttrith the increasing of iteration number

Keywords: L type retaining  Ⅵrall,horizontal cyclic load,fatigue

1.は

じ め に

擁壁 は,盛土 または切上の勾配が 自然の状態 では上の崩壊の可能性があるときに土留 め壁 と して使用 され るものである。

L型

,鉛

ス トコンク リー トとして製作 され る場合 には^, その形状 か ら製作上 も優 れた経済 的特性 を持 つ。

平成 10年 10月 16日 受理

キ大学院工学研究科土木工学専攻博 士後期課 程・ 2年

ホ ・ 土木工学科・ 教授 ホ

_{造工学研究所・ 教授} 布帯

_{木工学科・ 教授}

この擁壁 に作用す る荷重の主た るものは土圧 と自重である。寒冷地では,外気温 と地中温度 の変化 に伴 って,擁壁壁面 に作用する土圧 は変 化 している。図‑1は現地で観測 された擁壁壁面 に作用す る土圧の 日変化 曲線の一例である。外 気温 と地中温度が低下 して,地盤が凍結 し,膨

脹 しよ う とす る こ とによって土圧 が大 き くな り,気温のサイクルに類似 して土圧 は繰 り返 し て擁壁 に作用 している。 したがって,寒冷地 に おいては地盤の凍結 。融解現象 による繰 り返 し 水平荷重 を発生す る可能性がある。

しか し

,こ

写真 1は,寒冷地 においてプレキャス ト擁壁 を建設後数年経過 した

L型

筵︹ 服 覇 慧

7川

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19

1月

202122232425262720

経過時間

)

図■ 土圧の 日変化 曲線

れが発生 してお り,この位置 で鉛直壁 はわずか に傾 いてい る。 また,写真

2は

(1)設計 で考慮 され て い な い上 載荷 重 に よ る水平力

(2)背面 上 砂 の凍結 融解 作 用 に よ る繰 り返 し水平力

(3)その他

(1)について は,設計 において上載荷重が¹

tf/cm2で

,周

(2)の繰 り返 し機構 としては,① 背面土砂の 凍結による水平力増大によって擁壁が全面に傾 く,② 背面上砂の融解によって水平力が減少 し,背面上砂 と擁壁背面に間隙が生まれる,③

その間隙 に新 た に上部 か ら土砂 が供給 され,背

面上砂 と擁 壁 背面 の間隙が消失す る, とい う繰 り返 し作用が推定 された。

そ こで本 実験 で は,実物 試験 体 を使 用 して プ レキ ャス トL型擁 壁 の水 平 繰 り返 し実 験 を行 い,上記 の よ うな破壊 が発生 す る可能性 が あ る か調査 した。

本論文 で は,その実験概 要,実験 結果 お よび 得 られた知 見 につ いて述 べ る。

2

,・ ■デ

繰 り返 し水平力 を受 ける

擁壁 の低サイクル疲労実験

―

  il  l iや

写真

現地 の擁壁 の破壊状況

2.実 _{験 概 要} (1)試

験体

試 験 体 は

の プ レキ ャス ト実物試験体

_{で あ る。使用 さ}

れ て い る鉄 筋 の許 容 引 張 応 力 度 は 1,600 kgf/

cm2で

ぁ り

ン ク リー トの設 計 基 準 強 度 は

ぁ る。実験 は,コ ンク リー ト打設 後

以 降 に行 った。試験体 寸 法 及 び配 筋 を 図

示 す。鉛直壁壁 厚 は上部 で 8cm,下 部 で

単鉄筋 断面 とな って お り

鉄 筋 とし て下 部 で

隔 で使 用 され て い る。底盤部 も同様 に

^{か と部 で}

直壁 と の 接 合 部 で

な った 単 鉄 筋 断 面 と な ってお り

鉄筋 として

隔 で使用 されてい る。

(2)実

験 装置 と載荷 方法

実 験 装 置 は写 真

示 す水 平 載 荷 装 置 を使 用 した。試験体 は

に鉛直壁 の水平力 に よる 破壊 を調 査 す る こ とか ら

盤 を実験室床面 に

45 mmボ

ル トを

使 用 して固定 した。水平 力 を受 けて鉛直壁 が傾 くことによって金面下部 に ゴム シー トを敷設 す る ことも検討 されたが

壊状 況 を見 なが ら対 応 す る こ ととし

終 的 に は使 用 されなか った。

鉛 直 壁 載 荷 点 は鉛 直 壁 上 端 か ら

_位 置 に載荷 面 (幅 150 cm× 高 さ

な る三 角形 治具 に よ り載荷 した。載荷 試験 は一 方 向載 荷 試験

(試 験体

り返 し載荷試験

(試 験 体

行 った。三角形治具先端 に はゴム シー トを張 り付 け

荷 面 (幅 150 cm×

高 さ

均 ― に荷重が伝達 され るよ うに

配 慮 した。 また

荷 面 が水 平 か ら傾 か ない よ

う鉄管 を使 用 して三 角形治具が水平 に移動 す る

よ う支保 した。載荷 は

ー ドセルの荷重値 を

フイー ドバ ック して制御 す る荷重制御型載荷 方

法 と

直壁上部 中央 に取 り付 けた変位計 (図 ―

値 をフイー ドバ ック して制御 す る変

位制 御 型載荷 方法 を とった。破壊荷 重 に至 る ま

で の過程 で は荷重制御型載荷方法が ,そ ^{れ以 降}

写真 2 取 り出 した擁壁 の破壊状況

の載荷 については破壊 の進行 を注意深 く観察 し なが ら変位制御型載荷方法が採 られた。載荷速 度 については,荷重制御型載荷方法の時 は^0.02 tf/sec,変 位制御型載荷方法の時 は0.lmm/sec

を基準 とした。

(3)計測

計測項 目は,変位9点,正面,裏お よび側面 の上,中 ,下段のひずみ

36点

3に

し目視 によって観察 した。

3.実験結果及び考察

3。1 荷重 と変位

(1)一方向載荷 (試験体^Ll)

図‑5に 一方向載荷 した試験体Llの_荷重変位

曲線 を示す。縦軸 は水平荷重,横軸 は鉛直壁左 右(観測位置 は上端か ら5cmの_{位置)の 変位の}

平均値である。

荷重が約

^1.4 tfま

4

繰 り返 し水平力 を受 ける

擁壁 の低 サイクル疲労実験

OD19‑8

8

④ D6‑11

̲IFJL

30250=750 8

図

試験体寸法及び配筋

さ らに荷重 を増大 させ る と

降伏 し た。 この とき鉛直壁取 り付 け部 に作 用す る曲 げ モー メ ン トは 2.44 tfem(載 荷 1 95 tf× うで ^1.25

m)で

,こ れが発 生 した最大抵 抗 曲 げモー メ ン ト で あ る。その後

位 制御 で先端 変位 が

とな る まで載荷 した。

(2)繰り返 し載荷

(試

L4)

① Ll試験体 の一方向載荷実験 による破壊 荷重 は

^1.95 tfで

1.95 tf以

,Ll試

Pl 2000

十 十

」

十

_ギ ^{5(φ 05)}

写真 3 実験載荷装置

80 d3

ら下

d9

d6

変位計 (ストローク

^5(lllllll)

※壁面の歪みゲージは表裏両面に付ける 80

00

図3 変位計及び歪みゲージの設置

‑ 6 ‑

〇

〇 い 引

ンクリー ト

l口

ロガー

ンピユータ イッチボック

繰 り返 し水平力 を受 ける

擁壁 の低サイクル疲労実験

図

計測 ダイヤグラム

２

︲６ Ｍ 柁 ｉ ０ ８ ０ ０

∝

︒ ２ ０ 令 そ ヨ ８

︵︺︶一匈ｏＪ

c12 電

20      40      60      80 D sp acemontlmm)

図

_{荷重変位曲線}

DispIBcomant(mm) Disp ECemen《 mm)

図

荷重変位 曲線

は 1.4 tfで あ

る こ とか ら

限値 ん は ^1.4 tf以 上 とす る。

② Ll試験体の一方向載荷実験による残留

耐 力 は 0.6 tf程 度 で あ る こ とか ら

限 値 ^Pと は これ を目安 とす る。

③ 繰 り返す荷重 の上限値ん と下限値

^Pと

(以

)は

④ 実験 を実施 し,破壊 に至 る繰 り返 し回数 を検討 しなが ら次の設定値 を検討する。

この結果,試 験体L2からL4の_{繰 り返 し載荷} の上限値ん はそれぞれ

1.7 tf,1.8 tf,1.9 tf,下

0.5 tf,0.6 tf,0.7 tfと

^1 2 tfで

図 6の L2試験体 の荷重変位 曲線 である。上 限値几

^1.7 tf,下

^{Pと 0.5 tfで}

1 4tf載

図 7の L3試験体 は,上限値 為

^1.8 tf,下

^{Pと 0.6 tfで}

²²

図

荷重変位 曲線

回の繰 り返 し載荷 によって降伏 した。鉛直壁取 り付 け音

[に

, 1.5 tf載

図‑8のL4試験体 は,上限値 島

^1.9 tf,下

^{Pと 0.7 tfで}

¹²

図 9は L2からL4まで3試験体 の繰 り返 し 試験体 の荷重変位 曲線 を重 ね描 いた もので あ

D百 測 ncamOnt(mm)

︵■

︶コ ロｏ ヨ

図

荷重変位曲線

２ 綽 い １４

︲２

︐

∞ ０６

﹈ ０２

０

ザ￨

Disp aconent(mm)

図

9 L2,L3,L4の

線り返 し回数N

︵﹂

︶︶ っ個ｏ ョ

︵ Ｅ Ｅ

︶ 理 ミ 雨 る ０

荷ユ

図 11 荷重 とひび害」れ幅 (Ll)

図

10 

る。小 さい荷 重 で荷重 と変位 が線形 な関係 を 保 っているときの

3つ

もの となってお り,ほぼ同一の岡中l生を有 してい ることが示 されている。 また,降伏後の挙動 に ついて も同様 な結果 を示 している。

図 10は,破壊 す るまでの荷重 の繰 り返 し回 数 を横軸 に,荷重上限値 を縦軸 に描いた もので ある。この図によると,荷重上限値の増大 に伴 っ て繰 り返 し回数 は低下 す る こ とが示 されてい る。繰 り返 し回数 と荷重上限値 には対数な関係 があるとして近似式 を求 めると図中のように得 られた。 この関数 によると,年間の凍結 。融解 繰 り返 し回数 を

30回

3,2 _{荷重 とひび害}Jれ幅

図 11は Ll試験 体 の荷 重 の増 加 に伴 って鉛 直壁 取 り付 け部 にお ける点Aと C(図 3)のひ

繰 り返 し回数

図

12 

び割れ幅の変化 を示 した曲線 で ある。^0.9 tfか ら点Aで,引 き張 り力 によると思われ るひび割 れが見 られ,約^1.4 tfか ら壁体 の左端 か ら右端 までひび割れが見 られた。荷重の増加 に伴 って ひび割れ幅の増加現象が見 られ,降伏 した

195

図

‑12は

縦軸 に,横軸 は繰 り返 し回数 によって示 した も のである。荷重上限値 は増大すると,破壊時の ひび割れ幅 は小 さい。 また,いずれの曲線か ら も,繰り返 し回数の増大 に伴 ってわずかなが ら ひび割れ幅が増大 している。

3.3 鉛 直壁面及び鉛直側面のひずみ状況 図 13の A,B,C,Dは_,それぞれ

Ll,L2,L3,

‑3参

￨

LOGiO(Pu)=―

p4■→、」J

r■:FI

￨

8

身 IⅢ

繰 り返 し水平力 を受 ける

擁壁 の低サイクル疲労実験

図

鉛直壁前面 と背面のひずみ状況

図

鉛直壁前面 と背面 のひずみ状況

加 に伴 って中立軸 は徐々 に引張側 に移動 してい る。中段では,約

^1 2tfま

1.4 tfま

ることが理解で きる。

3.4 

破壊 状 況

この試験体 の崩壊 は

直壁 取 り付 け部 での 破 壊 に よって発生 した。 図

鉛 直 壁 取 り付 け部 の破壊 につ いて調 べ た もので ,そ ^れ

ぞれ試験体 L2,L3,L4の 繰 り返 し回数 に伴 う ひび害」 れ の進展状況 を示 した もので あ る。また ,

4試

験体 の破壊状 況 を写真

示 す。

破 壊 の進 展 過 程 を考 察 す る と次 の よ う に な る。

①

^1 4tf

②

^,擁

^,

主鉄筋 まで進展 した。

③

④ その後,主鉄筋の曲線 に沿 って,向きを 変 え最終的 に水平 に対 し約25度_{の角 を} な して下部底面 まで進展 した。

⑤ それぞれの破壊面 は,鉛直壁前面 と底盤 下面 まで到達 し崩壊 に至 った。

この破壊状況 は4試験体 とも繰 り返 し回数 に こそ違 いはあるものの,大きな相違 は見 られな かった。この試験体 の破壊状況 と写真 1に 示 し た現地の実物擁壁の破壊状況がほぼ似通 ってい ることか ら,写真‑1の擁壁 も本実験 と同 じよう な荷重 を受 けていた可能性がある。

図

鉛直壁前面 と背面のひずみ状況

３ 日Ｊルーヽ ︲

《

ひすみ (x10‑6)

図

鉛直壁前面 と背面のひずみ状況

上部 か ら下部 にか けて,ひず みの分布 は曲 げ モーメン ト分布 と同 じく直線状 にあるが,荷重 が大 きくなるに連れて線形性 は崩れている。

図 14は_試験体Llの鉛直壁右側面 のひず み 状況である。荷重の増加 に伴 つて側面のひずみ と中立軸 は変化 している。上段で は,荷重の増

隠

夢

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左端 ―――――――― 断面中心 

―

右

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15

e30     o29    o28

左端

―一―――――――― 断口中心

―――一―――― 右端

︲５

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▼︵ ０

︐ こ ヽ 子 ０ ０写

８ 帯

e98￨

‑15

III

￨ e96e35e34

右 面

００

め 日

￨￨

200 150

50

‑150

‑250

o33 o32

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左蛸

―― ̲̲― _{――――断面中心}

_{――― 右} 1出

e30e29e28

￨

c33●32e31

8

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右 面 Ь

日

唸 挙

()

‑100

‑150

‑200

‑250

o36       e35

図

鉛 直壁右 側面 の ひず み状 況

∂ 広 ェ も К 挙 わ

︲

︲

︲

︲

︲ ｌ ｌ ｅ３︲

︲︲

︲︲

︲︲

︲

︲ ｅ３４ ｅ２９

        ｗＨ Ｗ ｅ３２

      Ｈ Ｈ Ｈ ｅ３５

︱

︱

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︱

． ＝

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ｅ３

⁚

︲

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︐

０呵 ヾ

―‑ 10 ‑―

̲40̲̲̲

´ベ 滋

へ

主 鉄

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＼＼＼＼

＼

キ

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よ

＼

＼

ヽ ＼

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主 鉄

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―キー山

e34

繰 り返 し水平力 を受 ける

擁壁 の低サイクル疲労実験

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図

ひび割れの進展状況 図

ひび割れの進展状況

笛

０ こ お 一

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ε と ヽ 一

図

ひび割 れの進展状況 写真

全部試験体 の破壊状況

4.結

本実験 は,寒冷地 に建設 され るL型擁壁 が背 面上の凍結融解作用 を受 ける とき, ^{どの ような} 疲労破壊 を起 こすか を実験的に調査 した もので ある。 この結果,次の ような結論 を得た。

①

^0,9

1.4 tfで鉛直壁取 り付 け部全域 でひび割 れが発生す る。一方向載荷実験 の降伏荷 重 は約^1.95 tfである。

② 荷重 を繰 り返 して載荷す ると,擁壁 の破 壊する荷重 は低下する。

③

④

用 を受 けるとき設計荷重 より小 さい荷重 で擁壁が破壊す る可合を陛があるため,背

面 に道切 な対策 をとることが望 まれる。

今後,実際に擁壁 に加わ る凍結融解作用 によ る土圧 を測定 し,擁壁本体 の設計時 にどの よう な考慮が必要であるか,背面への対策 として ど のような方法が適切であるか を検討す る必要が あると考 えている。

参 考 文 献

(1)岩手県における農業用排水路 の凍上対策工法 標幸設計マニアル,岩手県農政部農地開発課

,

昭和 51年 3月

(2)鉄道構造物等設計標準 。同解説 コンクリー ト 構造物,鉄道総合技術研究所,平成 4年10月

(3)渡辺博志,河 野広隆 :L tt RC隅 角部の設計方 法に関する検討,土木技術資料,Vo1 40‑10,pp̲

36‑41, 1998.10,

―‑ 12 ‑―