補強材を設けた深礎基礎の変形・支持力特性とその解析

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(1)III‑269. 土木学会第58回年次学術講演会（平成15年9月）. 補強材を設けた深礎基礎の変形・支持力特性とその解析名古屋工業大学. 大学院. 学生会員. ○西村. 名古屋工業大学. 正会員. 中井. 照夫. 学生会員. 西尾. 彰人. 名古屋工業大学. 大学院. 智. １．目的本研究では、実際に施工実績 1)のあるたわみ性のある補強材を放射状に設けた補強材基礎を取り上げて、アルミ棒積層体を用いた２次元モデル試験の結果 2)と有限要素法による解析を行い、補強材の設置方向の違いによる影響や地盤の基礎との相互関係を考慮し、その補強効果を検討するものである。２．解析の概要. 6cm. 有限要素解析は subloading tij model. ラメトリック要素を使用した。解析条件. 5cm. として微小変形理論を用い排水条件下. 30° 30° 3.5cm. において、平面ひずみ条件ならびに軸対称条件で解析した。補強材の設置角度は. 補強材下向き. 補強材なし. 8.8cm. 図１. 補強材水平. 補強材上向き. 基礎の補強材の向きと載荷方向表１. り、載荷方向は(1)平面ひずみ条ジョイント要素 18cm. 件では鉛直引き抜き・押し込み、傾斜引き抜きの 3 パターン、(2). 面ひずみ条件での解析に用いた有限要素のメッシュの一例を示. 37cm. 図２. 6cm. 37cm. 有限要素メッシュ. す。表２に補強材の剛性ならびに摩擦角を表 2 に示す。基礎と地盤や補. 0.008 0.004 0.3. Rcs. 1.8. β. 1.2. 表2. メータを表 1 に示す。図 2 に平. λ κ. 32cm. 行った。解析に用いた材料パラ. 解析で用いたパラメータ. N(eNC at p=9.8 N /m2& q=0 N/m2). ビーム要素. 軸対称条件では鉛直引き抜き・押し込みの 2 パターンについて. α. 19.5cm. を構成モデルとして、要素にはアイソパ. 図 1 に示すように４パターンあ. 6cm. 6cm. 6cm. 3). ν. 0.2. a. 1300. 補強材の剛性、摩擦角. 補強材の EI(kPa) 補強材の EA(N) 杭と地盤との摩擦角補強材と地盤との摩擦角. 7.03×10-1 8.43×104 14° 20°. 強材と地盤の不連続面での摩擦特性を考慮するため、弾塑性ジョイント要素を用い、補強材にはビーム要素を用いた。３．平面ひずみ条件下での実験と解析結果と考察図 3 に引き抜きおよび押し込みにおける変位〜荷重関係を示す｡引き抜き・押し込みともに解析結果は実験結果を定性的、定量的によく表現できている。引き抜き時には下向きが一番大きく次いで水平、上向きの順に抵抗力を発揮した。図４の押し込み時には上向きと水平が下向きよりも大きな抵抗力を示したが、その差は微量で向きの違いによる抵抗力の差は殆どなく、解析でもその挙動を適切に表現できている。図５に傾斜引き抜き時の変位〜荷重〜回転角関係、変位が 0.5cm 時の補強材の軸力分布を示す｡縦軸に載荷方向の引き抜き抵抗力と反時計回りを正にとった基礎の回転角を、横軸に水平変位と鉛直変位の 2 乗和の平方根をとって整理した。鉛直引き抜きでは補強材によって抵抗力の差が生じていたが、傾斜角 15°の引き抜きでは補強材の有無や設置角の違いによる抵抗力の差は小さくなった。軸力に関しては左方向に傾斜角を持って引き抜いているため右側の補強材に引っ張り軸力が正に出ており、特に下向きの場合において抵抗力を発揮しているのが分かる。キーワード支持力，杭，補強材，有限要素法，微小変形連絡先. 〒466‑8555. 名古屋市御器所町. 名古屋工業大学システムマネジメント工学科. ‑537‑. ＴＥＬ052‑735‑7157.

(2) 土木学会第58回年次学術講演会（平成15年9月）. ４．鉛直載荷時の平面ひずみ条件と軸対称. 10. 実験・引き抜き. 8. 条件との比較と考察. P (N). P (N). III‑269. 10. 6. 6. 図 6 に鉛直載荷時の変位〜荷重関係の平. 4. 4. 面ひずみ条件と軸対称条件の解析結果の比. 2. 2. 較を示す。載荷方向に拘わらず、どのパタ. 0. 0.2. 0.4. 0.6. 図３. に比べ６倍ほど大きな抵抗力を発揮した。. 実験・押し込み. 80. 60. きな摩擦力が生じ、さらに補強材の効果も. 40. 40. 増大する事が考えられる。また、補強材の. 20. 20. 0. 0.5. 1. 1.5. 結果と比べ顕著に見られた。図７に下向き. 図４. θ(degree). 果で得られた各載荷方向における支持力特性を、定性的・定量的に. 0.2. 200. 10. 50. しか働かず補強効果は. 図６. 0.8. 引き抜き. 3 2 1. -2. -1. 0.8. -2. 1. 1. -2. ( ×1 0 m). 4. 3. 2. 0. 1. 0. 1. 2. 3. 4-2 5. 傾斜 15°引き抜き. 解析・押し込み. 0.5. 1. distance fro m foundation( ×1 0 m). 150. 最も大きな抵抗力を示. 2 1 /2. 解析・15°. ( ×1 0 m). 荷重〜変位関係、軸力分布. 100. 0.6. 2 1 /2. 0.6. 20. 2. right side. 5. -5. P(N/rad). P (N/cm). 0.4. 下向きに設置した時に. (h +v ). 2.5. 4. 5. 解析・引き抜き. 0.4. -2. -4. 30. 0.2. 2. -3. 図５. 0. 1.5. displacement(×1 0 m). 0 2. (h +v ). 0 1 2 3 4 5. ５．結論. 補強材の軸力は片側で. 1. P(N/rad). なった。. 2. 平面ひずみ条件下で行った解析は、実験結. 1. -2. 鉛直押し込み. axial force(N). 4. した。傾斜引き抜きでは、. 荷重〜変位関係. 解析・15°引き抜き. P (N/cm). P (N). 8. では鉛直方向のみで影響範囲が狭い結果と. 引き抜きでは補強材を. 0.5. left side. 6. 40. 0. 2.5. -2. 10. 向にも広く分布するのに対して軸対称条件. 表すことができた。鉛直. 2. displacement(×1 0 m). 布図を示す。平面ひずみ条件では変位が側方. 0.8. 解析・押し込み. 80. 60. の補強材で鉛直押し込み載荷時の変位分. 0.6. displacement(×1 0 m). 鉛直引き抜き. や補強材が地盤と接する面積が広い分大. 設置角による差も平面ひずみ条件の解析. 0.4. 100. P (N). P (N). 0.2. 荷重〜変位関係. 100. これは軸対称では平面ひずみ条件より杭. 0. 0.8 -2 1 displacement(×1 0 m). ーンにおいても軸対称の方が平面ひずみ. 解析・引き抜き. 8. 1.5. 2. -2. 平面ひずみ条件補強材なし補強材下向き補強材水平補強材上向き軸対称条件補強材なし補強材下向き補強材水平補強材上向き. 2.5. displacement(×1 0 m). 荷重〜変位関係、平面ひずみ条件と軸対称条件の比較. 小さく、周面摩擦力の低下から設置角度の違いも見られなくなった。軸対称条件では平面ひずみ条件よりも補強材の効果が増大し、設置角度の違いも顕著になる。全体を通して補強材が下向きの場合に、引き抜き抵抗を考慮しても周面摩擦力が最も発揮されやすいため有効な補強方法だと言える。. 図７. 鉛直押し込み時の変位分布図. 平面ひずみと軸対称の比較. 参考文献 1)Matsuo,M. and Ueno, M., 1989, Development of ground reinforcing type foundations : Proc. XII ICSMFE, 2:1205-1208 2) 足立・中井・星川・寺西・岩澤(2001)：「引抜きおよび押込み時の補強基礎の支持力特性」,第 36 回地盤工学研究発表会,pp1553-1554 3) 中井・檜尾・城戸・西村・宮田(2002)：”正規・過圧密土の等方硬化型モデル” 第 37 回地盤工学研究発表会 ‑538‑.

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