ken07208

外山　拓道

鋼管集成橋脚を支持する鋼管柱基礎の群杭効率に関する数値解析的検討

大塚　悟

1995年の兵庫県南部地震を機に，道路橋示方書の改定では，設計地震動において，発生確率は低いが極めて大きな強度を持つ，レベル2地震動に対して多くの設計指針が改定されてきている．このことに対して，兵庫県南部地震の経験を踏まえた鋼製橋脚の耐震設計および耐震補強に関する基準整備や，種々の鋼製橋脚の合理化設計が進められてきている．その一つとして，既製鋼管4本組を基本単位とした履歴型ダンパー機能を有するせん断パネルにより，ひとつの柱とした鋼管集成橋脚に関する研究が行われている．この工法は，安価な材料，鋼材履歴減衰の有効利用，アンカーフレームの省略等をもとに考え出された構造であり，死荷重，活荷重等の鉛直荷重を受けもつ主部材と地震力等の横力対応の二次部材に差別化を図る損傷制御設計を適用したものである．
しかしながら，１つの基礎に杭が複数本使用されるため，群杭の影響が及んでくる．これは，載荷方向に対して前後に並べられた杭の間隔が狭くなると，杭～地盤間の塑性領域が重なり合うため，杭1本あたりの水平抵抗が小さくなというものである．鋼管集成橋脚は鋼管4本を基礎単位とした構造であるため，この杭間隔の影響について考慮し，研究する必要がある．
また，橋脚全体をより合理的に設計するためには，基礎部分および上部工についても鋼管集成橋脚に適した構造を検討する必要があり，本研究では鋼管柱基礎形式を提案している．鋼管柱基礎の力学挙動を検証する上で，群杭効率に関する定量的な評価が必要となるが，鋼管柱基礎に支持される鋼管集成橋脚は上部工，下部工，基礎を一体と考えることができ，上部工，特にせん断パネルの影響を適切に考慮することで，より合理的な構造物となる可能性が高くなる．そのため，上部工，下部工，基礎構造を一体として計算でき，群杭効率をはじめとする杭基礎の力学挙動を適切に表現できる三次元弾塑性有限要素解析コードDGPILE-3Dを用いて解析を行う．以上を踏まえ，鋼管柱基礎形式を鋼管集成橋脚の基礎とし，変形特性の把握および群杭効率の評価を検証し，より合理的で安全性の高い基礎構造の検討を実施する．
解析の結果，鋼管集成橋脚を有する鋼管柱基礎構造において，杭間隔の増加とともに水平抵抗力が増加する，いわゆる群杭効果を確認できた．また，群杭効果は，杭間隔が狭いと杭間の地盤要素は前方杭の存在により拘束効果が高まり，より低荷重で圧縮破壊に達するために発生する．さらに，杭の水平荷重分担率と杭間隔との関係とも整合する結果が得られた．

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