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日本建築学会大会学術講演梗概集（近畿） 2005年 9 月

SC 杭を用いた反力壁・反力床の性能試験に関する実験研究(その 2：性能試験結果と解析結果)
正会員○小須田 威*菅谷 憲一**
市橋 重勝***

正会員
正会員

藤本 効**

FEM

反力壁

反力床

1.実験結果反力壁・反力床の性能試験結果をTable1 に示

1600

す。ケース 1 の実験結果をFig.1、Fig.2、Table2 に示す。

800

ケ ー ス 1 は 、 最 大 正 加 力 1500kN 時 が 最 大 変 位 で02

荷重 (kN)

最大変位：-1.583mm
荷重：-1495.02kN

1.51500kN
1200kN
900kN

変位(mm)

10.5

変位 (mm)

600kN
300kN
-300kN-600kN-900kN-1200kN-1500kN

0-0.5

1.394mm(HU-6) 、 最 大 負 加 力 -1500kN 時 が 最 大 変 位 で --8001.582mm(HU-3)となった。ケース 2 とケース 3 の実験結果-1-1.5平均(HU-3,4)

-1600
-2-1

0

1-2

2

HU-1

HU-2

HU-3

HU-4

HU-5

HU-6

Fig.1 荷重−変位図(ケース 1) Fig.2 加力ピークごとの変位
Table2 ケース 1 の最大変位をFig.3、Fig.4、Fig.5、Fig.6、Table3 に示す。ケース 2は、最大加力 500kN時が最大正変位で 0.568mm(HU-1)とケースなり、最大加力-500kN時が最大負変位で-0.508mm(HU-1)となった。ケース 3 は、最大正加力 500kN時が最大変位でケース10.594mm(HU-6)となり、最大負加力-500kN時が最大変位

小面→大面(正)変位
変形角HU-6kNmm
rad1501.89
1.394
1/3480Fig.8、Table4 示す。ケース 4 は、最大正加力 1000kN時に変位(mm)位が-0.921mmとなった。

2000.20変位 (mm)-200-0.2-400-0.4

HU-1-600-0.6-0.4-0.2

00.20.4600

正加力・負加力は同等の変形になることが予想された。各HU-1ケースの荷重−変位図に示す試験結果からは、原点を対称

HU-3HU-4

HU-5

HU-6500kN

変位(mm)

400kN0.4

200300kN

0.20とする履歴が得られた。最初に加力を行ったケース 1 の負HU-2Fig.4 加力ピークごとの変位0.6

荷重 (kN)

最大変位：0.594
荷重：513kN

400負/正%112.4-100kN-200kN-300kN-400kN-500kN-0.60.6

Fig.3 荷重−変位図(ケース 2)

反力壁は、対称形があるため弾性範囲内では

平均変位

500kN
400kN
300kN
200kN
100kN

0.40

平均変位が 1.009mmとなり、最大負加力-1000kNに平均変最大加力0.6

荷重 (kN)

最大変位：0.568mm
荷重：509kN

400

大面→小面(負)最大変位
変形角
HU-3kNmm
rad-1504.83 -1.582
1/3065

最大加力600で-0.532mm(HU-6)となった。ケース 4 の実験結果をFig.7、2.実験考察正会員

変位 (mm)-200200kN

0100kN-100kN

-0.2-200kN

加力の変形が正加力の変形を上回った原因は、加力のため-400-0.4

HU-6-600-0.6の反力に用いた三角フレームの剛性の影響が考えられる。

-0.4-0.2

00.2

0.4-300kN-400kN-0.60.6

HU-1

HU-2

HU-3

HU-4

HU-5

HU-6-500kNFig.5 荷重−変位図(ケース 3) Fig.6 加力ピークごとの変位
Table3 ケース 2,3 の最大変位

最大変形角はケース 1(集中荷重)の最大加力時で正加力は、最大変位 1.394mm(HU-6)／高さ 4850mm≒1／3400 とな

ケース

り 、 最 大 加 力 時 で 負 加 力 は 、 1.582mm(HU-3) ／ 高 さ4850mm≒1／3000 となった。実験から確認できた最大曲

ケース2/31200

げ モ ー メ ン ト は 最 大 加 力 1500kN× 加 力 位 置 4.2m ＝900

最大変位：1.008mm
荷重：1025.5kN

小面→大面(正)変位
HU-1/HU-6kN
mm509/513
0.568/0.594

大面→小面(負)変位
HU-1/HU-6kN
mm-514/-512 -0.568/-0.532

最大加力

最大加力

1.5

荷重 (kN)

変位(mm)
11000kN
800kN
600kN
400kN
200kN
-200kN-400kN-600kN-800kN-1000kN

6006300kN・mで、その時の最大変形角は 1／3000(＜1／800)

0.5300変位 (mm)0となった。ケース 2 とケース 3 は、加力位置が対称の位置-3000-0.5-600にあるため、最大変位は同等になると予想された。実験結-1-900-1200-1.2

果においても、若干の誤差はあるものの同等の変位になる

HU
平均-0.60-1.50.61.2

HU-1

ケース4
単位 HU-1
変位mm 0.982
HU/平均%97変位mm -0.896
HU/平均%97

HU-20.9998-0.9199

HU-31.004
100-0.926
101

HU-2

HU-3

HU-4

HU-5

HU-6Fig.7 荷重−変位図(ケース 4) Fig.8 加力ピークごとの変位
Table4 ケース 4 の平均変位ことが確認できた。ケース 4 は水平変位が平均的(変位測定点HU-1〜HU-6)に進行すると予想された。実験結果におい+ても、若干の誤差はあるものの、水平変位は平均的に進行した。また、全ケースで、除荷後の変位は 0 になったため、

HU-41.006
100-0.908
99

HU-51.024102-0.942102HU-6
1.046
104-0.944
102

平均1.009
100-0.921100

性能試験の範囲において反力壁は弾性範囲であったと考えられる。

Table1 ケース 1〜ケース 4 の実験結果
ケース1
ケース2
ケース3
ケース4

最大加力
1500kN-1500kN
500kN-500kN500kN-500kN
1000kN-1000kN

HU-1
1.270 mm
-1.446 mm
0.568 mm-0.508 mm
0.378 mm-0.334 mm
0.982 mm
-0.896 mm

HU-2
1.328 mm-1.526 mm
0.534 mm
-0.488 mm
0.428 mm-0.370 mm
0.990 mm
-0.910 mm

HU-3
1.364 mm
-1.582 mm
0.514 mm
-0.476 mm
0.470 mm-0.400 mm
1.004 mm
-0.926 mm

Experimental study for performance testing on the reaction
wall and floor with steel composite concrete piles.(Analyticalresult and Performance test result.)

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HU-4
1.392 mm
-1.546 mm
0.460 mm-0.430 mm
0.508 mm-0.430 mm
1.006 mm-0.908 mm

HU-5
1.392 mm
-1.544 mm
0.432 mm-0.414 mm
0.560 mm
-0.488 mm
1.024 mm-0.942 mm

HU-6
1.394 mm-1.504 mm
0.400 mm-0.404 mm
0.594 mm-0.532 mm
1.046 mm-0.944 mm

平均1.357 mm-1.525 mm
0.485 mm-0.453 mm
0.490 mm-0.426 mm1.009 mm-0.921 mm

KOSUDA Takeshi, SUGAYA Kenichi,ICHIHASHI Shigekatsu FUJIMOTO Isao

3.解析概要

解析手法は、FEM解析を用いた三次元立

Table6 解析結果

体弾性解析とした。解析ソフトは、MSC/Nastran for

ケース1解析結果

windowsを使用した。解析モデルは、Fig.9 に示す三次

HU-1
1.303
HU-2
1.344
HU-3
1.382
HU-4
1.380
HU-5
1.344
HU-6
1.303
平均1.343(実／解)×100

元立体モデルとした。解析モデルの材料特性をTable5に示す。部材毎のモデル化は、反力壁内部にあるSC杭と反力床内部にあるH形鋼をFig.10 に示すようにモデル化し、反力壁・反力床のコンクリートをFig.11 に示す。反力壁・反力床内部にあるSC杭・H形鋼とコンク

ケース3解析結果

リートの付着は弾性変形範囲内であるので考慮しなか

HU-10.317
HU-20.360
HU-30.410
HU-40.469
HU-50.532
HU-60.589
平均0.446(実／解)×100った。拘束条件は、反力壁内部にあるSC杭と反力床を支えているPHC杭をピン固定(x,y,z方向の軸方向を固定)とした(Fig. 9)。
4.解析結果反力壁・反力床の応力状態をFig.12 にSC杭とH形鋼をFig.13 にコンクリートを示す。
5.実験結果と解析結果の比較

2実験値
正加力 負加力
1.270-1.446
1.328-1.526
1.364-1.582
1.392-1.546
1.392-1.544
1.394-1.504
1.357-1.525
98.96 % 88.06 %ケース2解析結果
HU-10.591
HU-20.533
HU-30.468
HU-40.410
HU-50.360
HU-60.317
平均0.447(実／解)×100

実験値
正加力 負加力
0.378-0.334
0.428-0.370
0.470-0.4000.508-0.4300.560-0.4880.594-0.532
0.490-0.42691.1 % 104.8 %ケース4解析結果
HU-10.907
HU-20.893
HU-30.878
HU-40.879
HU-50.892
HU-60.906
平均0.893(実／解)×1002

解析値
実験値

変位 (mm)1.5

実験値と解析値の比較

解析値の変位を比較した結果、若干の誤差があるものの、よく一致した。反力壁を水平加力した時に反力床

110.50.5がy軸方向に変形するため、反力床に直接取り付けている不動点タワーが微小に傾くので、水平変位の補正を行った。ケース 1 の解析結果に補正を加えたものをFig.15〜Fig.17 とTable7 に示す。補正前の解析と実験結果の差が約 7%であったのに対し、補正後の解析と実HU-2

HU-3-1.5-2x

Fig.10 メッシュ割り

110.5

HU-4

HU-5

HU-6

解析値
実験値

変位 (mm)00HU-1

HU-2

HU-3

HU-4

HU-5

HU-1

HU-6-0.5

HU-2

HU-3

HU-4

HU-5

HU-6-0.5-1-1-1.5-1.5-2-2

δHFig.14 解析値と実験値の比較
0.10

Y 軸方向の変位(mm)0.08

加力0.060.04

HM0.022550

反力床の長さ(mm)0.000θ（反力床：小面）

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000-0.02

θ

-0.04

500

1800

（反力床：大面）-0.06-0.08
単位：mmFig.15 解析の補正
Fig.16 反力床の y 軸方向の変位
Table7 解析値(補正) 単位：mm6.結論

Fig.11 メッシュ割り

20.5

HU-1 1.377
HU-2 1.419
HU-3 1.456
HU-4 1.454
HU-5 1.419
HU-6 1.378
平均 1.417(実/解)×100x

HU-31.51.5

解析値(補正)z

HU-2-2
解析値
実験値

変位 (mm)2300z

HU-1-1.5

δH'y解析値
実験値

変位 (mm)HU-6-1

Table5 解析モデルの材料特性

yHU-5-1HU

Fig.9 解析モデル

HU-4-0.5

験結果の差は約 2%となり、更によく一致した。

材種 ヤング率
ポワソン比
N/mm2 N/mm2
鋼管
SKK490 2.05×105
0.3
反杭力
コンクリート Fc80 4.00×1040.2
壁0.2
コンクリート Fc40 2.05×1040.3
H形鋼
SM490A 2.05×105
反力床
コンクリート Fc40 2.05×1040.2

実験値
正加力 負加力
0.982-0.8960.990-0.9101.004-0.9261.006-0.9081.024-0.9421.046-0.9441.009-0.92188.5 %
96.9 %

0HU-1-0.52

実験値
正加力 負加力
0.568-0.5080.534-0.4880.514-0.4760.460-0.4300.432-0.4140.400-0.404
0.485-0.453
92.13 % 98.50 %1.50をTable6 とFig.14 に示す。全ケースの実験値の変位と

単位：mm

実験値
正加力 負加力
1.270-1.446
1.328-1.526
1.364-1.582
1.392-1.546
1.392-1.544
1.394-1.504
1.357-1.525
95.72 %' 107.58 %'-0.102

解析値
実験値

変位 (mm)

1.5
10.5
0HU-1

HU-2

HU-3

HU-4

HU-5

HU-6-0.5-1-1.5-2

Fig.17 解析値(補正)

実験結果から、加力時の最大曲げモーメントは( 最 大 加 力 1500kN× 加 力 位 置 4.2m)6300kN ・ m ＞
6000kN・m、最大変形角は、約 1／3000(＜1／800)であり、要求性能を満足することが確認できた。また、解析結果と性能試験結果の比較から今回の解析モデルは妥yz

当であると考えられる。これらのことより、SC杭を用yxz

いた反力壁・反力床はFEM解析により合理的に設計すxることが可能であることが分かった。
Fig.12 解析結果(応力状態)

Fig.13 解析結果(応力状態)* (株)セブテック建築研究所** (財)ベターリビング筑波建築試験センター・博士(工学)*** 日本工業大学 教授 博士(工学)* Sebtech Building Research Institute** Tsukuba Building Test Laboratory of Center for Better Living*** Nippon Institute of Technology・Dr.Eng.

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