20223

日本建築学会大会学術講演梗概集（近畿） 2023 年 9 月

軸力を受ける節を有する杭の力学挙動に関する研究（その 2）非線形 FEM 解析
正会員
同
非線形 FEM 解析
応力集中

既製コンクリート杭軸力○高橋杉本豪*
訓祥**

正会員
同

藤本
効***
黒川 洋一***

節杭終局性状1. はじめに断面の 1/4 （上部から見て 1/4 円のみ）とし、1/4 円切断

その 1 に続き本報告では、節が杭体の挙動に与える影響を非線形 FEM 解析により検討した結果を述べる。

面の節点は、切断面の法線方向変位を拘束した。解析は、
汎用解析プログラム「FINAL」 1) を用い非線形で行った。
鉄筋の応力度−ひずみ関係はバイリニアとし、コンクリー

2. 解析方法

トの応力度−ひずみ関係および圧縮強度以降の軟化域につ解析試験体は、材料強度、鉄筋量、試験体形状寸法をいては、修正 Ahmad モデル 2)とした。

載荷試験体と同じとした。なお、節の影響をより詳細に確認するため、載荷試験体にはない節サイズ（Ａ-２：節3. 解析結果中）を設定した。解析試験体の寸法形状を表－１、図－3.1 荷重‐変位関係

3500
3000２に示す。実験同様、初2500

期剛性および最大耐力
は、節の大きさに対し弱荷重（ｋN）

荷重－変位関係を図－１に、モデル図を示す。解析断面は対称性を考慮し、全2000
1500
1000

い負の相関を示した。な500

お、節付きの解析試験体

0Ｘ、Ｙ軸上の節点は軸はすべて節付け根部要素上のみを移動する様にの破壊により最大耐力が拘束決定した。

A-S
A-0
A-1
A-2
A-300.5

図－３11.5変位（ｍｍ）

22.5

荷重-変位関係(c) 軸部断面

3.2 荷重‐ひずみ関係
各断面における要素の荷重－主ひずみ関係を図－３に、節付け根部が既定ひずみ値（ここでは、圧縮強度
63.2N/mm2 を ヤ ン グ 係 数 （ 32700N/mm2 ） で 除 し た 値 、
外力：最上部全節点に Z 軸方向に1973μ）に到達した時点の最小主ひずみコンター図を図

変位を与える
固定：最下部全節点のＺ軸方向を拘束する。

(a) モデル全景

主筋：14-φ4

Ｘ、Ｙ軸上の節点は軸－４に示す。各断面とも最外縁 7 要素の平均値で検討を行

帯筋：〇-φ4@51上のみを移動する様にった。A 断面の主ひずみは、実験と同様の挙動を示してお鋼種はいずれも SD295 拘束(b) モデル配筋図
図－２

A-S(節無し)

響は見られない。B，D 断面も実験と同様に節付け根部に解析モデル図

表－１No.

り、節付け根部から 1ｔ程度離れた軸部では、節による影(d) 節部断面

圧縮ひずみが集中すること、その大きさが節の大きさに

解析試験体の形状寸法一覧
節部径:D2

共通項目

節高さ:h 節幅:S 節斜部幅:w1 節頂部幅:w2[mm]

[mm]

[mm]

[mm]

[mm]

軸部径:D1=320mm

A-0(節小)軸厚さ:t=51.2mm

38432963232

A-1(節標準)

コンクリート416

481444848

強度:Fc

448

64

192

6464

480

80

240

80

80

A-2(節中)A-3(節大)63.2N/mm2

Study on Mechanical Behavior of
Axial Force

Nodular Piles Subjected to— 445 —TAKAHASHI Go
FUJIMOTO Isao

図－１

形状寸法

SUGIMOTO Kuniyoshi
KUROKAWA Yoichi

3500

3000

3000

3500

3500

2500

2500

3000

3000

2000

2000

2500

2500

1000
500

1000
500
0-400000500

最大主ひずみ（μ）

1000

4000

4000

3500

35003000

30001000-20000500A-SA-0A-1A-2A-31500
1000
5000.05A-SA-0A-1A-2A-31500

01000(b)B,D 断面
荷重-膨らみ変位関係

同じ挙動を示し、節の拘束効果が確認出来た。しかし、解析では実験と異なり、節頂部に発生した縦ひび割れの2000
荷重(kN)

10000.2点の平均移動量と半径の差分とした。A 断面では、実験同

2500

A-2A-30.15様の挙動を示した。B，D 断面では、1300kN までは実験と3000

A-115000.1を図－５に示す。膨らみ変位は、各検討断面最外縁の 8 節(d)B,D 断面最小主ひずみ

A-020000.05変位（ｍｍ）

各断面における荷重－膨らみ変位（径方向変位）関係

2000

3500

2500

03.3 膨らみ変位

最大主ひずみ（μ）

3500
30000.120000(c)B,D 断面最大主ひずみ

500

変位（ｍｍ）

0-20001000

00

図－５500-4000

A-S
A-0A-1A-2A-31500(a)A 断面

1000

最小主ひずみ（μ）

2000

02500

2000

荷重(kN)

荷重(kN)A-S
A-0A-1A-2A-31500(b)A 断面最小主ひずみ

2500

荷重(kN)

2000

最小主ひずみ（μ）(a)A 断面最大主ひずみ

0-6000A-S
A-0A-1A-2A-31500

荷重(kN)A-S
A-0A-1A-2A-31500

荷重(kN)

荷重(kN)

荷重(kN)

3500

1500

A-01000

A-1

進展にともない膨らみ変位量が増大している。

A-2500

5000A-34. まとめ0-200-1000100

200

最小主ひずみ（μ）(e)C 断面最大主ひずみ図－3-5005001500

解析検討により、以下の知見を得ることが出来た。

最大主ひずみ（μ）

１）実験と同様に節付け根部には、ストレート杭にはな(f)C 断面最小主ひずみ

い圧縮ひずみ集中部が生じ、その値は節の大きさと荷重-主ひずみ関係負の相関を示すことが確認された。
２）節部に生じる縦ひび割れは、解析と実験で異なる性状を示した。
３）解析・実験とともに節部が軸部に影響を及ぼすのは、節付け根部から概ね 1ｔの範囲内である。
４）本解析手法により縦ひび割れの性状を除き概ね実験結果を再現できることが確認された。
参考文献
1)(a)A-0(b)A-1
図－４(c)A-2

長沼一洋、米澤健次、江戸宏彰：RC 構造物の三次元繰
返し FEＭ解析の精度向上 その３、日本建築学会大会学(d)A-3

術講演梗概集、pp. 427-428、2003

コンター図（最小主ひずみ：単位[μ]）相関することが確認された。C 断面においても実験と同様2)に縦ひび割れが生じることが確認された。ただし、解析におけるひび割れ発生荷重は節の大きさと相関を示し

長沼一洋：三軸圧縮下のコンクリートの応力～ひずみ関係、日本建築学会構造系論文集、第 474 号、pp.163-170、1995.8

800kN～1100kN の範囲となっている。また、実験では縦ひび割れの範囲が節頂部であったのに対し解析では軸部内側まで進展している。
*ベターリビングつくば建築試験研究センター(横浜国立大学 博士課程後期)**横浜国立大学大学院、教授、博（工）***ベターリビングつくば建築試験研究センター*Center for Better Living Tsukuba Building Research and Test Laboratory 、and Doctoral Student., Yokohama National University**Prof., Yokohama National University***Center for Better Living Tsukuba Building Research and Test Laboratory— 446 —