III-283

令和3年度土木学会全国大会第76回年次学術講演会

立体骨組解析による鋼管矢板基礎継手部のずれ性状の把握と継手省略範囲の検討(一財)阪神先進技術研究所 正会員○服部匡洋

阪神高速道路(株)正会員

西原知彦, 正会員

小坂京都大学正会員

宮﨑祐輔, 正会員

澤村康生, 正会員 木村崇

55.7

著者らは立体骨組解析の適用による鋼管矢板基礎の設計・施工の合理

33.0

橋軸直角方向

１．目的

亮化を目指し，立体骨組解析の精度検証のための実験及び再現解析を実施
橋軸方向するとともに 1)，設計と現実の施工の整合性の観点から，モルタル充填がDsc1

た 2)．本検討では，一定の条件下で設計した鋼管矢板基礎に立体骨組解析

Dc1(Ma12)

26.0

φ1.5

52.0

遠心載荷試験を行うことで，その構造の実現性について検討を行ってき

39.0

Ac(Ma13)Asc

13.0

困難な深部の継手を予め省略した基礎構造を提案し，縮小模型に対する1/4 2/4 3/4 全を適用し，深部の継手を部分的に省略した基礎構造の実現に向けて，継手部のずれ性状を明らかにし，継手の省略可能な範囲について検討した．

Dsc2

２．対象とする基礎の構造条件及び地盤条件

図-1 対象基礎の構造条件及び地盤条件
表-1 地盤条件詳細

図-1 に解析対象基礎の構造条件及び地盤条件を示す．対象基礎の構造
寸法は 33.0m×55.7m とし，杭長は 52.0m とした．また，基礎構造には直地層

N値(回)径 1.5m の鋼管杭を使用し，井筒部に 98 本，隔壁部に 62 本，中間杭 24 本の計 184 本の鋼管を配置する井筒構造とした．継手部には高耐力継手のAc

粘性土

0一種である縞鋼管高耐力継手を採用した．

Asc 砂質土
粘性土
砂質土
Dsc1
粘性土
砂質土
Dc1 砂質土
粘性土
粘性土
Dsc2 砂質土
粘性土
砂質土201531153192416481648

表-1 に地盤条件を示す．基礎構造を支持する地盤は，表層から砂質土と粘性土が交互に現れている地層を想定した．Dsc2 層を支持層とし，根入れ長は 5.4m(3.6D)として検討した．
表-2 に作用荷重を示す．本検討ではレベル 2 地震動に相当する作用荷重を荷重倍率 1.0 と位置付け，最終的にはレベル 2 地震動の 2 倍(荷重倍率 2.0)に相当する荷重を作用させた．荷重は頂版下面中心に水平力，鉛直力，モーメントを作用させた．

単位体積 粘着力 せん断
変形係数
重量γc
抵抗角
(kN/m2)(kN/m3) (kN/m2) φ(度)92600
14166800
2210600
19319200
1924541200
173239800
1924541200
173239800
16195141600
1814467200
18230122000
1930134400
18230122000
1834134400

表-2 作用荷重
鉛直力(kN)
水平力(kN)
モーメント(kN・m)

３．解析モデル及び解析条件（単位：m）

55.7

橋軸方向
389,000
203,000
5,680,000

橋軸直角方向
387,000
255,000
2,660,000

図-2 に解析モデルを示す．本検討における解析では，3 次元鋼管矢板基礎の設計計算 3)及び Engineer’s Studio4)を使用した．3 次元鋼管矢板基礎の設計計算の仕様は文献 5)に準拠しており，個々の鋼管矢板とそれを連結する継手，支持する地盤をそれぞれモデル化する立体骨組解析を適用し，鋼管は材料非線形性を考慮できるファイバー要素とした．また，継手はばね要素とし，文献 6)に示す縞鋼管高耐力継手のばね定数を適用した．
地盤は基礎前面水平方向，基礎外周面水平方向，基礎外周面及び内周面の鉛直方向，基礎底面の鉛直方向をそれぞれバイリニア型とし，基礎底面の水平方向は線形としてモデル化した．
４．解析結果図-2 解析モデル

図-3 に継手を全範囲設置した標準的なケースにおける継手部のばね要
キーワード 鋼管矢板基礎，高耐力継手，立体骨組解析，設計合理化
連絡先〒541-0054 大阪市中央区南本町 4-5-7 東亜ビル内 TEL06-6244-6039

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2δy 以上1δy 以上2/3δy 以上
作用荷重方向作用荷重方向1/3δy 以上

Ac(Ma13)
Asc

Dsc1

Dsc1

Dc1(Ma12)

Dc1(Ma12)

隔壁

隔壁

隔壁

鉛直せん断

隔壁

水平せん断
荷重倍率 1.0（前面側）
作用荷重方向作用荷重方向地表から約 25m

Dsc1

Dsc1

Dc1(Ma12)

Dc1(Ma12)隔壁

隔壁鉛直せん断

水平せん断

荷重倍率 1.0（側面側）

地表から約 25m

Ac(Ma13)Asc

隔壁

作用荷重方向Dsc2Ac(Ma13)
Asc

Dsc21δy＝継手の降伏変位

地表から約 20m

Ac(Ma13)
Asc

Dsc2＊

作用荷重方向作用荷重方向作用荷重方向

鉛直せん断

水平せん断

隔壁

鉛直せん断
水平せん断
荷重倍率 2.0（前面側）

Dsc2

荷重倍率 2.0（側面側）

図-3 基本ケースにおける継手ばねの降伏分布（橋軸直角方向）
2.0

素の降伏状況を示す．なお，紙面の制約上橋軸直角方向載荷の結1.6

せん断方向の降伏分布を示す．レベル 2 地震動相当の荷重が作用1.2した時点（荷重倍率 1.0）では側面側で鉛直せん断方向の降伏が見られた．このとき，降伏範囲は地表面から約 20m の範囲であった．
また，レベル 2 地震動の 2 倍相当の荷重が作用した時点（荷重倍率 2.0）では側面側の鉛直せん断方向に加え，基礎前面側の隔壁及び側壁近傍での鉛直せん断方向・水平せん断方向の降伏が確認さ

荷重倍率

果のうち，継手ばねの降伏が確認された鉛直せん断方向及び水平Ｌ２作用力

0.80.4

全範囲設置

3/4範囲設置

2/4範囲設置

1/4範囲設置

0.00100

200300
水平変位：δ(mm)400500図-4 荷重倍率-水平変位関係（橋軸直角方向）

れた．これらの降伏は主に地表面から約 25m 範囲の浅部で確認された．このように，深部でも一部継手の降伏が確認されるものの，降伏の多くは浅部で発生していることから，深部の継手は省略可能であると推察される．
以上を踏まえ，本検討では，図-1 に示すとおり，基礎長 52ｍに対して継手設置範囲を基礎長の 1/4～3/4 まで変化させた解析を実施した．図-4 に荷重倍率-水平変位関係の比較を示す．継手設置範囲が短くなるのに伴い，荷重倍率-水平変位関係が小さくなる，すなわち基礎全体の剛性が小さくなる傾向が見られたが，継手設置範囲を 3/4，2/4（基礎長の半分）としたケースでは全範囲設置ケースに比べても剛性の低下程度は小さいことがわかる．
５．まとめ
基本ケースにおける継手のばね降伏分布，継手設置範囲を変化させた解析結果より，本条件では深部の継手の省略が可能と考えられ，基礎長の 1/2 程度までは省略できることが示唆された．
参考文献
1) 服部ら：立体骨組解析の適用による鋼管矢板基礎の設計合理化に向けた基礎的検討, 第 54 回地盤工学研究発表会, 講演番号0578, 2019. 2)草場ら：継手形状を模擬した鋼管矢板基礎の継手部に対する力学試験および基礎の一要素に対する水平載荷試験,
第 54 回地盤工学研究発表会, 講演番号 0585, 2019. 3)フォーラムエイト：3 次元鋼管矢板基礎の設計計算, Ver.4 ヘルプ 4)フォーラムエイト：Engineer’s Studio,Ver.5.00.04 Help 5)日本道路協会：鋼管矢板基礎設計施工便覧, 1997. 6)服部ら：縞鋼管高耐力
継手の水平せん断及び圧縮・引張試験と鋼管矢板基礎設計への適用, 第 23 回橋梁等の耐震設計シンポジウム, 2020.

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