日本建築学会大会 (2019年)

地中配管設備等の非構造部材を含む 3 階建て住宅の機能を検証するＥ－ディフェンス実験（首都圏レジリエンスプロジェクト）
その 6. NCREE 振動台を用いた基礎すべり実験 (2018.9) の概要
正会員○ 鍾 育霖*1，同 長江 拓也*2，同 陳 威中*3，同 西 崚汰*4，同 高橋 武宏*5
基礎すべり，摩擦係数，鋳鉄，モルタル
順序を Table 2 に示す。入力地震動としては，1995 年の
1. はじめに兵庫県南部地震で観測された JMA-Kobe 波，1999 年の台2018 年 9 月に，台湾台南市，国立成功大学敷地内に位湾集集地震で観測された TCU052 波を用いた。水平 2 方置する國家地震工程研究中心(NCREE)の振動台施設（2017
向と鉛直方向の 3 方向同時加振である。振動台上で観測年竣工，Fig.1）を利用し，本副題内容を実施した。
した加速度波形と減衰定数 5 %に対する加速度応答スペク
Table 8.0 m x 8.0 m
トルを Fig. 3 に示す。0.25 秒から 0.5 秒のスペクトル振幅を見ると，JMA-Kobe 波は 1 g から 3 g 弱，TCU052 波は0.5 g から 1 g 弱となる。
3. 実験結果鋳鉄支承と基部モルタル間にすべりが生じた JMA-Kobe波と TCU052 波 50 %加振，JMA-Kobe 波 100 %加振につFig. 1 台南 NCREE 振動台実験施設 2017 年竣工

いて，すべり変位オービットを Fig. 4 に示す。4 点の支承
2. 実験概要
それぞれの記録を実線黒色で示しており，灰色は 4 点平試験体の諸元を Table 1 に示す。試験体の寸法と前景を均を示している。JMA-Kobe 波 100 %加振において，それFig. 2 に示す。鋼製骨組は 2 層の 1 x 1 スパンであり，柱までの約 10 倍の値を生じた。いずれの加振においても，梁は全て剛接合である。1F 床位置梁下面の柱下 4 点に鋳すべりによる顕著なねじれ回転は認められない。Fig. 5 の鉄支承を固定し，鋳鉄支承下に，モルタルで製作した平面 1300 mm x 1300 mm の基部 4 基に設置した。鋳鉄支承
縦軸は，床加速度記録を元に求めた支承下面位置におけは，基部上に置いただけの条件である。1F，2F，RF 床上る水平慣性力を全重量で序した係数である。横軸は平均にはコンクリート錘が固定してあり，総重量は 34.5 ton ですべり変位である。すべり時の係数を平均摩擦係数とすある。ホワイトノイズ加振において 1F 床と RF 床の伝達ると，値は 0.2 を超え 0.4 に達している。JMA-Kobe 波関数を調べたところ，1 次モードの固有周期は 0.25 秒で100 %加振では変動が大きく，0.6 を複数回，超えた。
あった。
Table 1 Specification of test specimen Table 2 Testing protocol
基部に用いたモルタルの強度は材料試験の結果
Memberにより 43.2 N/mm2 であった。鋳鉄支承（図中 iron）には FC250 を用いた。炭素含有量は 3.01 %である。 Column
接触面積は 130 mm x 130 mm で，4 点支持におけ
Girderる長期の平均面圧は，5.2 MPa である。過去の実Mass
験 1) に基づけば，鋳鉄使用と基部モルタル間の摩1st floor weight
擦係数はおおむね，0.20 程度と予測された。加振2nd floor weightSpec.

Material

Input

Intensity

Box 300×9

STKR400

JMA Kobe

25%

H340×250×9×14

SN400B

TCU05250%

5 (t)RCJMA Kobe50%

11.17-

TCU 052100%

12.16-JMA Kobe

100%

Roof floor weight

11.17-Total weight34.5-Specimen

Free- standing

YXFig. 2 Dimension of test specimen and facade of test setup
E-Defense test on functionality of three-story residential houses including underground pipe lines (Metropolitan resilience PJ)
Part.6 Outline of foundation sliding test utilizing South NCREE lab
Yu-Lin CHUNG, Takuya NAGAE, James CHEN,Takehiro TAKAHASHI, Ryota NISHI

1

日本建築学会大会 (2019年)

Acc. (gal)600300
0-300-600
600
3000-300-600
600
3000-300-600

NSEW010203001020300102030UD

Acc. (gal)6003000-300
600-6003000-300-600600
3000-300-600400NS400204060EW400204060UD20406080

JMA Kobe (EW)JMA Kobe (NS)TCU052 (EW)TCU052 (NS)8080

T (sec)T (sec)(c)(a)(b)
Fig. 3 Input waves: (a) time history of JMA Kobe; (b) time history of TCU052; (c) response spectra
Disp. (mm)30Disp. (mm)303030151515150000-15-3030-15Y-15-30-30-15015-3030
30X-1501530Y-15-3030-30-30-15015-303030151515150000-15-15-15-15-30-30 -15 0 15
Disp. (mm)-3030-30 -15 0 15
Disp. (mm)30-30-30 -15 0 15
Disp. (mm)X-1501530-3030-30 -15 0 15
Disp. (mm)

30(a)
(b)
(c)
Fig. 4 Movement of the test specimen: (a) JMA Kobe 50 %; (b) TCU052 100%; (c) JMA Kobe 100 %

(a)
(b)
(c)
Fig. 5 Friction coefficient: (a) JMA Kobe 50 %; (b) TCU052 100 %; (c) JMA Kobe 100 %4. まとめ謝辞

台湾国立成功大学 姚昭智教授に、多大なご協力をいただきました。

参考文献

振動台実験により，大型鋼製 2 層骨組が基部位置で水

1) Enokida, R., Nagae, T. (2017), “Seismic Damage Reduction of a

Structural System based on Nontraditional Sliding Interfaces with Graphite

平に滑る状況を現出させ，摩擦係数の傾向を確認した。

Lubrication”, Journal of Earthquake Engineering, 22(4), 666-686.

*1 台湾国立成功大学 助教・博士(工学）*1 NCKU, Dr. Eng.
*2 名古屋大学 減災連携研究センター 准教授・博士(工学）*2 Nagoya University, Dr. Eng.
*3 台湾国立成功大学 研究員・博士(工学）*3 NCKU, Dr. Eng.
（名古屋大学 減災連携研究センター 元研究員）*4 清水建設 修士(工学）元名古屋大学大学院生*4 Shimizu, M. Eng.
*5 防災科学技術研究所 兵庫耐震工学研究センター 主幹研究員・博士(工学） *5 NIED, Dr. Eng.

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地中配管設備等の非構造部材を含む 3 階建て住宅の機能を検証するＥ－ディフェンス実験（首都圏レジリエンスプロジェクト） その 7. NCREE 振動台を用いた基礎すべり実験 (2018.9) の排水管検証
正会員○ 西 崚汰*1，同 高橋 武宏*2，同 長江 拓也*3，同 陳 威中*4，同 鍾 育霖*5
基礎すべり，PVC 管，破壊メカニズム
1. はじめにいてボルト接合した。下端部については，主管との接合
硬質ポリ塩化ビニル管 PVC 管の内部は摩擦抵抗が非常部を再現しており，振動台上にボルト接合した鋼製アンに少なく，水はもちろん汚れがつきにくいといった特徴
グルに，鉛直の汚水マスと主管の胴体を鉄板，金物で水がある。PVC 排水管は, 一般的な木造住宅で用いられてい平上下 3 方向に押さえ込み，十分固定した。上下端部はる。薄肉のため圧力のかからない条件で使用される。
実際には，基礎挿入部のずれ移動や，地盤内の主管の移2. 実験概要
動により，本条件よりもゆるい傾向にあるが，分析時に前報の台湾 NCREE 振動台を用いた基礎すべり実験には， 整理しやすい実験条件を選択した。計測データとしては，
上記 PVC 管を，住宅基礎に繋がる排水管の形状を模して， 基礎のすべり変位と，排水管歪を用いる。
組み込んだ。試験体における排水管の位置関係を図 1 に
3. 実験結果
図 3 に JMA Kobe 波 100%加振の基礎すべり変位の時刻示す（その 1-Fig. 2 写真の右下に相当）。住宅基礎脇に沿って埋設される排水主管に繋げられる排水枝管として，歴波形を示す。その 1-Fig. 4 のオービットに示すように，基礎と主管の水平・鉛直方向の位置関係を実際と合わせ先の JMA Kobe 波 50%加振と TCU052 波 100%加振では，ることで，一般的な形状を表現した。表 1 に諸元を示す。 同程度のすべり振幅を示した。これら一連の加振後の，PVC 管と PVC エルボ継手を組み合わせて，排水枝管としJMA Kobe 波 100%加振の直前には，X 方向に約-20 mm，上端部を 1 階床スラブに，下端部を振動台上に固定した。 Y 方向に約-5 mm の残留すべり変位が存在していた。図 3下から直列に Pipe 1-Elbow 1-Pipe 2-Elbow 2-Pipe 3 と連結の実験データは，その位置をゼロ点としている。JMAされる。図 2 に実験直前のセットアップ状況を示す。通
Kobe 波 100%加振時には，最大すべり変位が 200 mm を超常施工方法に従い，連結部のはめ込み部分を専用の接着えたが，その手前の時刻約 12 秒で，上部の Elbow 2 の中剤で強固に固着させた。上端部については，基礎上に鋼央部分から亀裂が一気に進展し，完全破断に至った。同製アングルを溶接し，そこに専用の PVC 管接合部材を用
表 1 諸元上端

Pipe 3 Elbow 2
Pipe 2Z

Elbow 1
Pipe 1 下端

XX
図 1 排水管取り付け位置Y

図 2 排水管セットアップ
Elbow 2
破断直後

拡大ZYX

図 4 ビデオ画像（時刻約 12 秒） 図 5 破断部のつけ合せ

図 3 JMA 神戸波 100%加振時のすべり変位時刻歴波形

E-Defense test on functionality of three-story residential houses including underground pipe lines (Metropolitan resilience PJ)
Part.6 Drain pipe of foundation sliding test utilizing South NCREE lab
Ryota NISHI, Takehiro TAKAHASHI, Takuya NAGAE,James CHEN, Yu-Lin CHUNG

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日本建築学会大会 (2019年)

時刻の破断箇所の観察（図 4）では，X 方向の引張りの卓Elbow2越が認められる。図 5 に破断部をつけ合せた様子を示す。
Elbow 2 は上端部側の径が 75 mm，下端部側の径が 100mm であり，断面の切り替わるラインで破断が生じていた。
図 6 に歪ゲージの貼付位置を示す。JMA Kobe 波 100%X

Elbow1

加振時における最大歪分布を図 7 に示す。上部 Elbow 2，下部 Elbow 1 に最大値が集中している。以降，破断が生じ

図 6 歪計測位置

た Elbow 2 に着目する。関連の時刻歴波形を図 8 示す。エルボ継手が破断した前後を含む歪の時刻歴波形である。
赤でマークの 12.12 秒～12.14 秒において，Elbow 2 の歪が急増していることが確認できる。その際のすべり変位
は，X 方向に約-10 mm，Y 方向に約 20 mm を示している。
先に述べた，加振開始時の残留すべり変位を加算すると，最初のセット位置からは，X 方向に約-30 mm，Y 方向に約 15 mm の時点である。排水管の上端部と下端部が X 方向に離れる変形の卓越は，ビデオでの破断直後の様子と整合する。このとき，引張力に加えて，（相対的に大きな）曲げモーメントが生じるエルボ継手に歪が集中したと理

図 7 JMA Kobe 波加振時の最大歪分布解できる。また，Elbow 2 は断面が上端部取り付け側で一回り小さくなっており（上端部側径 75mm，下端部側径100 mm），Elbow 2 の断面性能が相対的に低い部位で破断

Ｘ方向

すべり変位

Y 方向

すべり変位

CH316

歪H317

歪が生じたと考えられる。
Elbow 2 において歪の最大値は，約 8000 に達している。
表 2 に PVC 管の材料物性値を示す 1)。表中，引張弾性率4100 N/mm2 を選択して乗じると，歪 8000時の引張応力は 32.8 N/mm2 と計算できる。これは，表に示される引張強さ 41-52 N/mm2 と近い値である。歪ゲージ貼付位置周囲において，引張強さに相当する応力が働いたといえる。
そこから亀裂が生じ，破断に至ったと推察される。一方，破断時伸びが 40 %以上という表中の公称評価について，
本実験では図 5 に示すように破断面にそのような延性的な痕跡は見られず，脆性的な破壊が生じている。
4. まとめ
本実験は排水管の上下端部の固定度が高く，基礎のすべり変位を排水管の変形でほぼ全て吸収する条件である。

図 8 すべり変位と歪の関係（JMA Kobe 波 100%）

このとき，歪の急増はエルボ継手の中央付近から生じた。
表 2 PVC 管の力学条件の整理 1)

排水管には X 方向に約-30 mm、Y 方向に約 15 mm 変位したときに最大歪 8000 が生じ，破断した。エルボ継手には，引張力と曲げモーメントが加わり，引張強さ程度の応力が生じていた。破断時伸び公称値の評価とは異なり，破壊性状としては脆性的となる性質がうかがえた。
参考文献

1) 「プラスチック読本」（プラスチックス・エージ発行）

比重-1.3-1.58

引張強さ

41-52

破断時伸び(N/mm2 )
%

引張弾性率

(N/mm2 )2400-4100

圧縮強さ(N/mm2 )

55-89

40-80

*1 清水建設 修士(工学）元名古屋大学大学院生*1 Shimizu, M. Eng.
*2 防災科学技術研究所 兵庫耐震工学研究センター 主幹研究員・博士(工学） *2 NIED, Dr. Eng.
*3 名古屋大学 減災連携研究センター 准教授・博士(工学）*3 Nagoya University, Dr. Eng.
*4 台湾国立成功大学 研究員・博士(工学）*4 NCKU, Dr. Eng.
（名古屋大学 減災連携研究センター 元研究員）*5 台湾国立成功大学 助教・博士(工学）*5 NCKU, Dr. Eng.

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