杭基礎における入力損失効果の実務的評価手法

杭基礎を有する構造物では、基礎が存在することによって、地震動による構造物周辺の地盤の動きが拘束され、自由地盤に比べ構造物に入射される地震動が低減される「入力損失」が生じます。この入力損失を耐震設計に考慮することで、実現象に即した構造物の設計が行え、より合理的な耐震設計が可能となります。

しかし、耐震設計において主流となっている静的解析法において、この入力損失を地盤や構造物の諸元などの条件から定量的に評価し、耐震設計で用いられる所要降伏震度スペクトルに導入する手法は確立されていません。

そこで、耐震設計で用いられる「応答変位法」を用いて入力損失効果を評価する手法を開発するとともに、ランダム振動論を活用して得られた入力損失から所要降伏震度スペクトルを補正する手法を開発しました。

この手法は、初めに応答変位法を用いて入力損失効果を定量的に評価します。評価手法は図1に示すとおり、自由地盤をモデル化し固有値解析を行うことで、各モード次数に対応した固有モード、固有振動数を算定します。

次に、固有モードを地盤変位と解釈し応答変位法を用いて構造物に作用させることで構造物の変位応答を算定し、これを作用させた地盤変位で除すことで各固有振動数に対して自由地盤の応答に対する構造物の応答の倍率を表す有効入力係数ηを算定することで入力損失を評価します。

次に、ここで得られた有効入力係数ηをランダム振動論を用いることで、周波数領域において直接的に所要降伏震度スペクトルの低減倍率を算定します（図2参照）。

本手法を用いることで、図3に示すとおり短周期の構造物の応答が低減します。特に、東北地方太平洋沖地震（築館）のように、短周期成分が卓越する地震動ではその低減が顕著に表れます。

本手法は、耐震設計実務において汎用的に使用されているJRSNAPの機能拡張を行うことで、通常の耐震設計業務の中で簡単に使用することができます。

現在、JRSNAPへの導入準備が完了し、機能拡張のためのプログラムを試供版として無償で提供していますので、ご興味がある方は、鉄道総研までお問い合わせ下さい。

参考文献

寳地雄大、室野剛隆：杭基礎ラーメン高架橋の入力損失効果とその実務的評価法の提案、第19回性能に基づく橋梁等の耐震設計に関するシンポジウム講演論文集、pp.325-330、2016