3章 杭基礎の設計
3.1 杭体の設計
3.1.1 地盤の諸条件
【水平方向地盤反力係数】
|
層番号 i
|
kHo (kN/m3) |
kH
(kN/m3) |
|
1 |
933333 |
423858 |
ここに，
k H : 水平方向地盤反力係数 (kN/m3)
kHo : 直径0.3mの剛体円板による平板載荷試験の値に相当する
水平方向地盤反力係数 (kN/m3)
α・E o: 地盤の変形係数 (kN/m2)
B H : 基礎の換算載荷幅（＝ 0.859m)は，以下のように算出する。
1／βを 1.231mと仮定すると，
BH ＝√(D／β)＝ 0.859 (m) （β・l＝ 4.0617＞1）
ただし，D ＝ 0.600 (m)，E ＝ 2.000×108 (kN/m2)，I ＝ 73000×10-8 (m4)
【底面の鉛直方向地盤反力係数】
ここに，
k V : 鉛直方向地盤反力係数 (kN/m3)
kvo : 直径0.3mの剛体円板による平板載荷試験の値に相当する
鉛直方向地盤反力係数 (kN/m3)
B v : 基礎の換算載荷幅 ＝ 0.600 (m)
ただし，ここではBv＝D(鋼管杭の直径)とした時の値である。
α・E o: 地盤の変形係数 ＝ 280000 (kN／m2)
【底面の水平方向せん断バネ定数】
ここに，
k s : 水平方向せん断バネ定数 (kN/m3)
k v : 鉛直方向地盤反力係数 ＝ 554963 (kN/m3)
λ : 鉛直地盤反力係数に対する水平方向せん断バネ定数の比 ＝ 0.300
3.1.2 支点バネ
【水平バネ】
斜面の水平方向地盤反力係数は, 水平地盤でのkH'を次式にて補正して求める。
kH' ＝ 0 ( 0 ≦ α ＜ 0.5 )
kH' ＝ (0.3・log10α＋0.7)・k H ( 0.5 ≦ α ≦ 10 )
kH' ＝ k H ( α ＞ 10 )
水平バネ値は，次式で求める。
KH ＝ kH'・D・ΔL
ここに，
K H : 水平バネ値
kH' : 斜面の水平方向地盤反力係数
D : 杭径 ＝ 0.600 (m)
ΔL : 水平バネ間隔長さ ＝ 0.500 (m)
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杭前面での深さ Z(m)
|
水平かぶり l(m)
|
水平かぶり係数 α＝l／D |
地盤反力係数 kH'(kN/m3) |
水平バネ値 |
|
KH(kN/m) |
||||
|
0.000 |
0.219 |
0.3650 |
0 |
0 |
|
0.500 |
1.119 |
1.8653 |
331128 |
99338 |
|
1.000 |
2.019 |
3.3656 |
363720 |
109116 |
|
1.500 |
2.920 |
4.8659 |
384078 |
115223 |
|
2.000 |
3.820 |
6.3661 |
398920 |
119676 |
|
2.500 |
4.720 |
7.8664 |
410606 |
123182 |
|
3.000 |
5.620 |
9.3667 |
420245 |
126074 |
|
3.500 |
∞ |
∞ |
423858 |
127157 |
|
4.000 |
∞ |
∞ |
423858 |
127157 |
|
4.500 |
∞ |
∞ |
423858 |
127157 |
|
5.000 |
∞ |
∞ |
423858 |
63579 |
【底面鉛直バネ】
Kv ＝ kv・A ＝ 156912 (kN/m)
ここに,
Kv : 鉛直バネ値 (kN/m)
kv : 鉛直方向地盤反力係数 ＝ 554963 (kN/m3)
A : 基礎底面の面積 ＝ π・D2／4＝ 0.283 (m2)
【底面回転バネ】
KR ＝ kv・I ＝ 3531 (kN・m/rad)
ここに,
KR : 底面回転バネ値 (kN・m/rad)
kv : 鉛直方向地盤反力係数 ＝ 554963 (kN/m3)
I : 基礎底面の断面2次モーメント ＝ π・D4／64＝ 6.362E-003 (m4)
【底面せん断バネ】
Ks ＝ ks・A ＝ 47074 (kN/m)
ここに,
Ks : せん断バネ値 (kN/m)
ks : 水平方向せん断地盤反力係数 ＝ 166489 (kN/m3)
A : 基礎底面の面積 ＝ π・D2／4＝ 0.283 (m2)
3.1.3 フレーム解析モデル
【格点座標データ】
|
格点 番号 |
X 座 標 (m) |
Y 座 標 (m) |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 |
0.0000 -0.5000 -1.0000 -1.5000 -2.0000 -2.5000 -3.0000 -3.5000 -4.0000 -4.5000 -5.0000 |
【材質データ】
|
材質 番号 |
ヤ ン グ 係 数 E(kN/m2) |
線 膨 張 係 数 α(/℃) |
|
1 |
2.000000E+008
|
1.000000E-005
|
【断面諸値】
|
断面 番号 |
断 面 積 A(m2) |
断面2次モーメント I(m4)
|
|
1 |
1.671000E-002
|
7.300000E-004
|
【部材データ】
|
部材 番号 |
格点番号 i− j |
部 材 長 (m) |
断面 番号 |
材質 番号 |
材端条件 i− j |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
1− 2 2− 3 3− 4 4− 5 5− 6 6− 7 7− 8 8− 9 9− 10 10− 11 |
0.5000 0.5000 0.5000 0.5000 0.5000 0.5000 0.5000 0.5000 0.5000 0.5000 |
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 |
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 |
剛結−剛結 剛結−剛結 剛結−剛結 剛結−剛結 剛結−剛結 剛結−剛結 剛結−剛結 剛結−剛結 剛結−剛結 剛結−剛結 |
【支点データ】
|
格点 番号 |
支 点 コ − ド |
KX (kN/m) |
KY (kN/m) |
KM (kN.m/rad) |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
バネ支点他 バネ支点他 バネ支点他 バネ支点他 バネ支点他 バネ支点他 バネ支点他 バネ支点他 バネ支点他 バネ支点他 バネ支点他 |
0.00000E+000 9.93384E+004 1.09116E+005 1.15223E+005 1.19676E+005 1.23182E+005 1.26074E+005 1.27157E+005 1.27157E+005 1.27157E+005 1.10652E+005 |
0.00000E+000 0.00000E+000 0.00000E+000 0.00000E+000 0.00000E+000 0.00000E+000 0.00000E+000 0.00000E+000 0.00000E+000 0.00000E+000 1.56912E+005 |
0.00000E+000 0.00000E+000 0.00000E+000 0.00000E+000 0.00000E+000 0.00000E+000 0.00000E+000 0.00000E+000 0.00000E+000 0.00000E+000 3.53052E+003 |
【荷重データ】
・杭体自重
|
荷 重 種 別 |
載荷開始 部材番号 |
載荷終了 部材番号 |
i端側 荷重強度 (kN/m, kN・m/m) |
j端側 荷重強度 (kN/m, kN・m/m) |
i端側 載荷位置 (m) |
j端側 載荷位置 (m) |
|
全体Y方向 |
1 |
10 |
-1.31 |
-1.31 |
0.000 |
0.000 |
・杭頭作用力
|
格点番号 |
X軸方向集中 荷重(kN) |
Y軸方向集中 荷重(kN) |
モーメント荷重 (kN・m) |
|
1 |
-49.46 |
-32.81 |
226.06 |
3.1.4 フレーム解析結果
【支点反力】
|
支点 番号 |
水平反力 RX(kN) |
鉛直反力 RY(kN) |
回転反力 RM(kN) |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
0.000 124.949 47.664 -3.015 -27.446 -33.514 -29.357 -20.719 -11.330 -2.600 4.833 |
0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 39.355 |
0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.445 |
【変位量】
|
格点 番号 |
水平変位 δX(mm)
|
鉛直変位 δY(mm)
|
回転変位 δθ(mrad) |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
-2.490 -1.258 -0.437 0.026 0.229 0.272 0.233 0.163 0.089 0.020 -0.044 |
-0.305 -0.300 -0.295 -0.290 -0.284 -0.279 -0.274 -0.268 -0.262 -0.257 -0.251 |
2.866 2.050 1.256 0.631 0.216 -0.018 -0.122 -0.149 -0.143 -0.132 -0.126 |
【断面力】
|
部材 |
着 目 |
曲げモーメント M(kN.m)
|
せ ん 断 力 S(kN)
|
軸 力 N (kN) |
|
1( 1- 2)
2( 2- 3)
3( 3- 4) 4( 4- 5)
5( 5- 6)
6( 6- 7)
7( 7- 8)
8( 8- 9)
9( 9- 10)
10( 10- 11)
|
i j i j i j i j i j i j i j i j i j i j |
-226.060 -250.792 -250.792 -213.050 -213.050 -151.476 -151.476 -91.410 -91.410 -45.066 -45.066 -15.479 -15.479 -0.571 -0.571
3.978
3.978 2.861
2.861
0.445 |
-49.465 -49.465 75.484 75.484 123.148 123.148 120.133 120.133 92.687 92.687 59.173 59.173 29.817 29.817 9.097
9.097 -2.232 -2.232 -4.833 -4.833 |
-32.805 -33.460 -33.460 -34.115 -34.115 -34.770 -34.770 -35.425 -35.425 -36.080 -36.080 -36.735 -36.735 -37.390 -37.390 -38.045 -38.045 -38.700 -38.700 -39.355 |
3.1.5 応力度照査
【曲げ応力度】
＝ 105.209 (N/mm2) ≦ σsa (OK)
【せん断応力度】
＝ 7.370 (N/mm2) ≦ τa (OK)
3.2 極限水平支持力
ここに，
W : すべり面より上の地盤の重量 ＝ 293.155 (kN)
A : すべり面の面積 ＝ 13.651 (m2)
φ: 地盤の内部摩擦角 ＝ 30.000 (度)
C : 地盤の粘着力 ＝ 0.000 (kN/m2)
α: すべり角 ＝ 60.000 (度)
β: ひろがり角 ＝ 40.000 (度)
3.3 水平方向安定照査
