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杭基礎の設計のなぜ? 解決フォーラム
杭の軸直角方向ばね定数K1〜K4を
「FRAMEマネージャー」で算出する方法は?

 はじめに
前号で常時、暴風時及びレベル1地震時の杭基礎の計算を「FRAMEマネージャー」でモデル化する方法を掲載いたしました。引き続き、本号では、杭の軸直角方向ばね定数を「FRAMEマネージャー」で算出する方法をご案内いたします。
 杭基礎プログラムの計算方法
当社の「道路橋示方書・同解説W下部構造編(平成24年3月)社団法人日本道路協会」に準じた杭基礎計算機能を有しているプログラムでは、次のようにして杭の軸直角方向ばね定数K1〜K4を算出しています。

(1)伝達マトリクスを用いて杭頭と杭先端との状態量(δ,θ,M,S)の関係式を作成します。

     

ここで、n:杭先端,0:杭頭

(2)杭頭に単位軸直角方向力Ho,単位曲げモーメントMoを載荷したときの杭頭変位量を算出します。
 例えば、杭先端ヒンジ(δn=Mn=0)の場合、1,3行から

     

の関係式が求められ、杭頭にHoを載荷したときの変位量(δ0H,θ0H)、Moを載荷したときの変位量(δ0M,θ0M)が求まります。

(3)K1〜K4を算出します。

     
 FRAME を用いた計算方法
FRAME(面内)での計算方法は、以下の2方法があります。2方法共通で次の骨組モデルを作成します。
(1)杭1本の断面積A,断面二次モーメントI,ヤング係数Eを有した部材を設けます。ただし、Aは本計算に関与しません。
(2)水平方向地盤反力係数kH(kN/m3)に杭径D(m)を乗じた部材軸直角方向の分布バネ(kN/m2)を設定します。
(3)杭先端に杭先端条件に応じた支点を設けます。
  ・杭先端固定 :水平:固定,回転:固定
  ・杭先端ヒンジ :水平:固定,回転:自由
  ・杭先端自由 :水平:自由,回転:自由
  ・杭先端バネ :水平:Ks(kN/m),回転:Kr(kN.m/rad)

方法1:構造系不安定を回避するため杭先端支点の鉛直方向を固定とします。
 ケース1:杭頭の格点に単位軸直角方向力Hoを載荷
     杭頭の格点の水平変位δ0H,回転角θ0H
 ケース2:杭頭の格点に単位曲げモーメントMoを載荷
     杭頭の格点の水平変位δ0H,回転角θ0H
以降は前述の計算方法によってK1〜K4が求まります。

方法2:杭頭に固定支点を設け、この支点に強制変位を与えます。
 ケース1:水平方向強制変位 1(m)
     杭頭固定支点の水平方向反力=K1(kN/m)
     杭頭固定支点の回転反力=K3(kN・m/m)
 ケース2:回転強制変位 1(rad)
     杭頭固定支点の水平方向反力=K2(kN/rad)
     杭頭固定支点の回転反力=K4(kN・m/rad)
になります。


          ▲方法1                 ▲方法2

     
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