JP2008039534A - Method for evaluating soundness of foundation structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基礎構造物の健全度評価方法に係り、更に詳しくは、衝撃試験を元に求めた地盤のひずみ依存性を考慮したせん断剛性から算出する地盤ばねを用いた基礎構造物の健全度評価方法に関する。 The present invention relates to a method for evaluating the soundness of a foundation structure, and more specifically, the soundness of a foundation structure using a ground spring calculated from the shear stiffness considering the strain dependence of the ground obtained based on an impact test. It relates to the evaluation method.
従来、構造物の健全度を、被検査対象物を人為的に加振し、固有振動数の変化から評価する方法が提案されている（特許文献１参照）。 Conventionally, a method has been proposed in which the soundness of a structure is evaluated by artificially vibrating an object to be inspected and a change in natural frequency (see Patent Document 1).
しかしながら、基礎構造物は、地盤に接しているため、境界条件として地盤ばねを考慮しなければならず、健全度評価が明確でないという問題があった。 However, since the foundation structure is in contact with the ground, the ground spring must be considered as a boundary condition, and there is a problem that the soundness evaluation is not clear.
本発明は、このような問題を鑑みてなされたもので、その目的は、基礎構造物の健全度を、上部構造物の人為的な加振による振動データを元に、地盤のひずみ依存性を考慮した地盤のせん断剛性から算出した地盤ばねを用いて評価する方法を提案することである。 The present invention has been made in view of such problems. The purpose of the present invention is to determine the soundness of the foundation structure and the strain dependence of the ground based on vibration data obtained by artificial excitation of the upper structure. It is to propose a method to evaluate using the ground spring calculated from the shear rigidity of the ground.
前述の課題を解決するための発明は、構造物に人為的に振動を与え、それによる振動データを測定する振動試験工程と、振動試験工程により得られた振動データから構造物の固有振動数を算定する固有振動数算定工程と、固有振動数算定工程により算定した構造物の固有振動数を用いて地盤のせん断剛性の実測値を求める地盤せん断剛性算出工程と、振動試験工程により得られた振動データから地盤のせん断ひずみを算出するせん断ひずみ算出工程と、地盤せん断剛性実測値とせん断ひずみから、設計レベルの地盤せん断剛性値を求める設計レベル地盤せん断剛性算定工程と、設計レベルの地盤せん断剛性値から求めた地盤ばねを考慮したモデルにより基礎構造物の健全度を評価する健全度評価工程と、を有することを特徴とする基礎構造物の健全度評価方法である。
以上のように、加振による構造物の振動データを元に求めた地盤のせん断剛性の実測値から設計レベルの地盤のせん断剛性値を求め、この設計レベルの地盤のせん断剛性値を元に求まる地盤ばねに基づいたモデルを使用することにより、基礎構造物の健全度を評価できる。
The invention for solving the above-described problems includes a vibration test process for artificially giving vibration to a structure and measuring vibration data thereby, and the natural frequency of the structure from the vibration data obtained by the vibration test process. The natural frequency calculation process to be calculated, the ground shear stiffness calculation process to obtain the measured value of the ground shear stiffness using the natural frequency of the structure calculated by the natural frequency calculation process, and the vibration obtained by the vibration test process A shear strain calculation process that calculates the shear strain of the ground from the data, a design level ground shear stiffness calculation process that calculates the ground shear stiffness value of the design level from the actual ground shear stiffness measurement value and the shear strain, and a ground shear stiffness value of the design level And a soundness evaluation process for evaluating the soundness of the foundation structure by a model considering the ground spring obtained from It is healthy evaluation method.
As described above, the shear stiffness value of the ground at the design level is obtained from the actual value of the shear stiffness of the ground obtained based on the vibration data of the structure due to vibration, and the shear stiffness value of the ground at this design level is obtained based on the measured value. By using a model based on ground spring, the soundness of the foundation structure can be evaluated.
ここで、健全度評価方法には２種類の方法がある。
まず、健全度評価工程は、設計レベルの地盤せん断剛性値を考慮したモデルに対して安定計算を実施し、安定計算の結果から基礎構造物の健全度を評価する方法である。
これは、設計レベルの地盤せん断剛性値から求めた地盤ばねを含む構造物のモデルで安定計算を実施することにより、基礎構造物の健全度を評価するものである。
Here, there are two types of soundness evaluation methods.
First, the soundness evaluation step is a method of performing a stability calculation on a model considering a ground shear stiffness value at the design level, and evaluating the soundness of the foundation structure from the result of the stability calculation.
This is to evaluate the soundness of the foundation structure by performing stability calculation with a model of the structure including the ground spring obtained from the ground shear stiffness value at the design level.
一方、健全度評価方法は次のようであってもよい。すなわち、健全度評価工程は、設計レベルの地盤せん断剛性値を使用した安定計算により設計レベルの限界地盤せん断剛性値を求める設計レベル限界地盤せん断剛性値算定工程を有し、設計レベル限界地盤せん断剛性値算定工程により求めた設計レベルの限界地盤せん断剛性値を考慮して算出した地盤ばねを取り付けた構造物のモデルに対して振動試験レベルの地盤ばねの変更を行ったモデルの解析固有振動数と、固有振動数算定工程から求める実測固有振動数を比較することにより、基礎構造物の健全度を評価する。
ここで、限界地盤せん断剛性値は、仮想的に基礎の変状を想定し、その変状に対して安定度を満足しうる最低限の地盤せん断剛性値である。
On the other hand, the soundness evaluation method may be as follows. In other words, the soundness evaluation process has a design level limit ground shear stiffness value calculation step to obtain a design level limit ground shear stiffness value by a stable calculation using the design level ground shear stiffness value. The analysis natural frequency of the model in which the ground spring at the vibration test level was changed to the model of the structure with the ground spring calculated considering the limit ground shear stiffness value at the design level obtained by the value calculation process The soundness of the foundation structure is evaluated by comparing the measured natural frequencies obtained from the natural frequency calculation process.
Here, the limit ground shear stiffness value is a minimum ground shear stiffness value that virtually assumes the deformation of the foundation and can satisfy the stability against the deformation.
そして、設計レベル限界地盤せん断剛性値算出工程は、設計レベルの地盤せん断剛性値を初期値としてその値を徐々に低下させ、その地盤せん断剛性値に対応する地盤ばね定数を元に安定計算を実施し、安定度を満足する最低の前記設計レベルの地盤せん断剛性値を設計レベル限界地盤せん断剛性値することが好ましい。 In the design level limit ground shear stiffness value calculation process, the design level ground shear stiffness value is set as the initial value, and the value is gradually reduced. Based on the ground spring constant corresponding to the ground shear stiffness value, stable calculation is performed. It is preferable that the ground shear stiffness value of the design level that satisfies the stability is the design level limit ground shear stiffness value.
また、設計レベル限界地盤せん断剛性値算出工程は、杭基礎あるいはケーソン基礎の場合に、所定の設計レベルの地盤せん断剛性値から求めた地盤ばね定数を用い、土被り量を低下させて安定計算を実施し、安定度を満足する最低の前記設計レベルの地盤せん断剛性値を設定レベル限界地盤せん断剛性値としてもよい。
さらに、設計レベル限界地盤せん断剛性値算出工程は、直接基礎の場合に、所定の設計レベルの地盤せん断剛性値から求めた地盤ばね定数を用い、洗掘量を変化させて安定計算を実施し、安定度を満足する最低の前記設計レベルの地盤せん断剛性値を設定レベル限界地盤せん断剛性値としてもよい。
In addition, the design level limit ground shear stiffness value calculation process uses a ground spring constant obtained from the ground shear stiffness value of a predetermined design level for pile foundations or caisson foundations to reduce the amount of soil covering and perform stable calculation. The ground shear stiffness value at the lowest design level that is implemented and satisfies the stability may be set as the set level limit ground shear stiffness value.
Furthermore, the design level limit ground shear stiffness value calculation process, in the case of direct foundation, using the ground spring constant obtained from the ground shear stiffness value of the predetermined design level, to perform the stability calculation by changing the scouring amount, The lowest ground shear stiffness value at the design level that satisfies the stability may be set as the set level limit ground shear stiffness value.
以上の方法により、基礎の変状を想定した場合の設計レベルの限界地盤せん断剛性値と、前記設計レベルの地盤せん断剛性値と前記設計レベルの限界地盤せん断剛性値の関係を地盤せん断剛性実測値に適用して求めた振動試験レベルの限界地盤せん断剛性に関して、それぞれ固有振動数（設計レベルと振動試験レベル）を求めることが可能で、この内、振動試験レベルの固有振動数と前記固有振動数算定工程から求める固有振動数を比較することにより、健全性の評価が可能になる。 By the above method, the ground level shear stiffness value at the design level when the deformation of the foundation is assumed, and the relationship between the ground shear stiffness value at the design level and the limit ground shear stiffness value at the design level are measured values of the ground shear stiffness. It is possible to determine the natural frequency (design level and vibration test level) for the limit ground shear stiffness at the vibration test level obtained by applying to the vibration test level. Of these, the natural frequency at the vibration test level and the natural frequency Soundness can be evaluated by comparing the natural frequencies obtained from the calculation process.
本発明の基礎構造物の健全度評価方法により、上部構造物の人為的な加振による振動データを元に、地盤のひずみ依存性を考慮した地盤ばねを用いて基礎構造物の健全度を的確に評価することが可能になる。 The foundation structure soundness evaluation method of the present invention is used to accurately determine the soundness of the foundation structure using ground springs that take into account the strain dependence of the ground, based on vibration data from artificial vibration of the superstructure. It becomes possible to evaluate to.
以下、図面に基づいて本発明の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる健全度評価方法を実現するためのシステム構成図、図２は、第１の健全度評価方法の処理の流れを示すフローチャート、図３は、加振データから地盤のひずみおよび地盤のせん断剛性を求める処理の説明図、図４は、せん断剛性低下率とせん断ひずみの関係を示す図、図５は、第２の健全度評価方法の処理の流れを示すフローチャート、図６は、せん断剛性の限界値の説明図、図７は、限界値算出の説明図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a system configuration diagram for realizing a soundness evaluation method according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a flowchart showing a processing flow of the first soundness evaluation method, and FIG. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the shear stiffness reduction rate and the shear strain, and FIG. 5 is a flowchart of the processing of the second soundness evaluation method. FIG. 6 is an explanatory diagram of the limit value of shear rigidity, and FIG. 7 is an explanatory diagram of calculation of the limit value.
構造物の構造はさまざまであるが、一般に、図１（ａ）に示すように、地面７より下部の地中に構築されている基礎構造物３と、基礎構造物３の上部に構築される上部構造物１よりなる。
地面７より上部の部分は、目視等により状態を直接確認することが可能であるが、地面７より下の地中にある基礎構造物３の状態を直接目で確かめることが困難である。
Although the structures of the structures are various, in general, as shown in FIG. 1A, the foundation structure 3 constructed in the ground below the ground 7 and the top of the foundation structure 3 are constructed. It consists of an
Although it is possible to directly confirm the state of the portion above the ground 7 by visual observation or the like, it is difficult to directly confirm the state of the foundation structure 3 in the ground below the ground 7.
本実施の形態の基礎構造物の健全度診断方法は、以上のような基礎構造物３の健全度を判定することを目的とする方法であり、図１に示すような構成により実現可能である。
図１（ａ）に示すように、上部構造物１に対して矢印Ｆのように人為的に加振する。この加振は、例えば重錘等を矢印Ｆのように上部構造物１に打撃することにより加えることができる（衝撃振動試験）。また、加振器等による強制振動試験を行ってもよいし、急速開放ジャッキによって起振してもよい。
また、上部構造物１には、例えば天端にセンサ部５を設置し、以上の方法による加振の結果起こる構造物の振動を計測する。
The foundation structure soundness diagnostic method of the present embodiment is a method for determining the soundness of the foundation structure 3 as described above, and can be realized by the configuration shown in FIG. .
As shown in FIG. 1A, the
The
これらのセンサ部５の計測データを解析するために、データ収録・解析システム９を使用する（図１（ｂ））。センサ部５は例えばケーブル１１を介してデータ収録・解析システム９に接続されている。また、センサ部５に無線送信機能、データ収録・解析システム９に無線受信機能を設けることにより、ケーブル１１により接続することなく、無線通信により計測データの送受信を行ってもよい。
In order to analyze the measurement data of these
図１（ｂ）に示すように、センサ部５は、速度計５１、アンプ５３、Ａ／Ｄ変換機５５、および、通信インタフェース５７から成る。速度計５１は、上部構造物１の振動を速度信号として計測する。計測された速度信号はアンプ５３により増幅され、Ａ／Ｄ変換機５５により量子化される。ディジタル・データに変換された速度データは、通信インタフェース５７、ケーブル１１を介してデータ収録・解析システム９に送られる。
As shown in FIG. 1B, the
一方、データ収録・解析システム１３は、パーソナル・コンピュータ等のコンピュータ・システムで構成できる。すなわち、制御部９１、記憶部９３、通信制御部９５、メディア入出力部９７、入力部９９、表示部１０１、印刷部１０３等より成り、それらがシステム・バス１０５に接続された構成である。
制御部９１は、中央制御装置（ＣＰＵ）、ＲＡＭ（ｒａｎｄａｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）等よりなり、ＲＯＭあるいは記憶部９３に記憶されているプログラムを実行する。記憶部９３は、ハードディスク装置等であり、プログラムやデータ等が記憶される。通信制御部９５は、外部との通信インタフェースであり、ＲＳ−２３２Ｃ入出力や、無線通信、モデム等の通信インタフェースよりなる。また、メディア入出力部９７は、ＣＤ−ＲＯＭ、メモリーカード等の入出力制御部である。
さらに、入力部９９は、キーボード、マウス等の入力装置、表示部１０１は、ディスプレイ装置、印刷部１０３は、プリンタを備える。
On the other hand, the data recording / analysis system 13 can be configured by a computer system such as a personal computer. That is, the
The
Further, the input unit 99 includes an input device such as a keyboard and a mouse, the
本実施の形態の基礎構造物の健全度評価方法におけるデータ収録やデータ解析、健全度診断に使用するプログラムは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ等のメディアにより供給され、データ収録・解析システム９のメディア入出力部９７より入力され、記憶部９３に格納されて、制御部９１により実行される。
また、センサ部５で測定された速度データは、センサ部５の通信インタフェース５７、ケーブル１１を介してデータ収録・解析システム９に送信され、通信制御部９５を介して記憶部９３に格納され、後述する基礎構造物の健全度評価方法を実現するプログラムにより解析処理される。
このとき、センサ部５の通信インタフェース５７を無線通信インタフェースとし、データ収録・解析システム９の通信制御部９５の無線通信制御を使用することにより、ケーブル１１を使用せずに、無線通信により速度データを送受信することも可能である。
The program used for data recording, data analysis, and soundness diagnosis in the soundness evaluation method for the foundation structure according to the present embodiment is supplied by a medium such as a CD-ROM, and is inserted into the data recording /
The speed data measured by the
At this time, by using the communication interface 57 of the
図２は、第１の実施の形態の基礎構造物の健全度評価処理の流れを示すフローチャートである。まず、処理の流れを簡単に説明する。
まず、図１(ａ)で矢印Ｆに示したように、上部構造物１に対して振動試験を実施し、センサ部５で計測した振動データをデータ収録・解析システム９に記録し、この振動データから、振動試験レベルの地盤のせん断剛性Ｇと、せん断ひずみγを算出する（ステップ１００）。算出方法については後述する。
FIG. 2 is a flowchart showing the flow of the soundness evaluation process of the foundation structure according to the first embodiment. First, the process flow will be briefly described.
First, as shown by an arrow F in FIG. 1A, a vibration test is performed on the
ここで、地盤のせん断剛性とひずみの関係を説明する。図３は、地盤のせん断剛性とせん断ひずみとの関係を示す図である。同図の横軸はせん断ひずみ量、縦軸はせん断剛性の低下率を示す。せん断剛性の低下率は、せん断剛性値を初期のせん断剛性値Ｇ０で正規化した値であり、初期レベルのせん断剛性低下率を１とする。同図に示すように、せん断ひずみが大きくなるとともに、せん断剛性は低下する。同図に示すように、せん断ひずみが１０−６におけるせん断剛性を初期レベルの地盤のせん断剛性Ｇ０とする。
このせん断剛性低下率−せん断ひずみ曲線の設定方法は２通りある。すなわち、健全度評価を行う構造物がある現地においてボーリングを行い、サンプリングした土の供試体に対して、動的変形特性を求める繰り返し三軸試験を実施して求める方法（「土質試験の方法と解説」、土質工学会）と、土質区分ごとに既に規定された曲線を用いる方法（例えば、「地盤の地震時応答特性の数値解析法」、土研資料第１７７８号、建設省土木研究所地震防災部振動研究室、昭和５７年２月）である。
本実施の形態では、土研資料第１７７８号に既に規定されたせん断剛性低下率−せん断ひずみ曲線を用いることとするが、第１の方法によってこの曲線を設定してもよい。
Here, the relationship between the shear rigidity of the ground and the strain will be described. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the shear stiffness of the ground and the shear strain. In the figure, the horizontal axis represents the amount of shear strain, and the vertical axis represents the rate of decrease in shear stiffness. The reduction rate of the shear stiffness is a value obtained by normalizing the shear stiffness value with the initial shear stiffness value G0, and the initial level shear stiffness reduction rate is 1. As shown in the figure, the shear strain increases and the shear stiffness decreases. As shown in the figure, the shear stiffness at a shear strain of 10 −6 is defined as the shear stiffness G0 of the ground at the initial level.
There are two methods for setting the shear stiffness reduction rate-shear strain curve. In other words, a method of performing boring at a site where there is a structure for soundness evaluation and performing repeated triaxial tests to obtain dynamic deformation characteristics for the sampled soil specimen ("Soil testing method and "Explanation", Japan Society of Geotechnical Engineering) and methods using curves already defined for each soil classification (for example, "Numerical analysis of ground response characteristics during earthquakes", Earth Engineering Materials No. 1778, Ministry of Construction, Civil Engineering Research Institute Earthquake) Disaster Prevention Department Vibration Laboratory, February 1982).
In the present embodiment, the shear stiffness reduction rate-shear strain curve already defined in Doken No. 1778 is used, but this curve may be set by the first method.
このせん断剛性低下率−せん断ひずみ曲線を用いて、まず、初期レベルの地盤のせん断剛性Ｇ０を求め（ステップ１１０）、さらに、設計レベルの地盤のせん断剛性Ｇ’を算出する（ステップ１２０）。初期レベルおよび設計レベルの地盤のせん断剛性（Ｇ０、Ｇ’）を求める方法については後述する。 First, the shear stiffness G0 of the ground at the initial level is obtained using the shear stiffness reduction rate-shear strain curve (step 110), and further, the shear stiffness G 'of the ground at the design level is calculated (step 120). A method for obtaining the shear rigidity (G0, G ′) of the ground at the initial level and the design level will be described later.
ステップ１２０で求まった設計レベルの地盤のせん断剛性Ｇ’から地盤ばね定数を求め、対象の構造物の構造モデルを構成し、安定計算を行うことにより、基礎構造物が健全か否かを判定する（ステップ１３０）。
A ground spring constant is obtained from the shear rigidity G ′ of the ground at the design level obtained in
次に、ステップ１００の振動試験レベルの地盤のせん断剛性Ｇおよびせん断ひずみγの算出方法を説明する。
まず、地盤のせん断ひずみγを求める。
振動試験において、振動データとして、上部構造物１の天端に設置されたセンサ部５により測定された速度データを使用する。この速度データを積分することにより、振動試験による構造物天端の変位δが求まる。
図４(ａ)に示すように、地盤のせん断ひずみγは、変位δと構造物の高さＬにより、γ＝δ/Ｌで表せる。この計算式により、振動試験における地盤のせん断ひずみγの値が求まる。
Next, a method for calculating the shear rigidity G and shear strain γ of the ground at the vibration test level in
First, the ground shear strain γ is obtained.
In the vibration test, velocity data measured by the
As shown in FIG. 4A, the shear strain γ of the ground can be expressed as γ = δ / L by the displacement δ and the height L of the structure. By this calculation formula, the value of the ground shear strain γ in the vibration test is obtained.
次に、振動試験レベルの地盤のせん断剛性Ｇを求める。
まず、振動試験により得た速度データをフーリエ変換等により周波数分析し、卓越する振動数を読み取ることにより構造物の実測固有振動数を求める。
次に、例えば図４（ｂ）のような、対象構造物の構造モデルを作成し、地盤ばね定数を設定して解析固有振動数を求め、地盤ばね定数を変化させて繰り返し解析固有振動数を求める計算を行い、解析固有振動数が実測固有振動数と一致する地盤ばね定数を求める。この地盤ばね定数は、振動試験を実施した構造物の基礎地盤の地盤ばね定数と見なすことができ、この地盤ばね定数から、地盤のせん断剛性Ｇを求める。
Next, the shear rigidity G of the ground at the vibration test level is obtained.
First, the frequency data obtained by the vibration test is subjected to frequency analysis by Fourier transform or the like, and the actual natural frequency of the structure is obtained by reading the outstanding frequency.
Next, for example, as shown in FIG. 4B, a structural model of the target structure is created, the ground spring constant is set to obtain the analysis natural frequency, the ground spring constant is changed, and the analysis natural frequency is repeatedly determined. The obtained calculation is performed, and the ground spring constant at which the analysis natural frequency matches the actual measurement natural frequency is obtained. This ground spring constant can be regarded as the ground spring constant of the foundation ground of the structure subjected to the vibration test, and the ground shear stiffness G is obtained from this ground spring constant.
ここで、地盤のせん断剛性Ｇは、以下の式に示すように、構造物の固有振動数ｆおよび構造物の質量Ｍの関数である。
すなわち、例えば、構造物を１自由度と考えるとその固有振動数ｆは、
ｆ＝（１/２π）・（Ｋ／Ｍ）１/２ ・・・（１）
ここで、Ｋはばね定数であり、式（１）より、
Ｋ＝（２πｆ）２Ｍ ・・・（２）
となり、ばね定数Ｋは固有振動数ｆと質量Ｍの関数として表せる。
Here, the shear rigidity G of the ground is a function of the natural frequency f of the structure and the mass M of the structure, as shown in the following equation.
That is, for example, when a structure is considered to have one degree of freedom, its natural frequency f is
f = (1 / 2π) · (K / M) 1/2 (1)
Here, K is a spring constant, and from equation (1),
K = (2πf) 2 M (2)
The spring constant K can be expressed as a function of the natural frequency f and the mass M.
また、ばね定数Ｋは、地盤反力係数ｋと基礎の寸法から算出することができる。例えば、鉛直方向の地盤反力係数Ｋｖは、
Ｋｖ＝ｋｖ×Ａｖ ・・・（３）
により算出することができる。ここで、ｋｖ：鉛直方向の地盤反力係数、Ａｖ：基礎底面の面積である。ｋｖは、道路橋示方書では、
ｋｖ＝（１/０．３）・Ｅ・（Ａｖ１/２/０．３）−３/４ ・・・（４）
鉄道構造物等設計標準では、
ｋｖ＝ｆｒｋ・（２．３・α・Ｅ・Ａｖ−１/４） ・・・（５）
などと表される。ここで、ｆｒｋ、αは定数であり、Ｅは変形係数と呼ばれるもので、
Ｅ＝２（１＋ν）Ｇ ・・・（６）
の関係にあることから、Ｇは、Ｋｖ、ν、Ａｖを求めることにより算出できる。（νは地盤のポアソン比であり、ほぼ一定の値である）。
つまり、構造物の数法Ａｖ、質量Ｍ、固有振動数ｆから地盤のせん断剛性Ｇを求めることができる。
The spring constant K can be calculated from the ground reaction force coefficient k and the dimensions of the foundation. For example, the ground reaction force coefficient Kv in the vertical direction is
Kv = kv × Av (3)
Can be calculated. Here, kv: ground reaction force coefficient in the vertical direction, Av: area of the base bottom surface. kv is the road bridge specification
kv = (1 / 0.3) · E · (Av 1/2 / 0.3) −3/4 (4)
In the railway structure design standard,
kv = f rk · (2.3 · α · E · Av -1/4 ) (5)
And so on. Here, f rk and α are constants, E is called a deformation coefficient,
E = 2 (1 + ν) G (6)
Therefore, G can be calculated by obtaining Kv, ν, and Av. (Ν is the Poisson's ratio of the ground and is a substantially constant value).
That is, the shear rigidity G of the ground can be obtained from the number method Av, the mass M, and the natural frequency f of the structure.
次に、振動試験レベルの地盤のせん断剛性Ｇとせん断ひずみγの値を元に、初期レベルの地盤のせん断剛性Ｇ０を求める（ステップ１１０）。
すなわち、まず、図３に示したようなせん断剛性低下率−せん断ひずみ曲線を選定する。例えば、前述のように土研資料で規定されている対象構造物の場所の土質区分に対応する曲線を選定する。
この曲線上で、振動試験レベルの地盤のせん断ひずみγ値におけるせん断剛性低下率の値がＧ/Ｇ０であり、この値と振動試験レベルの地盤のせん断剛性Ｇの値から初期レベルの地盤のせん断剛性値Ｇ０を算出する。
Next, based on the values of the shear rigidity G and the shear strain γ of the ground at the vibration test level, the shear rigidity G0 of the ground at the initial level is obtained (step 110).
That is, first, a shear stiffness reduction rate-shear strain curve as shown in FIG. 3 is selected. For example, as described above, a curve corresponding to the soil classification of the location of the target structure specified in the DOken data is selected.
On this curve, the value of the shear stiffness reduction rate at the shear strain γ value of the ground at the vibration test level is G / G0. From this value and the value of the shear stiffness G of the ground at the vibration test level, the shear of the ground at the initial level is obtained. The rigidity value G0 is calculated.
次に、初期レベルの地盤のせん断剛性Ｇ０の値から設計レベルの地盤のせん断剛性Ｇ’を求める（ステップ１２０）。
設計レベルの地盤のせん断剛性Ｇ’の求め方には以下の２種類の方法があり、どちらの方法を用いてもよい。
Next, the shear rigidity G ′ of the ground at the design level is obtained from the value of the shear rigidity G0 of the ground at the initial level (step 120).
There are the following two methods for obtaining the shear rigidity G ′ of the ground at the design level, and either method may be used.
第１の方法は、地盤のせん断剛性Ｇと地盤の変形係数Ｅの関係式から設計レベルのせん断剛性Ｇ’を算出する方法である。すなわち、粘性土と砂質土について、それぞれ、次の算出式がある。
（粘性土）
Ｇ’＝{β/２（１＋ν）}・（１/１００）・（ｇＧ０/ε）３/２
・・・（７）
（砂質土）
Ｇ’＝{β/２（１＋ν）}・（１/８０）・（ｇＧ０/ε）３/２
・・・（８）
ここで、βは構造物の種類によって決まる値であり、鉄道橋ではβ＝２８００、道路橋ではβ＝２５００とする。また、ｇは重力加速度、εは土の単位体積重量である。
The first method is a method of calculating the design level shear stiffness G ′ from the relational expression between the ground shear stiffness G and the ground deformation coefficient E. That is, there are the following calculation formulas for viscous soil and sandy soil, respectively.
(Cohesive soil)
G ′ = {β / 2 (1 + ν)} · (1/100) · (gG0 / ε) 3/2
... (7)
(Sandy soil)
G ′ = {β / 2 (1 + ν)} · (1/80) · (gG0 / ε) 3/2
... (8)
Here, β is a value determined by the type of structure, and β = 2800 for a railway bridge and β = 2500 for a road bridge. G is the acceleration of gravity, and ε is the unit volume weight of the soil.
式（７）、式（８）は、下記の関係から導かれる。
Ｅ’＝２（１＋ν）Ｇ’ ・・・（９）
Ｇ０＝ε・Ｖｓ２/ｇ ・・・（１０）
Ｅ’＝βＮ ・・・（１１）
Ｖｓ＝１００Ｎ１/３ （粘性土） ・・・（１２）
Ｖｓ＝８０Ｎ１/３ （砂質土） ・・・（１３）
ここで、Ｅ’＝設計レベルの地盤の変形係数（地盤ばね定数）、Ｖｓはせん断弾性波速度、Ｎは標準貫入試験で得られたＮ値である。
以上のように、式（７）、式（８）から設計レベルの地盤のせん断剛性Ｇ’を求めることができる。
Expressions (7) and (8) are derived from the following relationship.
E ′ = 2 (1 + ν) G ′ (9)
G0 = ε · Vs 2 / g (10)
E ′ = βN (11)
Vs = 100N 1/3 (cohesive soil) (12)
Vs = 80N 1/3 (sandy soil) (13)
Here, E ′ = the deformation coefficient (ground spring constant) of the ground at the design level, Vs is the shear elastic wave velocity, and N is the N value obtained in the standard penetration test.
As described above, the shear rigidity G ′ of the ground at the design level can be obtained from the expressions (7) and (8).
一方、第２の方法は、図３のせん断剛性低下率−せん断ひずみ曲線において、設計レベルの地盤のせん断ひずみγｄの値を想定することにより、それに対応するせん断剛性低下率Ｇ’/Ｇ０の値を読み取り、その値から設計レベルの地盤のせん断ひずみＧ’が求められる。 On the other hand, the second method assumes the value of the shear strain γd of the ground at the design level in the shear stiffness reduction rate-shear strain curve of FIG. 3, and thereby the corresponding value of the shear stiffness reduction rate G ′ / G0. From this value, the shear strain G ′ of the ground at the design level is obtained.
以上によって求められた設計レベルの地盤のせん断剛性Ｇ’を元に、この設計レベルの地盤ばね定数Ｅ’を算出し、これを考慮した構造モデルを作成し、安定計算を実施する（ステップ１３０）。
この安定計算の結果から、対象構造物の基礎構造部３の健全度が把握可能になる。
Based on the shear rigidity G ′ of the ground at the design level obtained as described above, the ground spring constant E ′ at this design level is calculated, a structural model is created in consideration of this, and a stability calculation is performed (step 130). .
From the result of this stability calculation, the soundness of the foundation structure part 3 of the target structure can be grasped.
図５は、第２の実施の形態の基礎構造物の健全度評価処理の流れを示すフローチャートである。第２の実施の形態の基礎構造物の健全度評価は、基礎構造物３に変状が生じた場合を想定した振動試験により求めた実測固有振動数と、安定計算により求めた変状が生じた場合の限界解析固有振動数を比較し、その比較結果から健全度を評価する方法である。変状とは、通常の状態、暴風時、地震の発生時等であり、それぞれの変状は、構造モデルの設計荷重を変化させることにより設定される。 FIG. 5 is a flowchart illustrating the flow of the soundness evaluation process of the foundation structure according to the second embodiment. In the soundness evaluation of the foundation structure of the second embodiment, the measured natural frequency obtained by the vibration test assuming the occurrence of the deformation in the foundation structure 3 and the deformation obtained by the stability calculation occur. This is a method for comparing the natural frequency of limit analysis and evaluating the soundness from the comparison result. The deformation is a normal state, a storm, an earthquake, etc., and each deformation is set by changing the design load of the structural model.
次に処理の流れを説明する。図５のフローチャートにおいて、ステップ２００からステップ２２０は、第１の実施の形態のステップ１００からステップ１２０と同様であり、これにより、設計レベルの地盤のせん断剛性Ｇ’が算出される。
設計レベルのせん断剛性Ｇ’が算出されたら、次に、基礎構造物３に仮想的な変状を想定して安定計算を実施し、それぞれの変状について、安定度を満足する限界の地盤のせん断剛性Ｇ’（Ｌ）を求める（ステップ２３０）。この地盤のせん断剛性限界値Ｇ’（Ｌ）を求める方法については後述する。
次に、この地盤のせん断剛性限界値Ｇ’（Ｌ）について設計レベルの解析固有振動数ｆ２を求め（ステップ２４０）、さらに、設計レベルのせん断剛性Ｇ’とせん断剛性限界値Ｇ’（Ｌ）との関係を用いて、振動試験レベルのせん断剛性限界値Ｇ（Ｌ）を求め（ステップ２４０）、この試験レベルのせん断剛性限界値Ｇ（Ｌ）についての振動試験レベルの解析固有振動数ｆ１を求めて（ステップ２５０）、解析固有振動数ｆ１と振動試験算定工程から求めた固有振動数を比較する。解析固有振動数ｆ１＜振動試験算定工程から求めた固有振動数であれば基礎構造物３は健全であると判断し、解析固有振動数ｆ１≧振動試験算定工程から求めた固有振動数であれば基礎構造物３は健全ではないと判断する（ステップ２６０）。
Next, the flow of processing will be described. In the flowchart of FIG. 5, Step 200 to Step 220 are the same as
After the design-level shear stiffness G ′ is calculated, the stability calculation is performed on the basis of the hypothetical deformation of the foundation structure 3, and the limit ground satisfying the stability is satisfied for each deformation. The shear rigidity G ′ (L) is obtained (step 230). A method for determining the shear stiffness limit value G ′ (L) of the ground will be described later.
Next, an analysis natural frequency f2 at the design level is obtained for the shear stiffness limit value G ′ (L) of this ground (step 240), and further, the design level shear stiffness G ′ and the shear stiffness limit value G ′ (L). Is used to obtain the shear stiffness limit value G (L) at the vibration test level (step 240), and the analysis natural frequency f1 at the vibration test level for the shear stiffness limit value G (L) at this test level is obtained. Obtaining (step 250), the analysis natural frequency f1 and the natural frequency obtained from the vibration test calculation process are compared. If the analysis natural frequency f1 <the natural frequency obtained from the vibration test calculation process, the foundation structure 3 is judged to be healthy, and if the natural vibration frequency obtained from the analysis natural frequency f1 ≧ the vibration test calculation process. It is determined that the foundation structure 3 is not healthy (step 260).
次に、上述の処理の流れの詳細を説明する。
図７は、ステップ２３０の変状を想定した場合のせん断剛性限界値Ｇ’（Ｌ）算出の説明図である。
せん断剛性限界値Ｇ’（Ｌ）の算出方法は以下の２通りの手法がある。すなわち、基礎地盤のせん断剛性を低下させていき、安定計算を満たす限界のせん断剛性値Ｇ'（Ｌ）を見つける方法（方法１）と、Ｇ’を一定として土被り量または洗掘量を変化させていき、安定計算を満たす限界の地盤ばねを求める方法（方法２）である。
図７に示すように、基礎構造物３の種類により、方法を選択するとよい。すなわち、同図(ａ)に示すように、基礎構造物３が杭またはケーソン基礎の場合には、方法１または方法２の土被り量を低下させる方法から、同図（ｂ）に示すように、基礎構造物３が直接基礎の場合には、方法１または方法２の洗掘量を低下させる方法から好ましい方法を選択できる。
Next, the details of the above-described processing flow will be described.
FIG. 7 is an explanatory diagram for calculating the shear stiffness limit value G ′ (L) when the deformation of step 230 is assumed.
There are the following two methods for calculating the shear stiffness limit value G ′ (L). That is, decreasing the shear stiffness of the foundation ground, finding the limit shear stiffness value G ′ (L) that satisfies the stability calculation (Method 1), and changing the soil cover amount or scouring amount with G ′ constant. This is a method (method 2) for determining the limit ground spring satisfying the stability calculation.
As shown in FIG. 7, the method may be selected depending on the type of substructure 3. That is, as shown in the figure (a), when the foundation structure 3 is a pile or a caisson foundation, the
同図に示すように、方法１の場合、ステップ２２０で求まった設計レベルの地盤のせん断剛性Ｇ’の値から始めて、例えば８０％、５０％、・・・というように徐々にせん断剛性値を低下させ、それぞれのせん断剛性値から地盤ばね定数を算出し、その値を考慮した構造モデルを作成して安定計算を実施する。安定計算では、通常時、暴風時、レベル１地震時等の変状を考慮した荷重が構造モデルに加味される。それぞれの変状について、安定計算を満足する場合には、さらに、地盤のせん断剛性値を低下させて安定計算を実施する。この処理を繰り返し、安定計算を満足する最低の地盤のせん断剛性値をせん断剛性限界値Ｇ’（Ｌ）とする。
As shown in the figure, in the case of
一方、方法２の場合には、Ｇ’を一定とし、安定計算において、杭・ケーソン基礎の場合には土被り量を低下させ、直接基礎の場合には洗掘量を変化させる。そして、安定計算を満たす限界のせん断ばねを算定する。 On the other hand, in the case of the method 2, G ′ is constant, and in the stability calculation, the amount of earth covering is reduced in the case of the pile / caisson foundation, and the scouring amount is changed in the case of the direct foundation. Then, the limit shear spring that satisfies the stability calculation is calculated.
方法１の場合、変状を想定した限界の地盤のせん断剛性Ｇ’（Ｌ）が求まった後、この値Ｇ'（Ｌ）から地盤のばね定数を求め、この地盤ばね定数を考慮した構造モデルを作成し、解析固有振動数ｆ２を求める。一方、方法２の場合には、Ｇ’と安定計算を満たす限界の土被り量、あるいは洗掘量から地盤のばね定数を求め、この地盤ばね定数を考慮した構造モデルを作成し、解析固有振動数ｆ２を求める。この解析固有振動数が変状を想定した場合の限界の固有振動数である。
In the case of
次に、以上で求まった解析固有振動数の限界値ｆ２と、振動試験を行った時点の実測固有振動数を比較して、変状を想定した場合の健全度を評価する。
このとき、振動試験レベルの実測固有振動数の限界値ｆ１を求めるために、振動試験レベルのせん断弾性限界値Ｇ（Ｌ）を求める。すなわち、図６に示すように、設計レベルのせん断剛性Ｇ’と振動試験レベルのせん断剛性Ｇの関係を設計レベルのせん断剛性限界値Ｇ'（Ｌ）に適用し、振動試験レベルのせん断剛性限界値Ｇ（Ｌ）を算定する。すなわち、
Ｇ（Ｌ）＝Ｇ'（Ｌ）・Ｇ/Ｇ’ ・・・・（１３）
である。
Next, the limit value f2 of the analysis natural frequency obtained above is compared with the actually measured natural frequency at the time when the vibration test was performed, and the soundness when the deformation is assumed is evaluated.
At this time, in order to obtain the limit value f1 of the measured natural frequency of the vibration test level, the shear elasticity limit value G (L) of the vibration test level is obtained. That is, as shown in FIG. 6, the relationship between the design level shear stiffness G ′ and the vibration test level shear stiffness G is applied to the design level shear stiffness limit value G ′ (L), and the vibration test level shear stiffness limit. The value G (L) is calculated. That is,
G (L) = G ′ (L) · G / G ′ (13)
It is.
式（１３）により求めた振動試験レベルのせん断剛性限界値Ｇ（Ｌ）から地盤ばね定数を求め、この値を考慮した構造モデルから実測固有振動数ｆ１が算出される。以上の方法により求められた変状を考慮した限界の解析固有振動数ｆ２と実測固有振動数ｆ１を比較することにより、基礎構造物３の健全度が評価可能になる。 The ground spring constant is obtained from the shear stiffness limit value G (L) at the vibration test level obtained by the equation (13), and the actually measured natural frequency f1 is calculated from the structural model considering this value. The soundness of the substructure 3 can be evaluated by comparing the limit analysis natural frequency f2 in consideration of the deformation obtained by the above method and the measured natural frequency f1.
以上のように、第１の実施の形態の方法では、現状の基礎構造物３が安定計算を満足するか（健全か）が評価可能となるとともに、第２の実施の形態の方法では、変状を考慮し、限界値に関して、実測固有振動数と解析固有振動数を比較することにより基礎構造物３の健全度が評価可能である。 As described above, in the method of the first embodiment, it is possible to evaluate whether the current foundation structure 3 satisfies the stability calculation (health), and in the method of the second embodiment, the method is not changed. The soundness of the foundation structure 3 can be evaluated by comparing the measured natural frequency and the analyzed natural frequency with respect to the limit value.
尚、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の改変が可能であり、それらも、本発明の技術範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications are possible, and these are also included in the technical scope of the present invention.
１………上部構造物
３………基礎構造物
５………センサ部
７………地面
９………データ収録・解析システム
５１………速度計
1 ……… Superstructure 3 ………
Claims (6)
前記振動試験工程により得られた振動データから前記構造物の固有振動数を算定する固有振動数算定工程と、
前記固有振動数算定工程により算定した前記構造物の固有振動数を用いて地盤のせん断剛性の実測値を求める地盤せん断剛性算出工程と、
前記振動試験工程により得られた振動データから地盤のせん断ひずみを算出するせん断ひずみ算出工程と、
前記地盤せん断剛性実測値と前記せん断ひずみから、設計レベルの地盤せん断剛性値を求める設計レベル地盤せん断剛性算定工程と、
前記設計レベルの地盤せん断剛性値から求めた地盤ばねを考慮したモデルにより基礎構造物の健全度を評価する健全度評価工程と、を有することを特徴とする基礎構造物の健全度評価方法。 A vibration test process for artificially applying vibration to the structure and measuring vibration data from the vibration;
A natural frequency calculating step for calculating the natural frequency of the structure from vibration data obtained by the vibration test step;
A ground shear stiffness calculation step for obtaining an actual measurement value of the shear stiffness of the ground using the natural frequency of the structure calculated by the natural frequency calculation step;
A shear strain calculation step of calculating the shear strain of the ground from the vibration data obtained by the vibration test step;
A design level ground shear stiffness calculation step for obtaining a design level ground shear stiffness value from the ground shear stiffness measured value and the shear strain,
A soundness evaluation step for evaluating the soundness of the foundation structure using a model that takes into account the ground spring obtained from the ground shear stiffness value at the design level, and a soundness evaluation method for the foundation structure.
前記設計レベル限界地盤せん断剛性値算定工程により求めた前記設計レベルの限界地盤せん断剛性値を考慮した振動試験レベルの解析固有振動数と、前記固有振動数算定工程から求める固有振動数を比較することにより、基礎構造物の健全度を評価することを特徴とする請求項１記載の基礎構造物の健全度評価方法。 The soundness evaluation method has a design level limit board shear stiffness value calculation step for obtaining a design level limit ground shear stiffness value by a stable calculation using the design level ground shear stiffness value,
Comparing the analysis natural frequency of the vibration test level considering the limit ground shear stiffness value of the design level determined by the design level limit ground shear stiffness value calculation step and the natural frequency calculated from the natural frequency calculation step The soundness evaluation method for a substructure according to claim 1, wherein the soundness of the substructure is evaluated.
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