JPH05339931A - 杭基礎の支持力解析方法およびその装置 - Google Patents
杭基礎の支持力解析方法およびその装置Info
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- JPH05339931A JPH05339931A JP14426192A JP14426192A JPH05339931A JP H05339931 A JPH05339931 A JP H05339931A JP 14426192 A JP14426192 A JP 14426192A JP 14426192 A JP14426192 A JP 14426192A JP H05339931 A JPH05339931 A JP H05339931A
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- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】静的載荷試験を行うことなく、杭が打設される
地盤の地盤パラメータである地盤の粘性減衰係数Ｃおよ
び地盤のバネ定数ＫD を一義的に定め、これにより地盤
の支持力も一義的に定めることができる杭基礎の支持力
解析方法およびその装置を提供する。 【構成】杭の加速度、歪に加え、従来計測されていなか
った変位を計測する。
地盤の地盤パラメータである地盤の粘性減衰係数Ｃおよ
び地盤のバネ定数ＫD を一義的に定め、これにより地盤
の支持力も一義的に定めることができる杭基礎の支持力
解析方法およびその装置を提供する。 【構成】杭の加速度、歪に加え、従来計測されていなか
った変位を計測する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、杭基礎の支持力解析方
法およびその装置に関する。
法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】構造物を建設する際に、建設地点の地盤
の支持力が不足している場合などに地盤の支持力を補う
ため杭を打設することがある。杭の支持力を求める１つ
の方法として、杭に静的な荷重が載荷された場合に発揮
される支持力を杭の支持力とする静的載荷試験方法があ
る。また、他の方法の１つとして波動理論を用いた方法
がある。この波動理論を用いた支持力測定方法とは、杭
を打撃することにより発生する加速度および歪を計測し
て実測波形を得た後、図６に示すような、杭１０が地盤
１１に打設される際の摩擦抵抗を地盤の粘性減衰係数
Ｃ、杭１０が地盤１１に打設される際の抵抗力を地盤の
支持力Ｒとする杭１０と地盤１１のモデルを用い、図７
に示すように、打設されることによる杭１０の変位をＬ
とし、この際の地盤１１の支持力Ｒの変位Ｌに対する増
加率を、過去の実験等で求めた地盤のバネ定数ＫD と
し、杭１０の変位Ｌが増加しても地盤１１の支持力Ｒが
一定となる杭１０の変位を弾性限界変位ｑu として、ト
ライ・アンド・エラーにより、地盤のモデルのパラメー
タである地盤の粘性減衰係数Ｃおよび杭の弾性限界変位
ｑu を種々に変化させて数値計算を行い、その結果得ら
れた計算波形が実測波形と最も一致した際の地盤パラメ
ータを用いて支持力を算定する方法である。
の支持力が不足している場合などに地盤の支持力を補う
ため杭を打設することがある。杭の支持力を求める１つ
の方法として、杭に静的な荷重が載荷された場合に発揮
される支持力を杭の支持力とする静的載荷試験方法があ
る。また、他の方法の１つとして波動理論を用いた方法
がある。この波動理論を用いた支持力測定方法とは、杭
を打撃することにより発生する加速度および歪を計測し
て実測波形を得た後、図６に示すような、杭１０が地盤
１１に打設される際の摩擦抵抗を地盤の粘性減衰係数
Ｃ、杭１０が地盤１１に打設される際の抵抗力を地盤の
支持力Ｒとする杭１０と地盤１１のモデルを用い、図７
に示すように、打設されることによる杭１０の変位をＬ
とし、この際の地盤１１の支持力Ｒの変位Ｌに対する増
加率を、過去の実験等で求めた地盤のバネ定数ＫD と
し、杭１０の変位Ｌが増加しても地盤１１の支持力Ｒが
一定となる杭１０の変位を弾性限界変位ｑu として、ト
ライ・アンド・エラーにより、地盤のモデルのパラメー
タである地盤の粘性減衰係数Ｃおよび杭の弾性限界変位
ｑu を種々に変化させて数値計算を行い、その結果得ら
れた計算波形が実測波形と最も一致した際の地盤パラメ
ータを用いて支持力を算定する方法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術のう
ち、静的載荷試験方法は、杭に荷重を載荷するために多
大の工期および費用がかかるという問題がある。一方波
動理論を用いた杭の支持力測定方法を採用すると、杭を
打設する際にデータを得ることができるため、静的載荷
試験方法と比べ工期や費用の点では有利である。しかし
この波動理論を用いる方法では、解析者の判断によって
地盤パラメータが定められることになるが、地盤パラメ
ータは一義的に定められるものではなく、実測波形に計
算波形を一致させ得る地盤パラメータの組み合わせは多
数存在し、このため同じ実測波形を用いても解析者が異
なると、図８に示すように杭の弾性限界変位ｑu がｑu
（１）、ｑu （２）のように異なって設定され、算定さ
れる地盤の支持力Ｒ1 、Ｒ2 も異なってしまうことが考
えられ、算定される地盤の支持力の客観性が疑わしいと
いう問題がある。
ち、静的載荷試験方法は、杭に荷重を載荷するために多
大の工期および費用がかかるという問題がある。一方波
動理論を用いた杭の支持力測定方法を採用すると、杭を
打設する際にデータを得ることができるため、静的載荷
試験方法と比べ工期や費用の点では有利である。しかし
この波動理論を用いる方法では、解析者の判断によって
地盤パラメータが定められることになるが、地盤パラメ
ータは一義的に定められるものではなく、実測波形に計
算波形を一致させ得る地盤パラメータの組み合わせは多
数存在し、このため同じ実測波形を用いても解析者が異
なると、図８に示すように杭の弾性限界変位ｑu がｑu
（１）、ｑu （２）のように異なって設定され、算定さ
れる地盤の支持力Ｒ1 、Ｒ2 も異なってしまうことが考
えられ、算定される地盤の支持力の客観性が疑わしいと
いう問題がある。
【０００４】本発明は、上記事情に鑑み、静的載荷試験
を行うことなく、杭が打設される地盤の地盤パラメータ
である地盤の粘性減衰係数Ｃおよび地盤のバネ定数ＫD
を一義的に定め、これにより地盤の支持力も一義的に定
めることができる杭基礎の支持力解析方法およびその装
置を提供することを目的とする。
を行うことなく、杭が打設される地盤の地盤パラメータ
である地盤の粘性減衰係数Ｃおよび地盤のバネ定数ＫD
を一義的に定め、これにより地盤の支持力も一義的に定
めることができる杭基礎の支持力解析方法およびその装
置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の杭基礎の支持力解析方法は、杭を所定の打撃
荷重Ｐ（ｔ）を持って打撃し、杭の一打撃ごとに杭の加
速度ａ、歪ε、および変位ｙを計測し、杭が打撃される
際の杭の速度をｖ、杭の質量をＭ、杭が打設される地盤
の粘性減衰係数をＣ、地盤のバネ定数をＫD としたとき
に、式 Ｍ・ａ＋Ｃ・ｖ＋ＫD ・ｙ＝Ｐ（ｔ） を用い、かつ歪εと変位ｙの周期に基づいて地盤の粘性
減衰係数Ｃおよび地盤のバネ定数ＫD を求め、該バネ定
数ＫD に、杭の所定の弾性限界変位を掛けることにより
杭の支持力を求めることを特徴とするものである。
の本発明の杭基礎の支持力解析方法は、杭を所定の打撃
荷重Ｐ（ｔ）を持って打撃し、杭の一打撃ごとに杭の加
速度ａ、歪ε、および変位ｙを計測し、杭が打撃される
際の杭の速度をｖ、杭の質量をＭ、杭が打設される地盤
の粘性減衰係数をＣ、地盤のバネ定数をＫD としたとき
に、式 Ｍ・ａ＋Ｃ・ｖ＋ＫD ・ｙ＝Ｐ（ｔ） を用い、かつ歪εと変位ｙの周期に基づいて地盤の粘性
減衰係数Ｃおよび地盤のバネ定数ＫD を求め、該バネ定
数ＫD に、杭の所定の弾性限界変位を掛けることにより
杭の支持力を求めることを特徴とするものである。
【０００６】またこの方法を行うための本発明の杭基礎
の支持力解析装置は、所定の打撃荷重Ｐ（ｔ）を持って
打撃された杭の加速度ａ、歪ε、および変位ｙをそれぞ
れ計測する加速度計、歪計、および変位計と、杭が打撃
された際の杭の速度をｖ、杭の質量をＭ、該杭が打設さ
れた地盤の粘性減衰係数をＣ、地盤のバネ定数をＫD と
したときに、式 Ｍ・ａ＋Ｃ・ｖ＋ＫD ・ｙ＝Ｐ（ｔ） を用い、かつ歪εと変位ｙの周期に基づいて地盤の粘性
減衰係数Ｃおよび地盤のバネ定数ＫD を求める解析器と
を備えたことを特徴とするものである。
の支持力解析装置は、所定の打撃荷重Ｐ（ｔ）を持って
打撃された杭の加速度ａ、歪ε、および変位ｙをそれぞ
れ計測する加速度計、歪計、および変位計と、杭が打撃
された際の杭の速度をｖ、杭の質量をＭ、該杭が打設さ
れた地盤の粘性減衰係数をＣ、地盤のバネ定数をＫD と
したときに、式 Ｍ・ａ＋Ｃ・ｖ＋ＫD ・ｙ＝Ｐ（ｔ） を用い、かつ歪εと変位ｙの周期に基づいて地盤の粘性
減衰係数Ｃおよび地盤のバネ定数ＫD を求める解析器と
を備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
【作用】本発明の杭基礎の支持力解析方法およびその装
置は、杭の加速度、歪に加え、従来計測されていなかっ
た変位を計測するため、杭が打設される地盤パラメータ
である地盤の粘性減衰係数Ｃおよび地盤のバネ定数ＫD
を一義的に決定することができる。さらに、例えば過去
の実験等で求められた杭の所定の弾性限界変位をバネ定
数ＫD に掛けることにより、地盤の支持力も一義的に定
められる。
置は、杭の加速度、歪に加え、従来計測されていなかっ
た変位を計測するため、杭が打設される地盤パラメータ
である地盤の粘性減衰係数Ｃおよび地盤のバネ定数ＫD
を一義的に決定することができる。さらに、例えば過去
の実験等で求められた杭の所定の弾性限界変位をバネ定
数ＫD に掛けることにより、地盤の支持力も一義的に定
められる。
【０００８】
【実施例】図１は、杭基礎の支持力解析装置に係る一例
を示す図である。打撃荷重Ｐ（ｔ）を持って杭４が地盤
５に打設される。この杭４には、加速度計１、歪計２、
および変位計測用ターゲット３ａが取り付けられてい
る。これら加速度計１により加速度ａが計測され、歪計
２により歪εが計測され、光学式変位計３ｂにより変位
計測用ターゲット３ａの変位ｙが計測される。加速度計
１、歪計２、および光学式変位計３ｂは解析器（図示せ
ず）に接続されていて、杭４の加速度ａ、歪ε、および
変位ｙを解析することにより、地盤パラメータである地
盤の粘性減衰係数Ｃおよび地盤のバネ定数ＫD が定めら
れる。以下にその手法を示す。ここに、杭４が打撃され
る際の杭４の速度をｖ、杭４の質量をＭとする。
を示す図である。打撃荷重Ｐ（ｔ）を持って杭４が地盤
５に打設される。この杭４には、加速度計１、歪計２、
および変位計測用ターゲット３ａが取り付けられてい
る。これら加速度計１により加速度ａが計測され、歪計
２により歪εが計測され、光学式変位計３ｂにより変位
計測用ターゲット３ａの変位ｙが計測される。加速度計
１、歪計２、および光学式変位計３ｂは解析器（図示せ
ず）に接続されていて、杭４の加速度ａ、歪ε、および
変位ｙを解析することにより、地盤パラメータである地
盤の粘性減衰係数Ｃおよび地盤のバネ定数ＫD が定めら
れる。以下にその手法を示す。ここに、杭４が打撃され
る際の杭４の速度をｖ、杭４の質量をＭとする。
【０００９】杭４が打設される際の運動方程式は、 Ｍ・ａ＋Ｃ・ｖ＋ＫD ・ｙ＝Ｐ（ｔ） −−−−（１） で与えられる。（１）を変形して ａ＋２・ｈ・ｎ・ｖ＋ｎ2 ・ｙ＝Ｐ（ｙ）／Ｍ −−（２） ここに、ｎ2 ＝ＫD ／Ｍ，Ｃ＝２・Ｍ・ｈ・ｎであり、 ｎ：杭４の固有円振動数、ｈ：杭４の減衰定数である。
【００１０】図２に示すように、杭４が打撃される際の
杭４の変位ｙ（実線で示す）をサイン波（点線で示す）
で表せるものとする。変位ｙの波形の最初の谷（または
山）の最大値（絶対値）をｙrmax、変位ｙの波形の次の
山（または谷）の最大値（絶対値）をｙr2とすると、対
数減衰率により式（２）の減衰定数ｈは、 ｈ＝ｌｏｇe （ｙrmax／ｙr2）／π −−−−（３） π：円周率 となる。
杭４の変位ｙ（実線で示す）をサイン波（点線で示す）
で表せるものとする。変位ｙの波形の最初の谷（または
山）の最大値（絶対値）をｙrmax、変位ｙの波形の次の
山（または谷）の最大値（絶対値）をｙr2とすると、対
数減衰率により式（２）の減衰定数ｈは、 ｈ＝ｌｏｇe （ｙrmax／ｙr2）／π −−−−（３） π：円周率 となる。
【００１１】また、杭４が打撃される際の杭４に発生す
る歪εに杭４の弾性係数を乗じることにより得られる、
杭４に生じる応力の波形が図３に示すように表せるもの
とする。式（２）の固有円振動数ｎと減衰定数ｈとの間
には、 ｎD ＝ｎ・（１−ｈ2 ）1/2 −−−−（４） ｎD ：減衰固有円振動数 という関係式がある。
る歪εに杭４の弾性係数を乗じることにより得られる、
杭４に生じる応力の波形が図３に示すように表せるもの
とする。式（２）の固有円振動数ｎと減衰定数ｈとの間
には、 ｎD ＝ｎ・（１−ｈ2 ）1/2 −−−−（４） ｎD ：減衰固有円振動数 という関係式がある。
【００１２】ここに、図２に示すように、杭４に変位が
発生してから最初に変位が０になるまでの時間をｔr と
し、図３に示すように、杭４に応力が発生してから最初
に応力が０になるまでの時間をｔ。とすると、杭４の減
衰固有円振動数ｎD は、実験的に ｎD ＝２π／（２ｔr −ｔ。） −−−−（５） と表されることが知られている。
発生してから最初に変位が０になるまでの時間をｔr と
し、図３に示すように、杭４に応力が発生してから最初
に応力が０になるまでの時間をｔ。とすると、杭４の減
衰固有円振動数ｎD は、実験的に ｎD ＝２π／（２ｔr −ｔ。） −−−−（５） と表されることが知られている。
【００１３】図４は、実際に杭４を打撃した際に発生し
た変位波形の図、図５は、実際に杭４を打撃した際に発
生した応力波形の図である。減衰定数ｈは式（３）より ｈ＝ｌｏｇe （１５．９／２．７）／π ＝０．５６４ 減衰固有円振動数ｎD は式（５）より ｎD ＝２π／（２×２２−２８．６） ＝０．４０８ ［ｒａｄ／ｍｓ］ 固有円振動数ｎは式（４）より ｎ＝０．４０８／（１−０．５６４2 ）1/2 ＝０．４９４ ［ｒａｄ／ｍｓ］ 杭４の質量Ｍは、杭４の断面積が０．０３［ｍ2 ］、杭
４の長さが３６［ｍ］、杭４は鋼材でありその単位体積
重量は７８５０［ｋｇｆ／ｍ3 ］であるから Ｍ＝０．０３×３６×７８５０／９．８ ＝８６５．１ ［ｋｇ］ 地盤の粘性減衰係数Ｃは、 Ｃ＝２・Ｍ・ｈ・ｎ ＝２×８６５．１×０．５６４×０．４９４ ＝４８２．１ ［ｋｇ／ｍｓ］ 地盤のバネ定数ＫD は、式（４）およびｎ2 ＝ＫD ／Ｍ
より ＫD ＝Ｍ・ｎD 2／（１−ｈ2 ） ＝８６５．１×０．４０８2 ／（１−０．５６４2 ） ＝２１１．２ ［ｋｇ／ｍｓ2 ］ と求められる。以上のようにして、地盤の粘性減衰係数
Ｃおよび地盤のバネ定数ＫD が一義的に決定される。こ
のバネ定数ＫD に過去の実験等により求められた杭の弾
性限界変位を掛け算することにより、地盤の支持力が一
義的に定められる。
た変位波形の図、図５は、実際に杭４を打撃した際に発
生した応力波形の図である。減衰定数ｈは式（３）より ｈ＝ｌｏｇe （１５．９／２．７）／π ＝０．５６４ 減衰固有円振動数ｎD は式（５）より ｎD ＝２π／（２×２２−２８．６） ＝０．４０８ ［ｒａｄ／ｍｓ］ 固有円振動数ｎは式（４）より ｎ＝０．４０８／（１−０．５６４2 ）1/2 ＝０．４９４ ［ｒａｄ／ｍｓ］ 杭４の質量Ｍは、杭４の断面積が０．０３［ｍ2 ］、杭
４の長さが３６［ｍ］、杭４は鋼材でありその単位体積
重量は７８５０［ｋｇｆ／ｍ3 ］であるから Ｍ＝０．０３×３６×７８５０／９．８ ＝８６５．１ ［ｋｇ］ 地盤の粘性減衰係数Ｃは、 Ｃ＝２・Ｍ・ｈ・ｎ ＝２×８６５．１×０．５６４×０．４９４ ＝４８２．１ ［ｋｇ／ｍｓ］ 地盤のバネ定数ＫD は、式（４）およびｎ2 ＝ＫD ／Ｍ
より ＫD ＝Ｍ・ｎD 2／（１−ｈ2 ） ＝８６５．１×０．４０８2 ／（１−０．５６４2 ） ＝２１１．２ ［ｋｇ／ｍｓ2 ］ と求められる。以上のようにして、地盤の粘性減衰係数
Ｃおよび地盤のバネ定数ＫD が一義的に決定される。こ
のバネ定数ＫD に過去の実験等により求められた杭の弾
性限界変位を掛け算することにより、地盤の支持力が一
義的に定められる。
【００１４】ここに、上記減衰固有円振動数ｎD は式
（５）で表せるものとしたが、減衰固有円振動数ｎD を
求めるに際し他の実験式あるいは理論式を採用してもよ
い。
（５）で表せるものとしたが、減衰固有円振動数ｎD を
求めるに際し他の実験式あるいは理論式を採用してもよ
い。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の杭基礎の
支持力解析方法およびその装置は、杭の加速度、歪に加
え変位を計測するものであるため、静的載荷試験を行う
ことなく、杭が打設される地盤パラメータである地盤の
粘性減衰係数および地盤のバネ定数を一義的に決定する
ことができる。これにより解析者が異なった場合におい
ても、算定される地盤の支持力が一義的に求められ、し
たがって客観性が担保される。また地盤パラメータを求
めるために必要な時間も短縮される。
支持力解析方法およびその装置は、杭の加速度、歪に加
え変位を計測するものであるため、静的載荷試験を行う
ことなく、杭が打設される地盤パラメータである地盤の
粘性減衰係数および地盤のバネ定数を一義的に決定する
ことができる。これにより解析者が異なった場合におい
ても、算定される地盤の支持力が一義的に求められ、し
たがって客観性が担保される。また地盤パラメータを求
めるために必要な時間も短縮される。
【図１】本発明の杭基礎の支持力解析方法およびその装
置の一実施例の図である。
置の一実施例の図である。
【図２】打撃される杭の変位の波形をサイン波で表した
図である。
図である。
【図３】打撃される杭の応力の波形を仮定した図であ
る。
る。
【図４】杭を実際に打撃した際の変位の波形の図であ
る。
る。
【図５】杭を実際に打撃した際の応力の波形の図であ
る。
る。
【図６】地盤と杭のモデル図である。
【図７】地盤の支持力と杭の変位の関係を表す図であ
る。
る。
【図８】従来の杭の支持力解析方法を示す図である。
１ 加速度計 ２ 歪計 ３ 変位計 ４ 杭 ５ 地盤
Claims (2)
- 【請求項１】 杭を所定の打撃荷重Ｐ（ｔ）を持って打
撃し、 該杭の各打撃ごとに該杭の加速度ａ、歪ε、および変位
ｙを計測し、 該杭が打撃される際の該杭の速度をｖ、該杭の質量を
Ｍ、該杭が打設される地盤の粘性減衰係数をＣ、該地盤
のバネ定数をＫD としたときに、式 Ｍ・ａ＋Ｃ・ｖ＋ＫD ・ｙ＝Ｐ（ｔ） を用い、かつ前記歪εと前記変位ｙの周期に基づいて前
記地盤の粘性減衰係数Ｃおよび該地盤のバネ定数ＫD を
求め、 該バネ定数ＫD に、前記杭の所定の弾性限界変位を掛け
ることにより前記杭の支持力を求めることを特徴とする
杭基礎の支持力解析方法。 - 【請求項２】 所定の打撃荷重Ｐ（ｔ）を持って打撃さ
れた該杭の加速度ａ、歪ε、および変位ｙをそれぞれ計
測する加速度計、歪計、および変位計と、 前記杭が打撃された際の該杭の速度をｖ、前記杭の質量
をＭ、前記杭が打設された地盤の粘性減衰係数をＣ、該
地盤のバネ定数をＫD としたときに、式 Ｍ・ａ＋Ｃ・ｖ＋ＫD ・ｙ＝Ｐ（ｔ） を用い、かつ前記歪εと前記変位ｙの周期に基づいて前
記地盤の粘性減衰係数Ｃおよび該地盤のバネ定数ＫD を
求める解析器とを備えたことを特徴とする杭基礎の支持
力解析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14426192A JPH05339931A (ja) | 1992-06-04 | 1992-06-04 | 杭基礎の支持力解析方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14426192A JPH05339931A (ja) | 1992-06-04 | 1992-06-04 | 杭基礎の支持力解析方法およびその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05339931A true JPH05339931A (ja) | 1993-12-21 |
Family
ID=15357983
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14426192A Withdrawn JPH05339931A (ja) | 1992-06-04 | 1992-06-04 | 杭基礎の支持力解析方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05339931A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1992
- 1992-06-04 JP JP14426192A patent/JPH05339931A/ja not_active Withdrawn
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