杭応答変位法オプション 操作編のサブセクション

概要

機能構成

RESP-D 杭応答変位法オプションでは、杭の応答変位法の検討が行えます。 上部構造の設計をRESP-Dで行っている場合には、上部構造のモデル入力や上部構造からの反力をスムーズに受け渡しできます。 上部構造の設計を別プログラムで行っている場合には、下部構造モデルの入力および下部構造設計用外力や軸力を直接入力すれば、杭応答変位法のみの検討で利用することも可能です。

項目RESP-Dで上部構造設計別プログラムで上部構造設計
杭断面入力要要
地層特性入力要要
使用材料入力要要
杭・地盤配置入力要要
杭軸力直接入力任意要
慣性力・地下震度直接入力任意要

入力操作手順

場所打ち杭断面の設定

場所打ち杭をメニューから選択し、入力します。 杭断面は現在のところ、RC杭、鋼管巻きRC杭、SRC杭（芯鉄骨）が選択できます。

最後の断面の区間長は入力できませんが、全長からほかの断面の区間長を差し引いた残りの長さになります。 拡底部は傾斜を考慮しない断面となります。



2段筋がある場合、配筋詳細で入力できます。
dtは主筋の芯位置までの距離を入力してください。

性能直接入力を行えば、断面性能を直接指定する事ができます。
性能直接入力は、空欄で省略した場合は自動計算値が参照されます。

既製杭断面の設定

既製杭をメニューから選択し、入力します。 現在のところ、三谷セキサンの杭のみ対応しています。

部材耐力の直接入力

※部材耐力の自動計算については弾塑性設定をご確認ください。

部材リストのタブに設定がございます。
ここでは、自動計算ではなく、杭（応答変位オプション）のタブにて杭の骨格曲線を直接入力することができます。
設計レベル：許容時/終局時から選択してください。
方向：慣性力及び地盤変位の加力方向を選択してください。
断面位置番号：杭の部材リストで定義した各杭を数字に置き換えて入力してください。 例えばP1のA断面であれば1、B断面であれば2と入力してください。
$M_{cr}$：第一折れ点（ひび割れ）の曲げモーメント
$\phi_{cr}$：第一折れ点（ひび割れ）の曲率
$M_y$：第二折れ点（降伏）の曲げモーメント
$\phi_{y}$：第二折れ点（降伏）の曲率
$M_u$：第三折れ点（破壊）の曲げモーメント
$\phi_{u}$：第三折れ点（破壊）の曲率
$a_u$：第三折れ点より後の初期剛性に対する剛性低下率　※テトラリニアでモデル化する場合に設定します。

使用材料の設定

使用材料は、荷重・材料 -> 使用材料 -> その他　から入力できます。 コンクリートFcは、杭断面リストから符号ごとに個別指定することもできます。

鉄筋の径 - 強度関係を上部構造と杭で変えなくてはいけない場合には注意が必要です。 RESP-Dでは鉄筋材料を径ごとに指定できます。上部構造と下部構造で、同じ径の鉄筋を異なる強度で用いる場合には、たとえば上部構造用のD38に対し、下部構造用にPD38 のような径を定義して、その材料を杭用の材料とし杭断面に用いる設定が必要になります。 鉄筋径による材料指定の詳細についてはこちらをご参照ください。

水平地盤特性の設定

水平地盤特性を設定します。


画面左上のNo.1と記載されたタブを右クリックするとボーリングデータの追加・削除・番号の変更を行うことができます。
杭の部材プロパティにてどのボーリングデータを適用させるかを選択することができます。

設計GLから地表面の距離は杭頭位置の指定と関連し、以下のように解釈されます。

地下水位は地表面からの距離で指定します。
杭計算条件で地下水位を考慮するにチェックを入れた場合入力が有効となります。
解析モデル上分割された地層において地下水位が存在する地層以下の地層の単位体積重量に対して地下水位の影響を考慮して上載圧を計算します。

群杭係数

  • $\zeta$：水平地盤反力係数で考慮される群杭係数です。
  • $\kappa$：塑性水平地盤反力の群杭の影響を考慮した係数です。（砂質土）
  • $\mu$：塑性水平地盤反力の群杭の影響を考慮した係数です。（粘性土）
  • $\lambda$：塑性水平地盤反力の群杭の影響を考慮した係数です。（粘性土）

  • 下面深度(m)：地表面からの深度を入力してください。
    なお、上載圧は地表面より下の地盤を考慮して計算されます。
    ※例えば地下階が存在して基礎底を地表面として入力した場合地下階の部分は上載圧として考慮されません。
  • 指定タイプ：E0直接入力もしくはE0=700Nから選択します。
  • $\alpha$：水平地盤反力係数を求める際に使用されます。
  • N値：塑性水平地盤反力の内部摩擦角(→受動土圧係数を算定する際に使用)算定及びE0=700Nと指定した場合はE0の算定に使用されます。
  • E0：E0=700Nと指定した場合水平地盤反力係数の算定に使用されます。
  • $\gamma$：塑性水平地盤反力の有効上載圧算定に使用されます。
  • $Vs$：Francisのばねを算定するために使用されます。薄層要素Opでも使用されます。詳細は薄層要素法Opマニュアルをご確認ください。
  • $\nu$：Francisのばねを算定するために使用されます。薄層要素Opでも使用されます。詳細は薄層要素法Opマニュアルをご確認ください。
  • 土質：砂質土・粘性土から選択します。塑性水平地盤反力を算定する際に使用します。Pyで頭打ちにしない場合はPyは設定しないを選択します。
  • $Cu$：非排水せん断強度です。土質において粘性土を選択した場合に塑性水平地盤反力を算定する際に使用します。
  • 剛性係数：水平地盤反力係数の$Ck$です。詳しくは地盤ばね値をご確認ください。
  • 剛性係数（地盤変位）：数式上はCkと同じですが、単純和やSRSSを実施する際に地盤変位用と慣性力用で剛性を変更したい際に使用します。本係数は、地盤変位の解析モデルで採用されます。
  • 耐力係数：塑性水平地盤反力の$Cs$です。詳しくは塑性水平地盤反力をご確認ください。

杭配置設定

杭配置を行います。 配置は伏図画面上からの入力と、表形式のダイアログからの入力が行えます。


杭位置ごとの個別設定

杭位置ごとに以下が個別指定できます。

  • 杭符号
  • 本数
  • 地盤ばねタイプ（ボーリングNo.）
  • 基礎重量
  • 杭長個別指定
  • 通り芯から杭心までの偏心距離
  • 杭頭位置個別指定

また、伏図上でプロパティウィンドウからパラメータを設定することも可能です。



杭軸力の設定

各解析ケースごとに軸力を設定できます。
左上の「解析結果の読み込み」ボタンから解析結果を読み込むことも可能です。
実際に杭に考慮される軸力は、ここでの設定値に対して基礎重量を加算した軸力を採用します。

杭頭付加モーメントの設定

各ケースごとに杭頭付加モーメントを設定できます。 設定した付加モーメントは、杭頭に作用させます。

  • 基礎梁の設計には採用しません。
  • 杭応答変位法オプションの設定項目です。RESP-Dの杭一体解析では考慮されません。

左上の「解析結果の読み込み」ボタンから解析結果を読み込むことも可能です。以下の数値を読み込みます。

  • 各支点の支点反力（支点をばねまたは固定にしている場合）
  • 免震部材の付加モーメント（免震設計条件で付加曲げ計算用変位を入力している場合）

地盤変位の入力

応答変位法を行う場合は地盤変位を設定します。 地盤変位はレベル1,レベル2でそれぞれ設定できます。
地表面からの深度を入力してください。

計算条件

計算条件を設定します。

共通

  • 杭の設計計算
  • 地盤ばね特性の入力方法
    応答変位Opでは地盤特性で入力するのみに対応しています。
  • 採用軸力
    　解析結果軸力を採用

　直接入力値を採用
　杭軸力の設定にて入力された値を参照します。
　OTM低減係数を考慮することができます。

  • 杭・地盤の非線形性
    　杭体・地盤ばねの線形・非線形の切り変えを行うことができます。

  • 杭のコンクリート強度
    ・掘削時に水もしくは泥水を使用する
    　チェックを入れない場合、告示　平13国交告第1113号　第8 一号　(1)が採用されます。チェックを入れた場合(2)が採用されます。
    ・終局時1.0×Fcとする
    　チェックを入れると、杭としての低減をかけずに終局の強度（曲げ・せん断ともに）を計算します。

  • モデル配置等
    ・1FL構造芯から設計GLまでの距離(mm)
    ・構造芯から杭頭の距離デフォルト(mm)
    　設定した長さは剛域となります。この長さは、杭のプロパティにおいて杭ごとに設定することも可能です。特に杭ごとに設定を行わない場合はこちらで設定した値が採用されます。

  • 杭体解析モデルの分割ピッチ

  • 設計用水平力・応答変位の考慮設定

  • 建物最下層の地下震度 　RESPにおける基礎重量に対して入力値が乗じられて基礎部の慣性力となります。 　直接入力しない場合は地震荷重の載荷層のkが用いられます。

分離モデル条件1（オプション）

  • 杭解析用モデルの選択
    ・単杭モデル
    ・群杭フレームモデル
    基礎梁剛性を考慮した場合、杭の曲げ戻しにより基礎梁を介して発生する変動軸力が自動的に考慮されます。

  • 杭体非線形モデル化方法
    ・M-φモデル
    ・Fiberモデル

  • 地盤ばねのモデル化方法
    ・慣性力（同時加力）
    　基礎指針もしくはFrancisのばねより選択します。
    ・応答変位
    　基礎指針もしくはFrancisのばねより選択します。

  • 応力の重ね合わせ
    同時加力・単純和・SSRより選択します。

  • 杭頭の条件
    　杭解析用モデルの選択にて単杭モデルを選択した場合選択可能です。
    　群杭フレームモデルを選択した場合自動的に杭頭回転固定となります。
    　杭頭回転自由　
    　杭頭回転固定
    　つなぎ梁による拘束

  • 杭先端の条件 　ピンもしくは水平ローラーから選択することができます。

  • 杭に対する慣性力の直接入力
    　慣性力を直接入力するにチェックを入れた場合入力した慣性力が剛床代表節点に加力されます。
    　チェックを入れていない場合（直接入力しない場合）

  • 地下水位
    地下水位を考慮した場合、地盤ばね耐力計算時の上載圧計算時の地盤の単位体積重量を浮力を考慮して計算します。
    設計水位の設定は水平地盤特性の設定で行います。

  • 軸力考慮方法
    ・検定時にのみ用いる：
    　軸力を外力としては与えず、M-N相関図上の応力プロットとして指定した軸力が採用されることとなります。
    ・支点反力履歴を増分する
    　上部構造の弾塑性解析を実施している場合はより精緻な支点反力履歴による増分として各ステップの変動軸力を与えますが、上部構造の弾塑性解析を実施していない場合は直接入力した軸力による線形増分として各ステップの変動軸力を与えます。応答変位Opで許容応力度検定を実行した場合、静的増分解析条件において設定したL.F=1までの支点反力、終局検定を実行した場合は終局検定にチェックを入れたL.Fまでの支点反力を用います。

  • 軸力低減係数（レベル1,2は変動成分）
    　長期　直接入力の軸力もしくは上部構造の鉛直荷重時解析の支点反力に対して倍率をかける場合に入力します。
    　レベル1　直接入力の軸力もしくは上部構造の水平荷重時解析（弾性もしくは弾塑性）の支点反力に対して倍率をかける場合に入力します。
    　レベル2　直接入力の軸力もしくは上部構造の水平荷重時解析（弾性もしくは弾塑性）の支点反力に対して倍率をかける場合に入力します。

  • 上下動
    上下動係数は、曲げ-軸力相関における検定時に考慮します。

  • 位相の影響を考慮した検討
    位相の影響を考慮した検討は、設定した低減率αに対して以下の組み合わせケースを検討します。

    上部慣性力地下慣性力応答変位
    11.0倍α倍α倍
    2α倍1.0倍1.0倍
    31.0倍-α倍-α倍
    4α倍-1.0倍-1.0倍

  • 偏心モーメント
    偏心モーメントを杭で受けるにチェックを入れた場合

  • 場所打ち杭検定条件
    ・せん断耐力式
    ・曲げ終局耐力計算時のコンクリートの応力-歪み関係
    ・鋼管場所打ちコンクリート杭
    　許容曲げモーメント計算方br»

  • 基礎梁長期応力の取り扱い
    ・初期応力として考慮する
    　上部構造をモデル化しており、上部の長期の応力を応答変位法の基礎梁の応力に足し合わせます。
    ・応力再配分させる
    　上部構造の長期のCMQ荷重の端部モーメントを杭や周辺の梁に再分配します。
    　基礎梁が十分剛ではなく、杭にも上部構造からの応力を負担させる場合に用います。
    ・考慮しない

  • 基礎梁設計応力の考慮
    ・解析結果応力を用いる
    　上部構造をモデル化しており、上部の設計応力を応答変位法の基礎梁検定応力に考慮します。上部構造の解析が行われている必要があります。
    ・考慮しない

  • 結果出力設定
    地盤ばね反力履歴の出力にチェックを入れた場合、出力深度範囲に指定した範囲内の地盤ばねの荷重変形関係履歴をCSVファイルとして出力します。解析結果フォルダに All_SoilReaction_Pile{杭記号}.csv というファイル名で出力されます。

計算実行

杭オプション計算実行

実行にあたっては、以下の手順が必要です。

  1. RESP-Dの「計算実行」で必要な計算を実行する
  2. RESP-Dのツール → 外部ツール から杭応答変位法オプションを実行する

1において実行が必要な計算は計算条件の設定によります。 慣性力や軸力を自動設定するようにしている場合には、RESP-Dの計算は終局検定まで実行する必要があります。 慣性力や軸力を直接入力している場合には、RESP-Dの計算は準備計算まで実行する必要があります。

慣性力や軸力を自動設定としている場合

慣性力や軸力を直接入力としている場合

メイン画面は以下のようになります。 計算実行すると計算が開始されます。



断面選定機能

NGが出た場合、おおよその満足できる配筋量を表示できます。 ただし、配筋を変えると応力も変わるため、確実にOKになる保証はない点に注意がｄ必要です。

計算結果

結果の確認

計算結果を画面から確認します。 分布図、MN相関図、フレーム形式応力図、応力・検定値のテーブル形式まとめ表が表示できます。


結果ファイル出力

CSV出力, Word出力が行えます。

CSV出力

出力項目は以下になります。

  • 慣性力分配

    • 水平力(kN)

  • 地盤ばね値

    • Kh0(kN/m) … 解析上の初期剛性。（弾性:kh0×層厚×杭径、弾塑性:3.16×kh0×層厚×杭径）
    • Py(kN)
    • 支配厚(m)
    • 杭径(m)
    • 上載圧(kN/m^2)
    • α
    • E0(kN/m^2)
    • ν
    • Vs(m/s)
    • ρ(t/m^3)
    • ξ
    • κ
    • Kp

  • 杭骨格曲線

    • E(kN/m2)
    • A(m2)
    • I(m4)
    • M1(kNm)
    • α1
    • M2(kNm)
    • α2

  • 杭解析結果応力

    • M(kN・m)
    • Q(kN)
    • 変位(m)
    • 回転角(rad)

  • 地盤変位

    • 地盤変位(mm)

  • 地盤ばね反力

    • 地盤ばね変位(mm)
    • 地盤ばね反力(kN)

  • 基礎梁応力

    • 始端M(kNm)
    • 終端M(kNm)
    • 始端Q(kN)
    • 終端Q(kN)

出力例

Word出力

Word出力では、出力するケースおよび杭位置が選択可能です。

出力例