2次元有限要素法による地盤・杭・構造物系の地震応答解析における地盤の奥行き方向解析幅に関する一考察
地盤の非線形性、あるいは液状化を考慮した杭基礎・地盤・上部構造物系の地震応答解析が盛んに行われているが、2次元(有限要素法)解析と3次元解析の差異に関する議論はほとんどなされていない。2次元解析で問題になるのは、地盤の奥行き方向解析幅Tgをどのように定めるかである。一般にはフーチングの奥行き幅Tfが用いられているが、このことが杭の断面力応答にとって設計的に安全側の値となるのか、このことさえも明らかにされていない。本研究はこの問題に対する基礎的な検討を目的として、きわめて簡単な杭基礎・地盤・上部構造物系のモデルにおける地盤の奥行き方向解析幅Tgをパラメータとして、それがどの程度であれば、2次元解析の応答が3次元解析の結果に近くなるのか、数値シミュレーションを試みた。その結果、線形解析では慣用的に用いられている方法でも3次元解析結果と同等の結果が得られるものの、非線形解析では地盤の奥行き方向解析幅をフーチングの奥行き幅の2倍としたケースで3次元解析結果との一致度が高いことが分かった。しかし、有効応力解析の場合には3次元解析結果との一致度は低く、杭体に生ずる曲げモーメントを過大に評価する可能性があることが分かった。
Problems on Earthquake Response Analysis of Soil-Pile-Structure System Using Two-Dimensional Finite Element Method
With the advances in the analytical procedures, a two-dimensional finite element method taking into account nonlinear behavior of ground is frequently adopted in the analysis of the seismic response soil-pile-structure systems in recent years. Unfortunately, the differences between results obtained from two-dimensional analysis and those obtained from three-dimensional analysis remain to be clarified. In two-dimensional analysis, it is crucial to define the analytical width of the soil elements in the direction normal to the analytical plane. This is generally defined as being identical in length to the width of the footing in the direction normal to the analytical plane. However, there is little knowledge as to whether the results obtained from the two-dimensional analysis based on this assumption are overestimated or underestimated, compared with those obtained from the three-dimensional analysis. This paper discusses a parametric study executed to examine the appropriate width of soil elements in two-dimensional analysis by varying the width of soil elements in the two-dimensional analysis. Reasonable results were obtained from the analysis where the width adopted was identical to the length of the footing in the case that the ground behaves elastically, however it was not possible to identify the suitable width of soil elements in the analysis taking into account liquefaction of ground.
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