[論文レビュー] Performance Enhancement of Soil-Structure Systems Using a Controlled Rocking

Aria Fathi, S. Mohsen Haeri+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 2018

Geotechnical Engineering and Soil Stabilization参考文献 35被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、土-構造物系における耐震性能を向上させるために、浅基礎の制御された rocking を調査している。非線形有限要素解析を用いて、回転変形が入力地震エネルギーを顕著に散逸させることを示しており、特に軟らかい土壌において顕著である。これにより、高層建物の構造的損傷が軽減され、耐性が向上する。

ABSTRACT

Application of performance-based design (PBD) in earthquake geotechnical design codes has been gaining attention for the past decade. Strong vibrations (e.g., earthquake loading) may generate an uplift or a partial separation of shallow foundations from the underneath soil. To minimize the damage and keep the superstructure safe from the vibrations, a controlled rocking can be exploited. In this study, a finite element method is used to investigate the effect of nonlinear behavior of foundation geomaterial on the rocking behavior of soil-structure systems. To get a better insight about the rocking behavior of the soil-structure system, nonlinear elastic-perfectly plastic behavior is considered for the simulated geomaterial of the foundation. Next, a parametric study, using a wide range of geomaterials with different stiffness values, is conducted in accordance with high-rise structures with different configurations. The results indicate that a significant proportion of the input energy is dissipated by deploying rotational behavior of shallow foundations especially for the structures on softer geomaterials.

研究の動機と目的

• 浅基礎の制御された rocking を用いた土-構造物系の耐震性能向上を評価すること。
• 動的荷重下における基礎地盤材料の非線形挙動が rocking 応答に与える影響を調査すること。
• 回転基礎挙動を示す土-構造物系におけるエネルギー散逸メカニズムを定量化すること。
• 地盤材料の剛性の変動が高層構造物の動的応答に与える影響を評価すること。
• 制御された rocking 基礎を用いた性能ベース地震動設計のための設計インサイトを提供すること。

提案手法

• 非線形挙動を考慮した土-構造物相互作用をモデル化するために有限要素法（FEM）を採用した。
• 基礎地盤材料を非線形弾性-完全拡張性材料モデルでシミュレートした。
• 広範な地盤材料剛性値の範囲でパラメトリックスタディを実施した。
• 動的地震動荷重下における異なる配置の高層構造物を解析した。
• rocking 効果の評価のため、エネルギー散逸および基礎の浮上応答を追跡した。
• 性能向上の評価に、入力エネルギーと散逸エネルギーの比を用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 浅基礎の制御された rocking は、土-構造物系におけるエネルギー散逸にどのように影響するか？
• RQ2 地盤材料の剛性は、rocking 応答および耐震性能にどのような影響を及えるか？
• RQ3 地震動入力下で、基礎の浮上は構造的損傷をどの程度軽減するか？
• RQ4 土壌材料の非線形挙動は、システムの動的応答にどのように影響するか？
• RQ5 制御された rocking は、軟らかな土壌上において、上部構造への入力エネルギーを顕著に低減できるか？

主な発見

• 入力地震エネルギーの顕著な割合が、浅基礎の回転変形によって散逸される。
• エネルギー散逸は、軟らかい地盤材料上において最も効果的であり、rocking によって構造的要求が顕著に低減される。
• 制御された rocking 機構は、高層構造物における最大基底せん断力および階間変位を低減する。
• 基礎土壌における非線形材料挙動は、塑性変形および浮上を介してエネルギー散逸を増幅する。
• パラメトリック解析の結果、地盤材料の剛性が低い系において、基礎の rocking がより効果的であることが示された。
• 本研究は、性能ベース耐震設計において、制御された rocking が効果的な被動的エネルギー散逸メカニズムであることを確認した。