制度:新 ; 文部省報告番号:乙1878号 ; 学位の種類:博士(工学) ; 授与年月日:2004/3/4 ; 早大学位記番号:新380

熊谷 俊雄

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早稲田大学院理工学研究科博　士　論　文　概　要論　文　題　目壁体温度変動も考慮した大規模円形自立山留め架構の挙動解析方法に関する研究（Analysis Method of Behavior of Circular-shape Cantilever EarthRetaining Structure Affected by Wall Temperature Variations)申　請　者熊谷　俊雄Toshio 　 Kumagai2003年 11月建 物 地 下 部 分 の 山 留 め 工 事 に は 、 一 般 に 、 多 段 切 梁 を 導 入 し た 山 留 め 架 構 が 採用されているが、大平面、大深度の山留め工事になると、切梁による山留め架構の変形抑制効果が大きく低下し、切梁段数の増加等、種々の問題が発生する。このような山留め工事においては、土水圧による荷重を円周方向軸力で抵抗させ、力学的にも極めて合理的な円形山留め架構の採用が理想と言える。　上記の、円形山留め架構の設計・施工事例は、１９７０年代初頭にＬＮＧ地下貯槽の建設に採用されて以来、１９９０年代前半までＬＮＧ地下貯槽や、橋梁基礎や人工島など数々あるが、それらは全て土木構造物であり、建物の地下施工に採用された事例は皆無であった。なお、これら土木構造物の大規模円形山留め架構の最大直径は、人工島における９８ｍであった。一 方 、 上 記 の 平 面 規 模 を 大 幅 に 越 え る 、 建 築 物 と し て 初 め て の 大 規 模 ・ 大 深 度の円形地下変電所が、１９９３年２月に施工が開始され、１９９６年１月に約３５ヶ月を要して掘削工事が完成した。この地下変電所は、直径が約１４５ｍ、地下室深さが２９．２ｍであり、その山留め工事にはＲＣ円形自立山留め架構が採用された。本研究では、上記のＲＣ大規模円形自立山留め架構の実測挙動を研究対象としている。その理由は、上記土木構造物の事例における円形山留め架構の設計あるいは実挙動に関する研究が、側圧作用時を主体として検討され、現実として無視できない同挙動に与える気温また壁体温度変動の影響に関しての研究は、部分的な検討に留まっているためである。そ こ で 、 本 研 究 で は 、 上 記 の 研 究 対 象 と し た 大 規 模 円 形 自 立 山 留 め 架 構 の 実 挙動、特に実挙動に与える壁体温度の影響を解析的に究明するとともに、外力としての側圧に加え、掘削の進捗に伴い変動する壁体温度をも考慮した円形自立山留め架構の実用的挙動解析方法を検討・提示することを研究目的としている。　本論文は、１０章より構成されており、その概要は以下の通りである。第１章は序論であり、研究の背景、本論文の研究目的、既往の研究および論文の構成等について述べている。第２章では、等側圧が作用した場合の、円形山留め架構の実用的挙動解析方法について述べている。上記の挙動解析方法として、地盤反力の非線形性も導入できる、弾性支承梁法を拡張した増分解析法を検討している。第３章では、線形壁体温度分布が作用した場合の、円形山留め架構の実用的挙動解析方法について述べている。本挙動解析方法では、山留め壁の断面内の温度分布を「平均温度」と、壁内側と外側の「温度差」に分離し、両者がそれぞれ作用した場合の弾性理論に基づく挙動解析方法を検討している。さらに、壁体温度が深さ方向に変化する場合の挙動解析に対しても、上記と同一の挙動解析方法が適用できることを示している。第４章では、非線形壁体温度が作用した場合の、円形山留め架構の挙動解析方法について検討している。本 山 留 め 架 構 の 挙 動 解 析 で は 、 非 線 形 壁 体 温 度 分 布 を 、 上 記 第 ３ 章 の 「平 均 温度」と「温度差」に対応した「等価平均温度」と「等価温度差」に分離し、両者を線形挙動解析に導入する手法を検討し、提示している。第５章では、線形および非線形壁体温度が掘削底面以浅に作用した場合の、ＲＣ円形山留め架構のモデル解析を行い、その基本的挙動について究明している。以下に、これらの解析結果を要約する。① 山 留 め 架 構 の 変 形 は 、 壁 体 温 度 が 作 用 す る 掘 削 底 面 以 浅 で 、 壁 体 温 度 の 影 響を大 き く 受け る 。 壁 体温 度 上 昇 時の 背 面 側へ の 変 形 は、 背 面 側 の地 盤 反 力 に大きく拘束され、同温度下降時の値（掘削側）に比して、大きく減少する。② 円 周 方 向 軸 力 の 値 は 、 掘 削 底 面 以 浅 で は 壁 の 変 形 と 円 筒 シ ェ ル の 自 由 変 形 との相対変形に、また同以深では壁の変形に比例し、引張りまたは圧縮となる。③ 鉛 直 方 向 曲 げ モ ー メ ン ト は 、 平 均 温 度 お よ び 温 度 差 に よ る 値 と 深 さ 方 向 の 変形の 曲 率 によ る 値 で 決定 さ れ る 。一 方 、 円周 方 向 曲 げモ ー メ ン トは 、 主 に 温度差によって発生し、その発生範囲は温度差の作用範囲にほぼ限定される。④ 非 線 形 壁 体 温 度 作 用 時 の 、 山 留 め 架 構 の 変 形 お よ び 応 力 の 値 は 、 壁 体 温 度 分布の非線形次数が高くなるほど、線形分布の値に比して減少する。また 、 円 周お よ び 鉛 直方 向 の 断 面内 の 応 力度 分 布 は 、等 価 平 均 温度 お よ び 等価温度差による応力に、自己平衡応力を加算して求める必要がある。第６章では、掘削に伴い変動する壁体温度作用時の円形山留め架構の挙動解析方法について検討している。挙動解析方法は、第５章と同一の解析モデルに対して、絶対解析法と増分解析法で、壁体温度下降時および上昇時について挙動解析を行い、両者を比較することにより、掘削の進捗に伴い変動する壁体温度をも考慮した円形山留め挙動の解析方法について検討している。以下に、これらの検討結果を要約する。①壁体温度が下降から上昇、その後再下降と複雑に変動する場合、円形山留め架構の挙動解析には、地盤反力バネの復元力特性を考慮できる増分解析法を採用する必要がある。②壁体温度が再下降する場合、同温度がそれ以前に経験した最低温度に至る間では、地盤反力バネを壁背面側に導入する必要がある。第７章では、本論文で研究対象とした、実施工の大規模円形自立山留め架構（内径 ：１４４ｍ 、 掘 削 深 さ ：２９．２ｍ ）の 、 施 工 開 始 時 点 か ら 掘 削 完 了 ま で の 延 べ 約 ２０ヶ月の、各種計測結果を検討・考察している。以下に、これらの検討結果を要約する。①山留め壁背面側に作用した側圧分布は、掘削期間中、側圧係数をｋ =０.６とした三角形と見なせる。また、水圧が同側圧に占める割合は８５％以上に達し、外力としての側圧は水圧に大きく支配されている。②山留め架構の変形は、特に掘削底面以浅の場合、気温変動の影響を大きく受け、気温降下の冬期では掘削側に、夏期には背面側に押し戻される。③円周方向の軸力は、特に掘削底面以浅の場合、壁体温度変動の影響を大きく受け、同値は、「平均温度」の変動と相関性を維持しながら変動している。　第８章では、掘削に伴い変動する壁体温度の解析方法を、第７章で述べた大規模円形自立山留め架構の、施工開始時から竣工までの実測壁体温度について解析を行い、検討している。以下に、これらの検討結果を要約する。①山留め壁が地中にある期間では、山留め壁打設時のコンクリート温度が時間経過とともに指数的に減少する。②掘削側壁面の壁体温度は、掘削に伴う気温変動の他に、後打ち外周壁コンクリートの水和熱の影響を大きく受け、複雑に変動する。また、背面側の壁体温度には、掘削側の温度変動の影響が時間遅れの形で徐々に現れる。③本章で提示した壁体温度の解析方法は、山留め壁の構築時から最終掘削に至る、変動する壁体温度を精度良く予測できると言える。第９章では、本研究対象である大規模円形自立山留め架構の実測挙動について、壁体温度変動をも導入した解析を行い、同挙動解析方法の適用性を検討している。以下に、これらの検討結果を要約する。①掘削底面以浅の実測変形は、壁上端に近いほど壁体温度の影響を大きく受けるが、壁体温度変動の小さい掘削底面以深の変形は、側圧に支配される。②掘削底面以浅の円周方向軸力および鉛直方向曲げモーメントは、等側圧および壁体温度による変形で決定されているが、壁体温度の影響は無視できない。一方、掘削底面以深の軸力は、等側圧による変形に支配されている。③円周方向の曲げモーメントは、温度差を主要因として発生し、その発生範囲は温度差の作用範囲にほぼ限定される。④変動壁体温度をも考慮した挙動解析結果は、各掘削段階とも、等側圧のみの解析では説明できない、本山留め架構の実測挙動を良く解明し、本研究で提示した変動壁体温度をも考慮した挙動解析方法の適用性は高いと言える。第１０章では、本研究で得られた結論を述べている。

Analysis method of behavior of circular-shape cantilever earth retaining structure affected by wall temperature variations

制度:新 ; 文部省報告番号:乙1878号 ; 学位の種類:博士(工学) ; 授与年月日:2004/3/4 ; 早大学位記番号:新3801textthesi

Kumagai, Toshio

34239

熊谷, 俊雄

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壁体温度変動も考慮した大規模円形自立山留め架構の挙動解析方法に関する研究

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Analysis method of behavior of circular-shape cantilever earth retaining structure affected by wall temperature variations

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