(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
場所打ちコンクリート杭の引抜き試験の結果の整理において、
別途行う地上の引張り試験で、杭躯体コンクリートの断面に引張りクラックが発生した後もコンクリート断面が完全には破断せずに当該場所打ちコンクリート杭が引張り応力を伝達するコンクリート断面積ＡC’を、元のコンクリート断面積ＡCで除したコンクリート有効断面率α（＝ＡC’／ＡC）と、コンクリート歪みεとの相関関係の式を予め設定し、
前記相関関係の式を引抜き試験の結果に当てはめて、杭の任意断面の軸方向力の大きさＮを求めることを特徴とする、場所打ちコンクリート杭の引抜き試験における軸方向力の推定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、鉄筋コンクリート造（ＲＣ造）、鉄骨鉄筋コンクリート造（ＳＲＣ造）、又は鉄骨コンクリート造（ＳＣ造）の場所打ちコンクリート杭（以下、単に杭と言う場合がある。）の支持力や変形性能を確認して杭基礎の設計に反映させる技術の分野に属し、更に言えば、設計で必要とされる「杭周面摩擦力度」を求める引抜き試験の結果に基いて、特には杭躯体コンクリートに引張りクラックが発生した以降にも前記した「杭周面摩擦力度」の算定基礎となる軸方向力を数理的に推定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、杭基礎の設計においては、原位置で実大杭の載荷試験を行い、その試験結果に基いて杭の支持力、変形性能を確認して、設計に反映させることが行われている。
【０００３】
設計で必要とされる「杭周面摩擦力度」を載荷試験の結果から求める場合、通常は杭の深さ方向の各断面において「平面歪み状態」が保持されることを仮定して「軸方向力」を推定し、その軸方向力の差を杭周面の面積で除することにより杭周面摩擦力度が求められている。
即ち、杭周面摩擦度τは、次式で求められる。
τ＝（ＮI−ＮJ）／（π・Ｄ・Ｌ）
但し、ＮI、ＮJは杭躯体の断面Ｉ、Ｊにおける軸方向力、Ｄは杭径、Ｌは前記断面Ｉ、Ｊ間の距離である。
【０００４】
ところが、場所打ちコンクリート杭を対象とする引抜き試験の場合は、引抜き荷重の増加とともに杭躯体コンクリートに引張りクラックが発生し、クラック発生以降は物理的に前記の「平面歪み状態」は保持されないので、前記軸方向力の推定は困難であり、ひいては杭周面摩擦力度を推定できない。
そのため場所打ちコンクリート杭の引抜き試験結果の整理において、杭躯体の各断面において鉄筋の歪みを測定しても、軸力分布は不明確となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、場所打ちコンクリート杭の引抜き試験の場合は、引抜き荷重の増加とともに杭躯体コンクリートに引張りクラックが発生し、クラック発生以降は前記の「平面歪み状態」が保持されず、前記軸方向力の推定が困難であることは、例えば或る引抜き試験の結果を引張りクラックの影響を無視して整理すると、図３に示したように、推定された軸方向力は、図３の特に深さ１３ｍ近辺の軸方向力が引張り試験時の荷重よりも大きくなっているように、不合理な推定結果となってしまうことからも明らかである。
【０００６】
従って、本発明の目的は、杭基礎の設計において必要とされる杭周面摩擦力度を場所打ちコンクリート杭の引抜き試験の結果に基いて求めるために、杭躯体に引張りクラックが発生した以降も「軸方向力」を実態に即して、即ち別途設定するコンクリート有効断面率αとコンクリート歪みεとの相間関係の式を用いて推定する方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る場所打ちコンクリート杭の引抜き試験における軸方向力の推定方法は、
場所打ちコンクリート杭の引抜き試験の結果の整理において、
別途行う地上の引張り試験で、杭躯体コンクリートの断面に引張りクラックが発生した後もコンクリート断面が完全には破断せずに当該場所打ちコンクリート杭が引張り応力を伝達するコンクリート断面積ＡC’を、元のコンクリート断面積ＡCで除したコンクリート有効断面率α（＝ＡC’／ＡC）と、コンクリート歪みεとの相関関係の式を予め設定し、
前記相関関係の式を引抜き試験の結果に当てはめて、杭の任意断面の軸方向力の大きさＮを求めることを特徴とする。
【０００８】
杭躯体コンクリートの断面に引張りクラックが発生した後に当該場所打ちコンクリート杭が引張り応力を伝達するコンクリート断面積ＡC’を、元のコンクリート断面積ＡCで除したコンクリート有効断面率αとするとき、コンクリート歪みεとの相関関係の式は、コンクリートが分担する軸方向力Ｎ3を求める式として次のように設定される。
Ｎ3＝α・ＥC・ε・ＡC
その結果、杭躯体の各断面における引抜き試験時の軸方向力Ｎは、
Ｎ＝Ｎ1＋Ｎ2＋Ｎ3
として推定できるのである。
但し、Ｎは杭躯体の各断面における引抜き試験時の軸方向力
Ｎ1は鉄骨が分担する軸方向力
Ｎ2は鉄筋が分担する軸方向力
Ｎ3はコンクリートが分担する軸方向力
ＥCはコンクリートのヤング係数
ＡCはコンクリートの断面積
【０００９】
【発明の実施形態及び実施例】
本発明において、対象とする場所打ちコンクリート杭の引抜き試験における物理現象は、引抜き荷重の増加とともに杭躯体コンクリートに引張りクラックが発生し、引張り応力を伝達できる有効コンクリート断面積が減少する。にもかかわらず、そうした物理現象の実態を正確に把握、検証できないことが問題である。
【００１０】
そこで本発明では、引張り応力を伝達できるコンクリート断面積ＡC’を、元のコンクリート断面積ＡCで除した「コンクリート有効断面率α」の概念、すなわち、
α＝ＡC’／ＡC       ・・・▲１▼
を導入する。このコンクリート有効断面率αと「コンクリート歪みε」との相関関係の式を別途設定することにより、杭躯体コンクリートに引張りクラックが発生した以降も「軸方向力」を実態に即した推定が可能となることに着眼した。
【００１１】
以下に、コンクリート有効断面率αの求め方と、コンクリート歪みεとの相関関係の式の設定について説明する。
【００１２】
先ず、杭躯体コンクリートの有効断面率α、及びこの有効断面率αとコンクリート歪みεの相関関係を設定するのに必要な、地上でＳＲＣ構造「模型杭」の引張り試験を実施する。
【００１３】
この引張り試験は地上で行う引張り試験であるが故に杭周面摩擦力が作用しておらず、よってコンクリート杭躯体の各断面における「軸方向力」の総和（Ｎ1＋Ｎ2＋Ｎ3）が、試験時の引張り荷重Ｎに一致することが注目される。即ち、
Ｎ＝Ｎ1＋Ｎ2＋Ｎ3      ・・・▲２▼
である。
ここに、Ｎは杭躯体の各断面における試験時の引張り荷重
Ｎ1は鉄骨が分担する軸方向力で（＝ＥS・εS・ＡS）
Ｎ2は鉄筋が分担する軸方向力で（＝ＥS・εt・Ａt）
Ｎ3はコンクリートが分担する軸方向力で（＝ＥC・εt・α・ＡC）
である。また、
ＥSは鋼材のヤング係数
ＥCはコンクリートのヤング係数
εSは鉄骨ひずみ
εtは鉄筋ひずみ
ＡSは鉄骨断面積
Ａtは鉄筋断面積
ＡCはコンクリートの断面積である。
【００１４】
上記の式▲２▼において、杭躯体に作用する引張り荷重Ｎと、鉄骨及び鉄筋がそれぞれ分担する軸方向力Ｎ1とＮ2は既知であるから、未知数であるコンクリートが分担する軸方向力Ｎ3は、
Ｎ3＝Ｎ−（Ｎ1＋Ｎ2）      ・・・▲３▼
の式で求められる。こうしてコンクリートが分担する軸方向力Ｎ3を求めると、必然的に引張り応力を伝達しているコンクリート断面積ＡC’を、杭躯体の各断面について下記の式で算定することができる。即ち、
Ｎ3／ＡC’＝σC＝ＥC×ε
ＡC’＝Ｎ3／ＥC×ε      ・・・▲４▼
【００１５】
そこで、上式▲４▼を上述の式▲１▼へ代入すると、コンクリート有効断面率αと、コンクリート歪みεの相関関係は次式のように求めることができる。
α＝｛Ｎ−（Ｎ1＋Ｎ2）｝／ＥC・ε・ＡC      ・・・▲５▼
【００１６】
このようにして求めたコンクリート有効断面率αとコンクリート歪みεとの相関関係を、図１にグラフ化して示した。但し、コンクリート歪みεは、鉄筋歪みεtに等しいものと仮定して整理している。
【００１７】
図１に示す近似曲線Ｋ（この場合は近似指数曲線でもある。）は、歪み範囲が６０μ以上３００μ未満の区間を近似したものである。歪みが６０μ〜３００μの区間は前記の近似曲線にしたがって引張り応力を伝達しているコンクリート断面積ＡC’が減少するものと仮定した。また、歪みが０μ〜６０μまでの区間では杭躯体のコンクリート全断面が有効に働いている（α＝１で平面ひずみ状態が成立。）と考え、歪みが３００μ以上になると、コンクリートは引張り応力を伝達しないものと考えている（α＝０）。
【００１８】
結局、コンクリート有効断面率αは、コンクリート杭躯体の断面内に引張りクラックが発生し、引張り応力を伝達するコンクリート断面が減少してゆく現象と傾向を摸式化したものである。
上記▲５▼式から、杭躯体の各断面においてコンクリートが分担する未知数の軸方向力Ｎ3を
Ｎ3＝α・ＥC・ε・ＡC      ・・・▲６▼
のように算定して推定することができる。
その結果、場所打ちコンクリート杭の引抜き試験における深さ方向の各断面における軸方向力の大きさＮを、Ｎ＝Ｎ1＋Ｎ2＋Ｎ3のように算定して推定することができるのである。
【００１９】
本発明の上記推定方法に基いて、図３の例と同じ条件の引抜き試験の結果を整理すると、図２のグラフが得られた。この図２を、従前例の図３と対比すると明らかなように、少なくとも「軸方向力」が「引抜き試験時の荷重」よりも大きくなる不合理な推定結果とはならず、およそ実態に即した推定結果になっている。
【００２０】
なお、引張り応力を伝達するコンクリート断面積ＡC’が漸次減少する歪み範囲を上記のように６０μ〜３００μの範囲に限定して考える必然性は特に無い。コンクリートに引張りクラックが発生しはじめる歪みから、コンクリートが完全に破断して引張り応力を伝達できないと考えられる歪みまでの範囲であれば、どのような歪みの範囲であっても良い。
【００２１】
また、前記引張り応力を伝達するコンクリート断面積ＡC’が漸次減少する範囲内において、コンクリート有効断面率とひずみが近似する曲線も、指数曲線に限定される必要はない。漸次減少するコンクリート断面と歪みの関係を表現できる関数であるかぎり、どのような関数であってもよい。
【００２２】
【本発明が奏する効果】
本発明に係る場所打ちコンクリート杭の引抜き試験における軸方向力の推定方法によれば、杭躯体コンクリートに引張りクラックが発生し、引張り応力を伝達できるコンクリート断面が減少しても、その現象を十分に考慮した軸方向力の深度分布をある程度実態に即して正しく推定することが可能となり、杭基礎の設計に必要な杭周面摩擦力度を求めることができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】コンクリート有効断面率とコンクリート歪みとの関係を摸式化したグラフである。
【図２】本発明の方法により推定した軸方向力の分布を示したグラフである。
【図３】従来の方法で推定した軸方向力の分布を示したグラフである。
【図１】
0003690136.tif 000002
【図２】
0003690136.tif 000003
【図３】
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