(57)【要約】【課題】  内周面にリブの付いていない補強管材を使用した杭頭補強コンクリート杭の設計方法及び杭頭補強コンクリート杭の構築方法を提供する。【解決手段】  鉄筋コンクリートからなるコンクリート杭体１３の頭部１０ａが内周面にリブの付いていない鋼管１１によって囲繞されている鋼管付きコンクリート杭１０の設計方法である。  そして、鋼管１１とコンクリート杭体１３間で水平力のみが伝達される鋼管付き杭モデル１００を作成し、鋼管付き杭モデル１００に地震力Ｑを作用させて発生応力の確認をおこなう。【選択図】  図１
2006207260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋コンクリートからなるコンクリート杭体の頭部が内周面にリブの付いていない補強管材によって囲繞されている杭頭補強コンクリート杭の設計方法において、
前記補強管材と前記コンクリート杭体間で水平力のみが伝達される解析モデルを作成し、前記解析モデルに外力を作用させて発生応力の確認をおこなうことを特徴とする杭頭補強コンクリート杭の設計方法。
【請求項２】
鉄筋コンクリートからなるコンクリート杭体の頭部が内周面にリブの付いていない補強管材によって囲繞されている杭頭補強コンクリート杭の設計方法において、
前記補強管材と前記コンクリート杭体の水平方向の変位のみが一致するように解析モデルを作成し、前記解析モデルに外力を作用させて発生応力の確認をおこなうことを特徴とする杭頭補強コンクリート杭の設計方法。
【請求項３】
前記外力は、地震時に前記杭頭補強コンクリート杭に作用する力であることを特徴とする請求項１又は２に記載の杭頭補強コンクリート杭の設計方法。
【請求項４】
前記発生応力は、曲げ応力とせん断応力であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の杭頭補強コンクリート杭の設計方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の杭頭補強コンクリート杭の設計方法によって設計された杭頭補強コンクリート杭を構築することを特徴とする杭頭補強コンクリート杭の構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、場所打ちコンクリート杭などのコンクリート杭体の頭部が鋼管等の補強管材で囲繞された杭頭補強コンクリート杭の設計方法及び杭頭補強コンクリート杭の構築方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、図４に示すような頭部１ａがリブ付き鋼管２によって囲繞された鋼管付きコンクリート杭１が知られている（特許文献１、２など参照）。
【０００３】
この鋼管付きコンクリート杭１は、地盤４に掘削された孔に鉄筋籠３ａを挿入し、コンクリート３ｂを流し込んで構築する場所打ちコンクリート杭３の頭部１ａに、リブ付き鋼管２を配置することによって構築される。
【０００４】
このリブ付き鋼管２の内周面には、複数のリブ２ａ，・・・が設けられており、その内部に流し込まれたコンクリート３ｂと強固に一体化させることができる。
【０００５】
このため、従来の鋼管付きコンクリート杭１の設計は、リブ付き鋼管２と場所打ちコンクリート杭３が一体のものであるとしておこなわれていた。
【特許文献１】特開昭６０−４７１１７号公報
【特許文献２】特開平８−１９９５６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記したリブ付き鋼管２は、内周面にリブ２ａ，・・・を設けなければならないため製造コストが高く、工費が増加するという問題があった。
【０００７】
また、リブ２ａ，・・・の付いていない鋼管では、場所打ちコンクリート杭３との一体化は望めない上に、完全に別々の部材としてそれぞれの設計をおこなうと、場所打ちコンクリート杭３の頭部１ａを鋼管によって囲繞している効果を加味することが出来ないため過大設計になるなどの問題があって設計手法が確立されておらず、リブ２ａ，・・・の付いていない鋼管は使用されていなかった。
【０００８】
さらに、プレストレストコンクリート管（ＰＣ管）や遠心力鉄筋コンクリート製管（ヒューム管等）は、材料の特性や製造工程から内周面にリブを設けることが難しいため、頭部１ａを補強するための補強管材としては使用できなかった。
【０００９】
そこで、本発明は、内周面にリブの付いていない補強管材を使用した杭頭補強コンクリート杭の設計方法及び杭頭補強コンクリート杭の構築方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、鉄筋コンクリートからなるコンクリート杭体の頭部が内周面にリブの付いていない補強管材によって囲繞されている杭頭補強コンクリート杭の設計方法において、前記補強管材と前記コンクリート杭体間で水平力のみが伝達される解析モデルを作成し、前記解析モデルに外力を作用させて発生応力の確認をおこなう杭頭補強コンクリート杭の設計方法であることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２の発明は、鉄筋コンクリートからなるコンクリート杭体の頭部が内周面にリブの付いていない補強管材によって囲繞されている杭頭補強コンクリート杭の設計方法において、前記補強管材と前記コンクリート杭体の水平方向の変位のみが一致するように解析モデルを作成し、前記解析モデルに外力を作用させて発生応力の確認をおこなう杭頭補強コンクリート杭の設計方法であることを特徴とする。
【００１２】
さらに、請求項３の方法は、前記外力は、地震時に前記杭頭補強コンクリート杭に作用する力である請求項１又は２に記載の杭頭補強コンクリート杭の設計方法であることを特徴とする。
【００１３】
そして、請求項４の方法は、前記発生応力は、曲げ応力とせん断応力である請求項１乃至３のいずれかに記載の杭頭補強コンクリート杭の設計方法であることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の杭頭補強コンクリート杭の設計方法によって設計された杭頭補強コンクリート杭を構築する杭頭補強コンクリート杭の構築方法であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
このように構成された発明は、リブの付いていない補強管材とコンクリート杭体を別々にモデル化し、水平力のみを伝達させたり、水平方向の変位のみを一致させたりして、水平方向の外力に対しては水平方向に一体に挙動するようなモデル化を行っている。
【００１６】
このため、リブの付いていない補強管材を使用した杭頭補強コンクリート杭の適切な設計が可能になる。また、この設計方法によって設計された杭頭補強コンクリート杭を構築する際には、補強管材の内周面にリブを設けなくてもよいためコストを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
図２は、本実施の形態の杭頭補強コンクリート杭としての鋼管付きコンクリート杭１０の構成を示したものである。
【００１９】
この鋼管付きコンクリート杭１０は、鉄筋コンクリートによって形成されるコンクリート杭体１３と、その頭部１０ａを囲繞するように配置される補強管材としての鋼管１１とによって主に構成される。
【００２０】
このコンクリート杭体１３は、地盤４を掘削された円筒形の孔に鉄筋籠１３ａを挿入し、コンクリート１３ｂを流し込むことによって構築される。
【００２１】
この鉄筋籠１３ａは、鉄筋を筒籠状に組み合わせて製作されるもので、コンクリート杭体１３のほぼ全長にわたって配置される。鉄筋籠１３ａに使用される鉄筋の量は、設計外力を作用させた際にコンクリート杭体１３に発生する発生応力に耐え得る量とし、最小鉄筋比を0.4％とする。
【００２２】
また、鋼管付きコンクリート杭１０の全長は、コンクリート杭体１３の直径の５倍を目安に設定する。
【００２３】
さらに、この鉄筋籠１３ａの上端には鉄筋等から構成される定着部１２が接続されており、鋼管付きコンクリート杭１０の上部に構築される建造物や基礎などとの接合に使用される。
【００２４】
また、鋼管１１の内周面にはリブが設けられていないため、鋼管１１とその内部に流し込まれたコンクリート１３ｂと付着強度はほとんど期待できない状態になっている。
【００２５】
さらに、この鋼管１１の最大長さは、施工地盤面から20ｍの深さまでに収められる長さとなっている。
【００２６】
なお、コンクリート杭体１３の下端は、必要に応じて拡幅することで先端支持力を高めることができる。
【００２７】
以上が実際に構築される鋼管付きコンクリート杭１０の構成であって、以下に設計時に応力を照査するための解析モデルとしての鋼管付き杭モデル１００について図１を参照しながら説明する。
【００２８】
この鋼管付き杭モデル１００は鋼管付きコンクリート杭１０をモデル化したものであって、鋼管１１は曲げ剛性を等価させた棒状の鋼管モデル１１０に置換し、コンクリート杭体１３は曲げ剛性を等価させた棒状のコンクリート杭モデル１３０に置換する。
【００２９】
そして、鋼管モデル１１０とコンクリート杭モデル１３０の間を水平軸力部材１４０，・・・で接続する。この水平軸力部材１４０，・・・は、コンクリート杭モデル１３０には固定されているが、鋼管モデル１１０とは鉛直方向の力が伝達されない滑り支承によって接続されている。
【００３０】
このため鋼管モデル１１０からコンクリート杭モデル１３０、またはコンクリート杭モデル１３０から鋼管モデル１１０への力の伝達は、水平方向の力のみが伝達される。
【００３１】
また、この水平軸力部材１４０，・・・自体は変形しないため、これによって接続される鋼管モデル１１０とコンクリート杭モデル１３０の水平方向の変位は等しくなる。
【００３２】
さらに、鋼管モデル１１０とコンクリート杭モデル１３０の上端の境界条件としては、水平方向の滑り支承１６０が配置されており、水平方向の変位のみが発生するようにモデル化されている。
【００３３】
そして、コンクリート杭モデル１３０の背面には、地盤４をモデル化した地盤バネ１５０，・・・が配置される。この地盤バネ１５０，・・・のバネ定数は、例えば地盤４の硬さを表すＮ値などの値を参考にして地層ごとに決定される。
【００３４】
図３は、図１に示した鋼管付き杭モデル１００の一部を拡大した図である。ここで、鋼管付き杭モデル１００を解析するための節点ｉと節点ｊの剛性マトリックスを示すと次式のようになる。
【００３５】
【数１】
2006207260.tif 000003
【００３６】
ここで、ｌ（エル）は節点ｉ，ｊ間の距離、Ｎは軸力、Ｐはせん断力、Ｍは曲げモーメント、Ｖは軸方向変位、Ｕは水平方向変位、θは回転角を表し、下付き文字ｉ，ｊは節点、ｓは鋼管モデル１１０、ｃはコンクリート杭モデル１３０を表す。
【００３７】
また、杭の軸力（Ｎ）と軸方向の変形（Ｖ）を無視すると次式のようになる。
【００３８】
【数２】
2006207260.tif 000004
【００３９】
そして、図１に示すように外力としての地震力Ｑを鋼管付き杭モデル１００の上端に水平方向から作用させ、前記した剛性マトリックスによって解析すると、鋼管モデル１１０とコンクリート杭モデル１３０の各節点ｉ，ｊ，・・・に発生するせん断力（Ｐ）と曲げモーメント（Ｍ）がそれぞれ算定される。
【００４０】
このようにして算定された曲げモーメント（Ｍ）を基に、鋼管１１とコンクリート杭体１３に発生する曲げ応力を算出し、各部材の許容応力度以下になっているかどうかを照査する。
【００４１】
ここで、部材設計時には鋼管１１には軸力を負担させず、コンクリート杭体１３にのみ軸力を負担させるので、発生応力の算出時にも、鋼管１１は曲げモーメント（Ｍs）のみ、コンクリート杭体１３は曲げモーメント（Ｍｃ）と軸力の複合力に対して応力照査をおこなう。
【００４２】
また、せん断力（Ｐ）についても、各節点ｉ，ｊ，・・・の鋼管１１とコンクリート杭体１３に発生するせん断応力を算出し、各部材の許容応力度以下になっているかどうかを照査する。
【００４３】
以上、図面を参照して、本発明の最良の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【００４４】
例えば、本実施の形態では、補強管材として鋼管１１を使用して説明したが、これに限定されるものではなく、補強管材としてＰＣ管やヒューム管等を使用することもできる。
【００４５】
また、コンクリート杭体１３を場所打ちコンクリート杭として説明したが、これに限定されるものではなく、工場などで製造される既製コンクリート杭にも本発明の設計方法を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の最良の実施の形態の鋼管付きコンクリート杭の解析モデルを説明する説明図である。
【図２】鋼管付きコンクリート杭の構成を説明する断面図である。
【図３】解析モデルの剛性マトリックスを説明するための説明図である。
【図４】従来例のリブ付き鋼管を使用した鋼管付きコンクリート杭の断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０            鋼管付きコンクリート杭（杭頭補強コンクリート杭）
１０ａ          頭部
１１            鋼管（補強管材）
１３            コンクリート杭体
１００          鋼管付き杭モデル（解析モデル）
１１０          鋼管モデル
１３０          コンクリート杭モデル
１４０          水平軸力部材
Ｑ              地震力（外力）
【図１】
2006207260.tif 000005
【図２】
2006207260.tif 000006
【図３】
2006207260.tif 000007
【図４】
2006207260.tif 000008