(57)【要約】【課題】滑り性能が高く、且つ簡易な構成の接合構造等を提供する。【解決手段】接合構造１は、下部構造体である杭３と上部構造体である基礎躯体５を接合するものであり、杭３と基礎躯体５の間に黒鉛コンクリート７と黒鉛粉末層９による滑り層４が設けられる。杭頭３ａには鉄筋１１の下端部が埋設されており、鉄筋１１の下端部より上方の部分は滑り層４に埋設される。鉄筋１１の滑り層４内の部分の周囲には防錆層１３が形成されており、これにより鉄筋１１の発錆が防止される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭または柱である下部構造体とその上部構造体の接合構造であって、
前記上部構造体と前記下部構造体の間に、黒鉛を含み、前記上部構造体または前記下部構造体に対して滑動する滑り層を設けたことを特徴とする接合構造。
【請求項２】
前記滑り層は、黒鉛を含むコンクリートを有することを特徴とする請求項１記載の接合構造。
【請求項３】
前記コンクリートは、細骨材のうち、黒鉛粉末の粒径に対応する粒径の細骨材を、前記黒鉛粉末に置き換えたものであることを特徴とする請求項２記載の接合構造。
【請求項４】
前記上部構造体または前記下部構造体から延びる鉄筋が前記滑り層に埋設され、前記鉄筋の前記滑り層内の部分に防錆層が設けられたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の接合構造。
【請求項５】
前記滑り層は、黒鉛粉末を散布して形成された黒鉛粉末層を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の接合構造。
【請求項６】
杭または柱である下部構造体とその上部構造体の接合構造の構築方法であって、
前記上部構造体と前記下部構造体の間に、黒鉛を含み、前記上部構造体または前記下部構造体に対して滑動する滑り層を設けることを特徴とする接合構造の構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造体の接合構造およびその構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な鉄筋コンクリートによる杭と基礎躯体の接合部では、杭から延びた鉄筋を基礎躯体のコンクリートに埋設して杭と基礎躯体を一体化させている。
【０００３】
しかしながら、こうして杭と基礎躯体を剛接合すると、地震時では基礎躯体から杭頭に過大な水平力が伝達され、杭の損傷につながる。そのため、接合部において杭と基礎躯体の間を縁切りし、砂状の滑り材を設けたり（例えば特許文献１）、転がり支承として球体を設けたり（例えば特許文献２）することにより、杭頭に過大な水平力が作用するのを防ぐ対策が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2013−224535号公報
【特許文献２】特開2000−220151号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在、このような接合部として、より滑り性能が高い構造が求められている。例えば特許文献１では杭と基礎躯体の間に砂状体を設けるが、より滑り性能を高くする工夫があると望ましい。
【０００６】
また、接合部は簡易な構成であることも望ましい。例えば特許文献２は球体の転がりによる水平力の低減を目指したものであるが、当該球体と流体、およびこれらを収容する収容体が必要となる。
【０００７】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、滑り性能が高く、且つ簡易な構成の接合構造等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述した課題を解決するための第１の発明は、杭または柱である下部構造体とその上部構造体の接合構造であって、前記上部構造体と前記下部構造体の間に、黒鉛を含み、前記上部構造体または前記下部構造体に対して滑動する滑り層を設けたことを特徴とする接合構造である。
【０００９】
本発明では、上部構造体と下部構造体の間に、固体潤滑性を有する黒鉛を含むことにより摩擦係数を低減した滑り層を設けることで、上部構造体と下部構造体との間で伝達される水平力の低減効果が得られる。本発明では、黒鉛の素材自体が持つ潤滑性を利用した滑り層を設けることで、滑り性能が高く簡易な構成の接合構造を実現でき、前記のような転がり支承としての球体を含む構成等も不要になり低コストである。
【００１０】
前記滑り層は、黒鉛を含むコンクリートを有することが望ましい。
このように、滑り層として黒鉛を含み自己潤滑性のあるコンクリートを適用することで、水平力低減効果が得られる。
【００１１】
前記コンクリートは、細骨材のうち、黒鉛粉末の粒径に対応する粒径の細骨材を、前記黒鉛粉末に置き換えたものであることが望ましい。
これにより、コンクリートの強度等を維持しつつ、摩擦係数の低いコンクリートを実現できる。
【００１２】
前記上部構造体または前記下部構造体から延びる鉄筋が前記滑り層に埋設され、前記鉄筋の前記滑り層内の部分に防錆層が設けられることが望ましい。
これにより上部構造体または下部構造体と滑り層との一体性を高めることができる。この際、滑り層の黒鉛が鉄筋と接触すると発錆する恐れがあるため、鉄筋に防錆層を形成して発錆を防ぐことができる。
【００１３】
前記滑り層は、黒鉛粉末を散布して形成された黒鉛粉末層を有することも望ましい。
このように、黒鉛粉末を散布して黒鉛粉末層を形成することによっても高い水平力低減効果が得られる。
【００１４】
第２の発明は、杭または柱である下部構造体とその上部構造体の接合構造の構築方法であって、前記上部構造体と前記下部構造体の間に、黒鉛を含み、前記上部構造体または前記下部構造体に対して滑動する滑り層を設けることを特徴とする接合構造の構築方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、滑り性能が高く、且つ簡易な構成の接合構造等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】接合構造１を示す図。
【図２】接合構造１の構築方法を示す図。
【図３】接合構造１の構築方法を示す図。
【図４】接合構造１’を示す図。
【図５】接合構造１ａを示す図。
【図６】接合構造１ａの構築方法を示す図。
【図７】接合構造１ａの構築方法を示す図。
【図８】動的2軸スライド装置１００を示す図。
【図９】摩擦係数測定試験の結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１８】
［第１の実施形態］
（１．接合構造１）
図１は本発明の実施形態に係る接合構造１を示す図である。図に示すように、本実施形態の接合構造１は、下部構造体である杭３と上部構造体である基礎躯体５を接合するものであり、コンクリート製の杭３と基礎躯体５の間に黒鉛コンクリート７と黒鉛粉末層９が設けられる。黒鉛コンクリート７と黒鉛粉末層９は滑り層４を構成する。
【００１９】
黒鉛コンクリート７は黒鉛を含むコンクリートであり、自己潤滑性を有する固形層である。黒鉛コンクリート７は杭頭３ａに打設して杭３と一体に設けられる。杭頭３ａを目荒らしして凹凸を形成し、杭３と黒鉛コンクリート７の一体性を高めてもよい。
【００２０】
黒鉛コンクリート７は、例えば普通骨材を使用した普通コンクリートの調合段階で、細骨材の一部または全部を黒鉛粉末に置換するか、もしくは普通コンクリートの調合に黒鉛粉末を単に（細骨材と置換することなく）追加し、その後注水を行ってセメントや混和剤等との練り混ぜを行うことで製造できる。あるいは、普通コンクリート（生コン）の製造後、黒鉛粉末を普通コンクリートに後から添加して練混ぜてもよい。その際、黒鉛粉末を混和剤等とともに添加してもよい。
【００２１】
また細骨材を黒鉛粉末に置換する場合、細骨材をふるって、黒鉛粉末の粒径に対応する粒径の細骨材を除去してこれを黒鉛粉末に置換し、その他の粒径の細骨材は置換せずそのままとすることで、コンクリートの強度等を維持しつつ、コンクリートに自己潤滑性を付加できる。この時、コンクリート（黒鉛コンクリート）中には黒鉛粉末の粒径に対応する粒径の細骨材が存在せず、その他の粒径の細骨材が存在する状態となる。
【００２２】
黒鉛粉末層９は黒鉛単体の粉末による層であり、例えば黒鉛コンクリート７の打設直後に黒鉛粉末を黒鉛コンクリート７の上に散布し、コテで黒鉛粉末を押えるなどして、黒鉛コンクリート７と一体に形成される。黒鉛粉末は黒鉛コンクリート７と一体化されているので球体のようには転がらず、滑り層４は基礎躯体５に対して滑動することとなる。
【００２３】
杭３と基礎躯体５の間には鉄筋１１を設けることができる。鉄筋１１の下端部は杭頭３ａに埋設され、鉄筋１１の下端部より上方の部分は杭頭３ａから延びて滑り層４の黒鉛コンクリート７に埋設され定着される。鉄筋１１は１又は複数本配置される。
【００２４】
滑り層４の黒鉛が鉄筋１１と接触すると、鉄筋１１が発錆する恐れがあるが、本実施形態では鉄筋１１の滑り層４内の部分の周囲に防錆層１３が形成されており、これにより鉄筋１１の防錆を行うことができる。防錆層１３の形成方法としては、鉄筋１１にテープやゴムシートを巻き付ける、鉄筋１１に錆止め材、エポキシ樹脂、石膏を塗布する、鉄筋１１に溶融亜鉛メッキ加工を行う等が考えられる。ただし防錆層１３の形成方法はこれに限らない。
【００２５】
図１の３１、３３は杭３の鉄筋であり、それぞれ杭３の主筋と帯筋である。本実施形態では、杭頭３ａに露出した主筋３１の頂部にも防錆層１３と同様の防錆層１５が設けられる。
【００２６】
（２．接合構造１の構築方法）
図２、３は接合構造１の構築方法を示す図である。本実施形態では、既存躯体を解体した後、既存躯体の杭３（既存杭）を新設の基礎躯体５に接合する例を説明する。
【００２７】
すなわち、本実施形態ではまず図２（ａ）に示すように杭３の上部の既存躯体を解体する。図２（ａ）の上図は杭３を上から見た図、下図は杭３の鉛直方向断面を見た図である。以降の図２（ｂ）（ｃ）についても同様である。
【００２８】
なお、図２（ａ）の点線部は解体された既存躯体を示す。本実施形態では既存躯体に埋設された杭３の主筋３１も切断され、杭頭３ａに主筋３１の頂部が露出する。
【００２９】
こうして既存躯体を解体した後、図２（ｂ）に示すように杭頭３ａのコンクリートに鉄筋１１の下端部を埋設する。この際、例えば杭頭３ａにインサート（不図示）を埋設し、このインサートに鉄筋１１の下端部を取付ける。
【００３０】
そして、図２（ｃ）に示すように鉄筋１１の周囲に防錆層１３を形成し、防錆処理を行う。本実施形態では、杭頭３ａに露出した主筋３１の頂部にも防錆層１３と同様の防錆層１５が形成される。なお、鉄筋１１を省略することも可能であり、この場合は主筋３１の頂部に防錆層１５を形成するだけでよい。
【００３１】
次に、図３（ａ）に示すように型枠２０を配置して杭頭３ａに黒鉛コンクリート７を打設する。そして、図３（ｂ）に示すように黒鉛コンクリート７の打設直後に黒鉛コンクリート７上に黒鉛粉末を散布し、コテで抑えるなどして黒鉛コンクリート７と一体化した黒鉛粉末層９を設ける。
【００３２】
その後、型枠２０を解体し、図３（ｃ）に示すように上部の基礎躯体５を新たに施工することで、接合構造１が構築される。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態では、下部の杭３と上部の基礎躯体５の間に、固体潤滑性を有する黒鉛を含むことにより摩擦係数を低減した滑り層４を設けることで、基礎躯体５と杭３との間で伝達される水平力の低減効果が得られる。本実施形態では、黒鉛の素材自体が持つ潤滑性を利用した滑り層４を設けることで、滑り性能が高く簡易な構成の接合構造１を実現でき、前記のような転がり支承としての球体を含む構成等も不要になり低コストである。
【００３４】
特に本実施形態では、滑り層４として黒鉛を含み自己潤滑性のある黒鉛コンクリート７を適用することで、水平力低減効果が得られる。また杭頭処理におけるモルタル打設（均しコンクリート）を黒鉛コンクリート７で代替することもできる。
【００３５】
また本実施形態では、黒鉛コンクリート７の表面に黒鉛粉末層９をさらに設けることで、より高い水平力低減効果が得られる。
【００３６】
黒鉛コンクリート７は、細骨材のうち、黒鉛粉末の粒径に対応する粒径の細骨材を黒鉛粉末に置き換え、その他の粒径の細骨材はそのままとすることで、コンクリートの強度等を維持しつつ、コンクリートに自己潤滑性を付与できる。
【００３７】
さらに、本実施形態では鉄筋１１により滑り層４と基礎躯体５との一体性を高めることもできる。滑り層４の黒鉛が鉄筋１１と接触すると発錆する恐れがあるが、本実施形態では鉄筋１１に防錆層１３を形成することで、発錆を防ぐことができる。なお、図４の接合構造１’に示すように、鉄筋１１は滑り層４を貫通するように配置してその上端部を基礎躯体５に埋設してもよく、杭３と基礎躯体５の間の鉄筋１１により引張力を負担させることができる。鉄筋１１を埋設する場合は、鉄筋１１のせん断降伏応力の総和が滑り層４と基礎躯体５の間に生じる摩擦力（特に動摩擦力）以下となるようにし、滑り層４の滑り性能を妨げないようにする。
【００３８】
しかしながら、本発明はこれに限らない。例えば前記の黒鉛粉末層９を省略し、黒鉛コンクリート７のみによって滑り層を形成することも可能である。
【００３９】
一方、黒鉛コンクリート７に代えて普通コンクリートを用い、黒鉛粉末層９のみにより滑り層を形成することも可能であり、これによっても滑り性能が高く、且つ簡易な構成の接合構造を得ることができる。ただし杭３と基礎躯体５の間には常時鉛直力が作用しており、振動により水平力が作用する場合もあるので黒鉛粉末が摩耗する可能性があり、この面では黒鉛コンクリート７がより望ましい。
【００４０】
また、黒鉛粉末層９の代わりに黒鉛粉末を含む液状層や、シート状に成型した黒鉛を用いることも可能であり、黒鉛粉末層９と同様に設置することが可能である。さらに、杭３はコンクリート製に限らず、木製であってもよい。
【００４１】
本実施形態の接合構造１は下部構造体である杭３と上部構造体である基礎躯体５を接合したものであり、杭３に加わる水平力を低減することが可能になるが、下部構造体は杭３に限らず柱でもよく、上部構造体は梁などであってもよい。この場合、前記と同様の滑り層を設けることで免震部材としての効果を得ることができ、柱に加わる水平力を低減することができる。
【００４２】
また、基礎躯体５や梁などの上部構造体の下面に黒鉛コンクリート７等による滑り層４を設けることも可能であり、この場合、滑り層４は杭３や柱などの下部構造体に対して滑動する。また鉄筋１１を上部構造体から延びるように設け、滑り層４の黒鉛コンクリート７に埋設することもできる。
【００４３】
以下、本発明の別の例を第２の実施形態として説明する。第２の実施形態は第１の実施形態と異なる点について説明し、同様の点については図等で同じ符号を付すなどして説明を省略する。
【００４４】
［第２の実施形態］
（１．接合構造１ａ）
図５は本発明の第２の実施形態に係る接合構造１ａを示す図である。本実施形態の接合構造１ａも下部構造体である杭３と上部構造体である基礎躯体５を接合するものであり、杭３と基礎躯体５の間に黒鉛コンクリート７と黒鉛粉末層９による滑り層４が設けられるが、前記の鉄筋１１が設けられない点で主に異なる。
【００４５】
（２．接合構造１ａの構築方法）
図６、７は接合構造１ａの構築方法を示す図である。本実施形態は、新設の杭３を施工した後、杭３と基礎躯体５の接合構造１ａを構築する例である。
【００４６】
すなわち、本実施形態ではまず図６（ａ）に示すように場所打ちコンクリートによる杭３を構築する。図６（ａ）は杭３の鉛直方向断面を見た図である。以降の図６（ｂ）（ｃ）、図７（ａ）（ｂ）についても同様である。
【００４７】
次に、図６（ｂ）に示すように杭頭処理を行って余盛コンクリートを除去する。そして、図６（ｃ）に示すように型枠２０を配置して杭頭３ａに黒鉛コンクリート７を打設し、図７（ａ）に示すように黒鉛コンクリート７の上に黒鉛粉末層９を設ける。黒鉛コンクリート７は、余盛コンクリートを除去した後の杭頭３ａのコンクリート面の凹凸により杭３と一体化する。黒鉛コンクリート７の打設前に、杭頭３ａに凹凸を形成する工程を別途実施してもよい。
【００４８】
その後、型枠２０を解体し、図７（ｂ）に示すように上部の基礎躯体５を施工することで、接合構造１ａが構築される。
【００４９】
本実施形態でも、滑り性能が高く、且つ簡易な構成の接合構造１ａを得ることができ、第１の実施形態と同様の効果が得られる。なお、本実施形態でも第１の実施形態の図１や図４等の例と同様に鉄筋１１を設けることは可能であり、この場合も第１の実施形態と同様の防錆層を鉄筋１１の周囲に形成する。
【実施例】
【００５０】
以下、摩擦係数測定試験を行って黒鉛による水平力低減効果について検討を行った結果を実施例として説明する。なお、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５１】
＜黒鉛粉末＞
黒鉛粉末は、後述する実施例１〜４に示すようにコンクリートへの添加を行った。また比較例として黒鉛粉末を使用しない普通コンクリートについても検討を行った。
【００５２】
＜実施例１＞
実施例１では、普通コンクリートの注水前の調合段階において、細骨材の一部に代えて表乾状態の黒鉛粉末を用い、これにより製造した黒鉛コンクリートを型枠内に打設し養生することで後述する材料試験の供試体と摩擦係数測定試験の試験体を作製した。供試体は直径100mm、高さ200mmの円柱状であり、試験体は直径100mm、高さ100mmの円柱状である。
【００５３】
黒鉛粉末と置き換えた細骨材は、黒鉛粉末の粒径の範囲と同じ範囲の粒径を有する細骨材であり、その他の粒径の細骨材はそのまま用いた。
【００５４】
＜実施例２＞
実施例２では、普通コンクリートの注水前の調合段階で、細骨材の全部に代えて表乾状態の黒鉛粉末を用い、これにより製造した黒鉛コンクリートを用いて上記と同様に供試体と試験体を作製した。
【００５５】
＜実施例３＞
実施例３では、普通コンクリート（生コン）の製造後、気乾状態の黒鉛粉末を後から添加して手練で練り込むことで製造した黒鉛コンクリートにより、上記と同様に供試体と試験体を作製した。
【００５６】
＜実施例４＞
実施例４では、普通コンクリート（生コン）を製造し、これを型枠内に打設した直後にその頂面に気乾状態の黒鉛粉末を散布することで、供試体と試験体を作製した。
【００５７】
＜比較例＞
比較例として、普通コンクリートにより、上記と同様に供試体と試験体を作製した。実施例１〜４の普通コンクリートの調合（実施例１、２については細骨材を黒鉛粉末で置き換えない場合の普通コンクリートの調合）も、使用した混和剤の量および種類を除けば比較例の普通コンクリートとほぼ同様であり、例えば水セメント比などは実施例１〜４と比較例とで変わりは無い。練上り温度や養生方法などの環境条件についても同様である。
【００５８】
＜各コンクリートの物性値＞
実施例１〜４および比較例で作製した材齢1日、7日、28日のコンクリートによる供試体に対して材料試験を行い、圧縮強度、静弾性係数、ポアソン比を測定した。
【００５９】
なお、実施例１および実施例２では材齢1日での脱型が困難であったので、実施例１では材齢1日での供試体に替えて材齢2日での供試体を用い、実施例２では材齢1日の供試体での測定を省略した。また実施例１〜４および比較例のそれぞれについて、各材齢の供試体の数は3体とし、圧縮強度、静弾性係数、ポアソン比は供試体間の平均値を算出した。
【００６０】
結果、実施例１〜４の供試体は、比較例の供試体に比べ圧縮強度が低下する傾向が認められた。しかし、黒鉛粉末の量が比較的少ない実施例１、３および４の供試体の圧縮強度は比較例の供試体の8割程度であり、強度が維持されることがわかった。ポアソン比、静弾性係数についても同様の傾向が見られた。
【００６１】
＜摩擦係数測定試験＞
次に、実施例１〜４および比較例で作製したコンクリートによる試験体を用いて摩擦係数測定試験を行った。なお、実施例１、３、４および比較例では試験体を3体作成し、後述する摩擦係数はその平均値である。また実施例４の各試験体では、黒鉛粉末の散布量を変えている。
【００６２】
（動的2軸スライド装置）
摩擦係数測定試験には、図８に示す動的2軸スライド装置１００を用いた。この動的2軸スライド装置１００は、レール１０２に沿って鉛直方向に移動する鉛直移動部１０３とレール１０４に沿って水平移動する水平移動部１０５をフレーム１０１に設けたものである。
【００６３】
摩擦係数測定試験では、水平移動部１０５に設けたステージ１０６に試験体２００を乗せ、鉛直移動部１０３に設けた押圧部１０７と試験体２００との間には鋼板１０８を配置した。押圧部１０７によって試験体２００に一定の軸力を与えながら、水平移動部１０５を水平方向に徐々に移動させ、水平荷重が増加しなくなった時（水平剛性（＝水平荷重÷水平変位）が概ね0になった時）の水平荷重（滑り荷重）を測定した。上記の軸力は全試験体で一定とした。摩擦係数は滑り荷重を上記軸力で割って得ることができる。
【００６４】
（実験結果）
図９は、実施例１〜４および比較例の試験体の水平荷重と水平変位の関係を示すグラフである。このグラフは、水平荷重を軸力で割って得た摩擦係数換算値を縦軸とし、横軸を水平変位の量としたものである。
【００６５】
図９に示すように、比較例の試験体の摩擦係数（水平剛性が概ね0となった時の水平荷重の摩擦係数換算値）は約0.5であったのに対し、実施例１〜４の試験体の摩擦係数は低くなり、滑り層としての水平力低減効果があることがわかった。
【００６６】
特に、実施例１および実施例２の試験体は摩擦係数が0.2〜0.25程度、実施例４の試験体は摩擦係数が0.15程度となり、黒鉛粉末を後添加した実施例３（摩擦係数は0.4程度）と比較しても摩擦力が大きく低減された。なお、実施例４の試験体において、黒鉛粉末の散布量による摩擦係数の差異は認められなかった。
【００６７】
以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００６８】
１、１’、１ａ：接合構造
３：杭
３ａ：杭頭
５：基礎躯体
７：黒鉛コンクリート
９：黒鉛粉末層
１１：鉄筋
１３、１５：防錆層
２０：型枠
３１：主筋
３３：帯筋
１００：動的2軸スライド装置
２００：試験体
【図１】
2019157549.tif 000003
【図２】
2019157549.tif 000004
【図３】
2019157549.tif 000005
【図４】
2019157549.tif 000006
【図５】
2019157549.tif 000007
【図６】
2019157549.tif 000008
【図７】
2019157549.tif 000009
【図８】
2019157549.tif 000010
【図９】
2019157549.tif 000011