(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物が杭頭部で結合する杭頭結合構造であって、
前記構造物を杭頭部で支持するヒンジ構造と、
前記構造物と前記杭とを前記杭頭部で固定して常時は前記杭と前記構造物とを剛結合するとともに、所定の地震動以上の地震時に前記杭頭部から離脱し易く構成された固定部と、を備え、
前記地震時に前記固定部が離脱することで、前記剛結合が解除された状態で前記構造物が前記ヒンジ構造により支持されるように切り替わり、
前記固定部は、前記地震時に破壊により自重で離脱するように構成された杭頭結合構造。
【請求項２】
構造物が杭頭部で結合する杭頭結合構造であって、
前記構造物を杭頭部で支持するヒンジ構造と、
前記構造物と前記杭とを前記杭頭部で固定して常時は前記杭と前記構造物とを剛結合するとともに、所定の地震動以上の地震時に前記杭頭部から離脱し易く構成された固定部と、を備え、
前記地震時に前記固定部が離脱することで、前記剛結合が解除された状態で前記構造物が前記ヒンジ構造により支持されるように切り替わり、
前記杭頭部と前記構造物との間に弾性部材および／または弾塑性部材を配置した杭頭結合構造。
【請求項３】
前記ヒンジ構造は、前記構造物から前記杭頭部へと延びる支持部材を備え、前記構造物が前記支持部材で前記杭頭部との間のヒンジ結合により支持される請求項１または２に記載の杭頭結合構造。
【請求項４】
構造物が杭頭部で結合する杭頭結合構造であって、
前記構造物を杭頭部で支持するヒンジ構造と、
前記構造物と前記杭とを前記杭頭部で固定して常時は前記杭と前記構造物とを剛結合するとともに、所定の地震動以上の地震時に前記杭頭部から離脱し易く構成された固定部と、を備え、
前記地震時に前記固定部が離脱することで、前記剛結合が解除された状態で前記構造物が前記ヒンジ構造により支持されるように切り替わり、
前記ヒンジ構造は、前記構造物から前記杭頭部へと延びる支持部材を備え、前記構造物が前記支持部材で前記杭頭部との間のヒンジ結合により支持され、
前記杭頭部と前記支持部材との間に前記地震時に前記杭頭部と前記支持部材とが相対的に変位して滑り易く構成された滑り支承部を備える杭頭結合構造。
【請求項５】
前記滑り支承部は、前記杭頭部に設けられた凹状部と、前記凹状部にはまり込むように前記支持部材に設けられた凸状部と、を備える請求項４に記載の杭頭結合構造。
【請求項６】
前記固定部は、前記地震時に破壊により自重で離脱するように構成された請求項２，４または５に記載の杭頭結合構造。
【請求項７】
構造物が杭頭部で結合する杭頭結合構造を施工する方法であって、
杭を打設し、
前記杭の杭頭部でヒンジ構造により支持される構造物を前記杭頭部に設置し、
前記杭に設置された底型枠と前記杭頭部の周囲と前記構造物の一部との間に低強度コンクリートを打設することで、前記構造物と前記杭とを前記杭頭部で固定することを特徴とする杭頭結合構造の施工方法。
【請求項８】
前記杭頭部に切欠部を設け、
前記構造物に予め支持部材を配置し、
前記構造物を前記杭頭部に設置したとき、前記支持部材が前記切欠部にはまり込んで前記ヒンジ構造を形成する請求項７に記載の杭頭結合構造の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭頭結合構造および杭頭結合構造の施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、杭式桟橋（以下、単に「桟橋」という。）は、図１のように、複数の鋼管杭２が上部工３内へ埋め込まれ、上部工３と杭頭部４とが剛結合されている。桟橋１は、杭頭部４が剛結合することで、上部工３と鋼管杭２とが一体となったラーメン構造となり、地震時には慣性力に対して抵抗する。この場合、地震時には図２の揺れ方となり、杭全体の中で杭頭モーメントが最も大きくなる。
【０００３】
特許文献１は、支持杭の杭頭部に設けた鉄骨部材と、構造物の下端部に設けた鉄骨部材とが突き合わされて、鉛直方向の引張応力に対して塑性変形するエネルギー吸収部材で連結されて塑性ヒンジを許容する構成とされた支持杭と構造物との接合構造を開示する。特許文献２は、杭の頭部に第一の球面板を下方へ向けて膨らむ配置で固定し、第二の球面板を第一の球面板の上に重ね合せて基礎コンクリートに固定し、弾性体、弾塑性体及び縁切り部材の少なくとも一つを杭頭部の周りに設けた杭頭構造を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2004-257187号公報
【特許文献２】特開2005-2552号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
桟橋の耐震設計では、対象地震動における桟橋の振動特性に応じた加速度応答から設計震度を求め、質量を乗じて慣性力を算出している。桟橋の振動特性は、図４のように、ある周期を境にして、長周期化すると、加速度応答が小さくなる傾向がある。本発明者等の検討によれば、図１において、杭頭部４を剛結合ではなく、結合部の回転や滑り等の変位を許容する柔結合の条件に変更すると、桟橋は、その剛性が低下し、図３の揺れ方となり、杭頭モーメントが小さくなり、地中部付近で最大曲げモーメントが発生する可能性が生じる。図２の剛結合の場合と図３の柔結合の場合において同じ慣性力であれば、図３の地中部における曲げモーメントが大きくなり得るが、同じ地震動に対する揺れ方（応答）が図４のように異なるため、図３の柔結合では慣性力が小さくなる。すなわち、杭頭部４を柔結合として桟橋全体の剛性を低下させることで振動特性が長周期化し、桟橋の加速度応答が小さくなる（設計震度が小さくなる）結果、地震時の慣性力が小さくなって桟橋の耐震性が向上する。
【０００６】
近年は桟橋施工の省力化のため、上部工をプレキャスト化するケースが増えているが、これによれば、杭打設と上部工の施工を並行して行うことができるため、特に海域の占有期間を大幅に短縮することができる。プレキャスト工法を採用する場合、プレキャストブロック内に予め鋼管杭よりも一回り大きなさや管を埋め込み、設置後、鋼管杭とのクリアランスにグラウトを充填することで杭頭剛結合を実現することが考えられる。
【０００７】
特許文献１の支持杭と構造物との接合構造によれば、地震時に塑性ヒンジを許容する構成が可能であるが、常時において杭頭部で剛結合を実現する構造ではない。特許文献２の杭頭構造によれば、地震時に杭頭部の第一の球面板と基礎コンクリートの第二の球面板とが回転または滑動することで杭頭部が半固定状態の弾性ヒンジとして機能するが、常時において杭頭部で剛結合を実現する構造ではない。
【０００８】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、常時には杭頭部で剛結合により支持される構造物において所定の地震動以上の地震時には慣性力を小さくして構造物の耐震性を向上できる杭頭結合構造およびその施工方法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】
【０００９】
上記目的を達成するための杭頭結合構造は、構造物が杭頭部で結合する杭頭結合構造であって、前記構造物は杭頭部でヒンジ構造により支持されるとともに前記構造物と前記杭とが前記杭頭部で固定部により固定されることで、常時は前記杭と前記構造物とが剛結合され、前記固定部は所定の地震動以上の地震時に前記杭頭部から離脱し易く構成され、前記地震時に前記固定部が離脱することで、前記剛結合が解除された状態で前記構造物が前記ヒンジ構造により支持されるように切り替わり、前記固定部は、前記地震時に破壊により自重で離脱するように構成されたものである。
上記目的を達成するための別の杭頭結合構造は、構造物が杭頭部で結合する杭頭結合構造であって、前記構造物を杭頭部で支持するヒンジ構造と、前記構造物と前記杭とを前記杭頭部で固定して常時は前記杭と前記構造物とを剛結合するとともに、所定の地震動以上の地震時に前記杭頭部から離脱し易く構成された固定部と、を備え、前記地震時に前記固定部が離脱することで、前記剛結合が解除された状態で前記構造物が前記ヒンジ構造により支持されるように切り替わり、前記杭頭部と前記構造物との間に弾性部材および／または弾塑性部材を配置したものである。
上記目的を達成するためのさらに別の杭頭結合構造は、構造物が杭頭部で結合する杭頭結合構造であって、前記構造物を杭頭部で支持するヒンジ構造と、前記構造物と前記杭とを前記杭頭部で固定して常時は前記杭と前記構造物とを剛結合するとともに、所定の地震動以上の地震時に前記杭頭部から離脱し易く構成された固定部と、を備え、前記地震時に前記固定部が離脱することで、前記剛結合が解除された状態で前記構造物が前記ヒンジ構造により支持されるように切り替わり、前記ヒンジ構造は、前記構造物から前記杭頭部へと延びる支持部材を備え、前記構造物が前記支持部材で前記杭頭部との間のヒンジ結合により支持され、前記杭頭部と前記支持部材との間に前記地震時に前記杭頭部と前記支持部材とが相対的に変位して滑り易く構成された滑り支承部を備えるものである。
【００１０】
この杭頭結合構造によれば、構造物は杭頭部でヒンジ構造により支持されかつ構造物と杭とが杭頭部で固定部により固定されて常時には杭と構造物とが杭頭部で剛結合しているが、所定の地震動以上の地震時に固定部が離脱することで、その剛結合が解除されて結合状態が剛結合からヒンジ構造によるヒンジ結合に切り替わる。このため、構造物の剛性が低下し杭頭部において杭と構造物とが回転等の相対変位が許容されることで、地震時の慣性力が小さくなって構造物の耐震性を向上させることができる。なお、前記所定の地震動とは、たとえば、レベル１地震動とすることができる。レベル１地震動とは、地震動の再現期間75年と当該施設の設計供用期間との関係から当該施設の設計供用期間中に発生する可能性の高いものをいう。
【００１１】
上記杭頭結合構造において、前記固定部は、前記地震時に破壊により自重で離脱するように構成されることで、簡単な構成で杭頭部における結合状態を剛結合からヒンジ結合へと切り替えることができる。
【００１２】
また、前記ヒンジ構造は、前記構造物から前記杭頭部へと延びる支持部材を備え、前記構造物が前記支持部材で前記杭頭部との間のヒンジ結合により支持されるように構成できる。
【００１３】
また、前記杭頭部と前記支持部材との間に前記地震時に前記杭頭部と前記支持部材とが相対的に変位して滑り易く構成された滑り支承部を備えることで、剛結合が解除された状態で滑り支承部において構造物が杭頭部で相対変位可能に支持されることができる。
【００１４】
また、前記滑り支承部は、前記杭頭部に設けられた凹状部と、前記凹状部にはまり込むように前記支持部材に設けられた凸状部と、を備えることが好ましい。
【００１５】
また、前記杭頭部と前記構造物との間に弾性部材および／または弾塑性部材を配置することで、地震エネルギーを吸収でき、杭頭免震構造を実現できる。
【００１６】
上記目的を達成するための杭頭結合構造の施工方法は、構造物が杭頭部で結合する杭頭結合構造を施工する方法であって、杭を打設し、前記杭の杭頭部でヒンジ構造により支持される構造物を前記杭頭部に設置し、前記杭に設置された底型枠と前記杭頭部の周囲と前記構造物の一部との間に低強度コンクリートを打設することで、前記構造物と前記杭とを前記杭頭部で固定することを特徴とする。
【００１７】
この杭頭結合構造の施工方法によれば、構造物を杭頭部でヒンジ構造により支持されるように設置し、杭に設置された底型枠と杭頭部の周囲と構造物の一部との間に低強度コンクリートを打設することで、構造物と杭とを杭頭部で固定する固定部を設置し、構造物を杭頭部において剛結合状態で支持できる。固定部は、低強度コンクリートからなるので、所定の地震動以上の地震時に破壊されて離脱し、杭頭部において剛結合からヒンジ構造によるヒンジ結合に切り替えることができる。このため、杭頭部で構造物が回転等の変位が許容されることにより、地震時の慣性力が小さくなって構造物の耐震性を向上させることができる。なお、所定の地震動とは、たとえばレベル１地震動に設定することができる。
【００１８】
上記杭頭結合構造の施工方法において、前記杭頭部に切欠部を設け、前記構造物に予め支持部材を配置し、前記構造物を前記杭頭部に設置したとき、前記支持部材が前記切欠部にはまり込んで前記ヒンジ構造を形成するようにできる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、常時には杭頭部で剛結合により支持される構造物において所定の地震動以上の地震時には慣性力を小さくして構造物の耐震性を向上できる杭頭結合構造およびその施工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の桟橋構造を概略的に示す側断面図である。
【図２】図１の桟橋構造（剛結合状態）に地震による水平方向の力が作用したときの様子を概略的に示す図である。
【図３】図１の桟橋構造（柔結合状態）に地震による水平方向の力が作用したときの様子を概略的に示す図である。
【図４】桟橋構造における固有周期と加速度応答との関係を概略的に示すグラフである。
【図５】本実施形態による杭頭結合構造を常時の剛結合状態で示す要部断面図（ａ）、剛結合が解除された状態で示す要部断面図（ｂ）および杭頭結合構造の要部上面図（ｃ）である。
【図６】図１の従来の桟橋構造における常時の剛結合状態の杭頭部を示す要部断面図（ａ）、水平方向の力が作用したときの様子を示す要部断面図（ｂ）および要部平面図（ｃ）である。
【図７】本実施形態による杭頭結合構造の施工方法の各工程（ａ）〜（ｆ）を示す図である。
【図８】本実施形態による杭頭結合構造の別の構成例を常時の剛結合状態で示す要部断面図（ａ）、剛結合が解除された状態で示す要部断面図（ｂ）および杭頭結合構造の要部上面図（ｃ）である。
【図９】図８の杭頭結合構造の滑り支承部を拡大して示す拡大断面図（ａ）および滑り支承部における滑りを示す拡大断面図（ｂ）〜（ｄ）である。
【図１０】本実施形態によるさらに別の杭頭結合構造を説明するための構造物の要部上面図（ａ）、b-b線方向に切断して見た要部断面図（ｂ）およびc-c線方向に切断して見た要部断面図（ｃ）である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。図５は本実施形態による杭頭結合構造を常時の剛結合状態で示す要部断面図（ａ）、剛結合が解除された状態で示す要部断面図（ｂ）および杭頭結合構造の要部上面図（ｃ）である。
【００２２】
図５（ａ）〜（ｃ）のように、本実施形態による杭頭結合構造１０は、鋼管杭１１に桟橋の上部工である構造物１２が杭頭で結合し支持され、桟橋を構成する。構造物１２の下側には、鋼管杭１１の位置に対応して、杭頭部１３が入り込む凹部１２ａが設けられ、凹部１２ａ内にＨ形鋼からなる支持部材１４が構造物１２の内部から延びるようにして固定されている。鋼管杭１１の上端には切欠部１１ａが設けられ、切欠部１１ａ内に支持部材１４がはまり込んで鋼管杭１１の上端に載るようにしてヒンジ構造が構成される。
【００２３】
かかるヒンジ構造により、鋼管杭１１と構造物１２とは杭頭部１３において回転等の相対的変位が許容可能なヒンジ結合となる。鋼管杭１１と構造物１２とは杭頭部１３で主として図５（ａ）〜（ｃ）の横方向（図５（ｃ）の支持部材１４の長手方向と直交する方向）に相対的に変位する。
【００２４】
構造物１２は、プレキャストコンクリートブロック２２から構成され、その凹部１２ａ内に予めさや管１５が埋め込まれており、さや管１５の内周面にはゴム材料等からなる間隙部材１６が配置されている。図５（ａ）のように、鋼管杭１１に構造物１２が設置されると、間隙部材１６が杭頭部１３の外周面とさや管１５の内周面との隙間に位置し充填されることで、構造物１２や杭頭部１３における損傷防止を図ることができる。なお、杭頭部１３の上端を覆うように鋼製キャップ１８が配置されている。
【００２５】
構造物１２の凹部１２ａの下側には、下方に向けて拡がるように面取りされた面取部１９が設けられ、さや管１５の下部と面取部１９と杭頭部１３の外周面とから形成される空間には低強度コンクリートからなる固定キー１７が配置されている。固定キー１７は、常時は杭頭部１３を固定している。図５（ａ）のように、構造物１２と鋼管杭１１とが杭頭部１３で固定キー１７により固定されることで、常時は鋼管杭１１と構造物１２とが杭頭で剛結合される。かかる剛結合により、鋼管杭１１と構造物１２とが杭頭部１３で回転等の相対的変位をしないように結合される。
【００２６】
図５（ａ）の固定キー１７による剛結合状態において、図５（ｂ）のように、ひとたび、地震のような水平方向に繰り返し変位する力が地震方向Ｈに作用すると、鋼管杭１１を固定していた低強度の固定キー１７が圧縮破壊および／または面取部１９の面取方向のせん断破壊により外れ、自重により落下し離脱する。これによって、図５（ａ）の剛結合状態が解除され、鋼管杭１１と構造物１２とが杭頭部１３において支持部材１４でのみヒンジ結合された図５（ｂ）のヒンジ結合状態に切り替わる。
【００２７】
固定キー１７が杭頭部１３から離脱するのは、所定の地震動以上のときに設定され、たとえば、レベル１地震動以上のときに設定される。すなわち、レベル１地震動以上の地震時に固定キー１７が圧縮破壊および／またはせん断破壊し脱落するような比較的低強度のコンクリートを用いて固定キー１７が構成される。レベル１地震動とは、地震動の再現期間75年と当該施設の設計供用期間との関係から当該施設の設計供用期間中に発生する可能性の高いものをいう。以上から、本明細書で「常時」とは、レベル１地震動未満の低レベルの地震時を含む。
【００２８】
固定キー１７を構成する低強度コンクリートは、セメントの配合量を少なくすることで作ることができる。図５（ａ）の構造において、たとえばレベル１地震動のとき、杭頭モーメント、杭径、杭のコンクリートブロック内への根入れ長さ、固定キーの長さ等のパラメータから、固定キー１７に加わる圧縮力を算定し、この圧縮力で圧縮破壊するコンクリートの圧縮強度を求めると、たとえば、5〜10N/mm2程度であり、通常のコンクリートの圧縮強度と比べてかなり低い。コンクリートの圧縮強度がこの程度となるようにセメントの配合量を調整することで、低強度コンクリートを得ることができる。
【００２９】
なお、桟橋の耐震設計では、桟橋法線直角方向の地震力に対して耐震性を求められることが多いため、図５（ｂ）（ｃ）の地震方向Ｈは桟橋法線方向Ｐと直交する方向に設定される。すなわち、杭頭結合構造１０は、図５（ｃ）のように、支持部材１４の長手方向が桟橋法線方向Ｐと一致するように構成される。
【００３０】
図６は、図１の従来の桟橋構造における常時の剛結合状態の杭頭部を示す要部断面図（ａ）、地震により方向Ｈの力が作用したときの様子を示す要部断面図（ｂ）および要部平面図（ｃ）である。図６（ａ）のように、構造物（上部工）３と杭頭部４とが剛結合されて一体になっている状態で、図６（ｂ）のように地震時に水平に方向Ｈに力が作用すると、図２のように揺れ、杭全体の中で杭頭モーメントが最も大きくなるとともに、剛結合状態時には図４のように固有周期が比較的短いので加速度応答α１が比較的大きく、設計震度kh1が比較的大きい。このため、桟橋構造に加わる地震による慣性力は比較的大きくなってしまう。
【００３１】
これに対し、本実施形態による杭頭結合構造１０によれば、常時には、図５（ａ）のように桟橋構造は杭頭部１３が剛結合状態であるが、レベル１地震動以上の地震時には図５（ｂ）のように固定キー１７が脱落し、杭頭部１３がヒンジ結合状態に切り替わり、ヒンジ結合時には桟橋構造の剛性が低下し、図４のように、固有周期が比較的長くなるので、加速度応答α２が比較的小さくなり、設計震度kh2が比較的小さくなる。このため、桟橋構造に加わる地震による慣性力は図６の場合と比べて小さくなる。このように、本実施形態による杭頭結合構造１０を有する桟橋構造は耐震性を向上できる。
【００３２】
また、杭頭部１３の周りに配置されたゴム材料等からなる間隙部材１６は、その周囲における損傷防止の効果を奏するが、たとえば、減衰効果のある弾性材料や弾塑性材料からなる減衰材料から構成することで、損傷防止効果に加えて、地震エネルギー吸収効果を得ることができ、地震時に杭頭部１３において免震効果を得ることができる。すなわち、杭頭結合構造１０において杭頭免震構造を実現できる。かかる減衰材料としては、たとえば、ゴム材料に充填材を添加して高エネルギー吸収性能のある材料を用いることができるが、これに限定されるものではない。
【００３３】
次に、本実施形態による杭頭結合構造の施工方法について図７を参照して説明する。図７は、本実施形態による杭頭結合構造の施工方法の各工程（ａ）〜（ｆ）を示す図である。
【００３４】
図７（ａ）のように、必要本数の鋼管杭１１を水底に打設し、図７（ｂ）のように、杭頭部１３に切欠部１１ａを設けるとともに、固定キー１７の造成のために底型枠２１を鋼管杭１１の外周面の所定位置に取り付ける。
【００３５】
次に、図７（ｃ）のように構造物１２を構成するプレキャストコンクリートブロック２２をワイヤ２６でクレーン（図示省略）により吊り下げて、ブロック２２の貫通孔１２ａに鋼管杭１１の杭頭部１３が入り込むようにして設置する。これにより、ブロック２２に固定された支持部材１４が杭頭部１３の切欠部１１ａ内にはまり込み、ヒンジ構造が形成される。
【００３６】
なお、図７（ｃ）のプレキャストコンクリートブロック２２は、貫通孔１２ａ内に支持部材１４が半径方向に延びるように配置され（図５（ｃ）参照）、貫通孔１２ａの内周面にはさや管１５が埋め込まれ、さや管１５の内周面には間隙部材１６が配置されるようにして、たとえば、工場等で別途、製作される。
【００３７】
次に、図７（ｄ）のように、プレキャストコンクリートブロック２２の貫通孔１２ａの下部において、底型枠２１と杭頭部１３の周囲とブロック２２の面取部１９とから形成される空間１７ａにコンクリート打設ホース２３を設置し、空間１７ａ内に低強度コンクリートを打設する。
【００３８】
次に、図７（ｅ）のように、低強度コンクリートの打設後、底型枠２１およびコンクリート打設ホース２３を撤去する。この低強度コンクリートの打設により固定キー１７が形成され、杭頭部１３が剛結合状態とされる。また、ゴム材料等からなる間隙部材１６が杭頭部１３の外周とさや管１５の内周との間に位置し、この隙間に充填される。
【００３９】
次に、図７（ｆ）のように、杭頭部１３の上端においてさや管１５の頭部に鋼製キャップ１８をはめ込んでから、プレキャストコンクリートブロック２２の上面に床板２４を設置することで、杭頭結合構造１０が完成する。なお、さや管１５の頭部に配置したキャップ１８は、後のメンテナンス時に外されて、メンテナンスが可能になっている。
【００４０】
以上のような各工程が繰り返されて複数のプレキャストコンクリートブロック２２が鋼管杭１１に設置されることで、図５（ａ）、図７（ｅ）の杭頭結合構造１０による桟橋が完成する。
【００４１】
次に、本実施形態による杭頭結合構造の別の構成例について図８，図９を参照して説明する。図８は、本実施形態による杭頭結合構造の別の構成例を常時の剛結合状態で示す要部断面図（ａ）、剛結合が解除された状態で示す要部断面図（ｂ）および杭頭結合構造の要部上面図（ｃ）である。図９は、図８の杭頭結合構造の滑り支承部を拡大して示す拡大断面図（ａ）および滑り支承部における滑りを示す拡大断面図（ｂ）〜（ｄ）である。
【００４２】
図８（ａ）〜（ｃ）のように、杭頭結合構造３０は、杭頭部１３と支持部材１４との間に地震時に杭頭部１３と支持部材１４とが相対的に変位して滑り易く構成された滑り支承部３１を備える。滑り支承部３１は、図９（ａ）のように、杭頭部１３に設けられた凹状部３２と、凹状部３２にはまり込むように支持部材１４に設けられた凸状部３３と、凹状部３２と凸状部３３との間に設けられた滑り容易部３４と、を有する。
【００４３】
滑り容易部３４は、滑り性のよいポリテトラフルオロエチレン等からなるフッ素樹脂から薄膜に形成でき、鋼管杭１１の内部には中詰めコンクリート２５が充填されているが、たとえば、凹状部３２のコンクリート面上にフッ素樹脂シート等による加工を施すことで形成できる。
【００４４】
また、Ｈ形鋼等からなる支持部材１４の凸状部３３は、たとえば下側のフランジ面に設けられるが、このフランジ面に、たとえばステンレス鋼製のシートを張り付けて凹状部３２の滑り容易部３４との間の摩擦を低減することで、滑り容易部３４において地震時に滑り易くなっている。
【００４５】
上述のように、滑り支承部３１では杭頭部１３と支持部材１４とが凹状部３２と凸状部３３とにおいて図９（ａ）の横方向に相対的に滑り易い滑り構造が形成される。かかる滑り構造により、杭頭部１３と支持部材１４とは、図８（ｃ）の支持部材１４の長手方向に相対移動するようにして滑る。この滑り方向が、図８（ｂ）（ｃ）の水平の地震方向Ｈと一致する。すなわち、図８（ｂ）（ｃ）の地震方向Ｈは桟橋法線方向Ｐと直交する方向に設定されるので、杭頭結合構造３０は、図８（ｃ）のように、支持部材１４の長手方向（滑り方向）が桟橋法線方向Ｐと直交するように構成される。
【００４６】
また、図８（ａ）のように、構造物１２の凹部１２ａの下部において杭頭部１３の外周面と面取部１９との間に図５と同様に、低強度コンクリートからなる固定キー１７が配置されることで杭頭部１３が剛結合状態とされる。
【００４７】
図８（ａ）〜（ｃ）の杭頭結合構造３０によれば、常時には、図８（ａ）のように桟橋構造は杭頭部１３が剛結合状態であるが、たとえばレベル１地震動以上の地震時には図８（ｂ）のように固定キー１７が脱落し、杭頭部１３が剛結合状態から滑り結合状態に切り替わる。このように、地震時に剛結合が解除された滑り結合状態では、滑り支承部３１において構造物１２が杭頭部１３で相対変位可能に支持されており、図９（ｂ）の横方向に支持部材１４が地震方向Ｈ１に応じて杭頭部１３に対し相対的に滑り変位し、また、逆の地震方向Ｈ２に応じて図９（ｃ）のように逆方向に相対的に滑り変位する。
【００４８】
上述のような滑り結合時には桟橋構造の剛性が低下し、図４のように、固有周期が比較的長くなるので、加速度応答α２が比較的小さくなり、設計震度kh2が比較的小さくなる。このため、桟橋構造に加わる地震による慣性力は図６の場合と比べて小さくなる。このように、杭頭結合構造３０を有する桟橋構造は耐震性を向上できる。
【００４９】
また、滑り支承部３１を凹状部３２と凸状部３３との凹凸構造としたので、地震後に構造物１２は、図９（ｄ）のような復元力ｆが作用することで常時のポジションへ容易に復元することができる。
【００５０】
上述の杭頭結合構造３０において地震時における杭頭部１３と支持部材１４との相対的な滑り方向は、図８（ｃ）の地震方向Ｈ（桟橋法線方向Ｐと直交する方向）と一致するが、機構上、かかる滑り構造に加えて、図５と同様に支持部材１４が杭頭部１３に対しヒンジ構造を形成するようにし、図９（ｄ）の地震方向Ｈと直交する方向Ｈ’の地震時に、このヒンジ構造による相対的変位が生じるように構成することで、桟橋法線方向Ｐと直交する方向および桟橋法線方向Ｐの２方向においてヒンジ構造および滑り構造による相対的変位が可能なように構成できる。
【００５１】
上記２方向の相対的変位可能な杭頭結合構造の具体的な構成例について図１０を参照して説明する。図１０は、本実施形態によるさらに別の杭頭結合構造を説明するための構造物の要部上面図（ａ）、b-b線方向に切断して見た要部断面図（ｂ）およびc-c線方向に切断して見た要部断面図（ｃ）である。
【００５２】
図１０（ａ）〜（ｃ）の杭頭結合構造５０は、図１０（ｂ）のように図５（ａ）と同一構成のヒンジ構造を有するとともに、図１０（ｃ）のように図８（ａ）と同一構成の滑り構造を有する。また、図５，図８と同様に、常時は固定キー１７により杭頭部１３は剛結合状態であり、所定の地震動レベルの地震時に固定キー１７が脱落することで、滑り結合状態に切り替わる。
【００５３】
杭頭結合構造５０における図１０（ｂ）のヒンジ構造による相対的変位の方向は、桟橋法線方向Ｐと直交する方向Ｐ’と一致し、図１０（ｃ）の滑り構造による相対的滑り変位の方向は、桟橋法線方向Ｐと一致する。このため、杭頭結合構造５０は、桟橋法線方向Ｐおよびその直交方向Ｐ’の２方向の地震に対応することができる。このように、杭頭結合構造５０によれば、桟橋法線方向Ｐおよびその直交方向Ｐ’の２方向に適用可能な桟橋構造を実現することができる。
【００５４】
なお、本実施形態の杭頭結合構造における剛結合とは、杭と構造物とが杭頭部で回転等の相対的変位をしない状態とされて水平方向の力に対し杭頭部での曲げモーメントが最大となるのに対し、図３のような柔結合では杭頭部である程度の相対的変位が許容されて曲げモーメントが低下し、また、ヒンジ結合では杭頭部での回転等の相対的変位が理論的に自由であり曲げモーメントが零である。本実施形態におけるヒンジ結合状態では、その曲げモーメントが剛結合状態から切り替わる途中で低下し柔結合状態を経て、さらに低下してほぼ零になる。また、滑り構造における杭頭部の曲げモーメントはヒンジ結合と同様にほぼ零である。
【００５５】
以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。たとえば、本実施形態による杭頭結合構造は、桟橋等の水上構造物に適用したが、これに限定されず、たとえば、水中構造物に適用してもよく、また、陸上構造物に適用してもよい。陸上構造物に適用する場合は、地震時における固定キーの離脱に対する対策を必要に応じて講じる。
【００５６】
また、本実施形態では、固定キー１７の形状は、構造物１２側の面取部１９の形状に対応して断面が台形状であったが、これに限定されず、たとえば、面取部１９を省略した場合、断面が長方形状であってもよい。また、図５，図１０における間隙部材１６は、省略することもできる。
【００５７】
また、本実施形態の施工方法では、図７（ｂ）の鋼管杭１１の切欠部１１ａの形成および底型枠２１の取り付けを鋼管杭１１の打設後に行ったが、本発明はこれに限定されず、鋼管杭１１の打設前に切欠部１１ａおよび底型枠２１の少なくともいずれかを施工するようにしてもよい。
【００５８】
また、本実施形態による杭頭結合構造において所定の地震動以上の地震により固定キーが離脱した場合、その後のメンテナンスにおいて、再度低強度コンクリートを打設して固定キーを形成することで、当初の剛結合状態に復帰させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の杭頭結合構造によれば、常時には杭頭で剛結合により支持される構造物において所定の地震動以上の地震時には慣性力を小さくして構造物の耐震性を向上できるので、耐震性の優れた構造物を実現することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０、３０，５０ 杭頭結合構造
１１ 鋼管杭
１１ａ 切欠部
１２ 構造物、上部工
１２ａ 凹部、貫通孔
１３ 杭頭部
１４ 支持部材
１５ さや管
１６ 間隙部材
１７ 固定キー（固定部）
１９ 面取部
２１ 底型枠
２２ プレキャストコンクリートブロック
３１ 滑り支承部
３２ 凹状部
３３ 凸状部
３４ 滑り容易部
Ｈ，Ｈ’，Ｈ１，Ｈ２ 地震方向
Ｐ 桟橋法線方向
Ｐ’ 桟橋法線方向Ｐと直交する方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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