(57)【要約】 【課題】アンボンド処理を行わずとも杭頭接合部の固定度を低減させるとともに、固定度低減に応じた適切な設計を行う。【解決手段】本発明に係る杭の設計方法においては、接合材の仕様を設定し、杭頭部での許容曲げモーメントＭaを評価し、Ｍaが杭頭に作用したときの杭頭回転角θを（１-ａ）式で算出し、杭頭回転角θを用いて回転剛性Ｋθを（２）式で算出し、回転剛性Ｋθを用いて発生曲げモーメントＭθを算出し、Ｍθが（４）式を満たすかどうかを判定し、さらにＭaがＭθよりも過剰に大きすぎないかを判定し、さらに、杭５の許容曲げモーメントＭpaが曲げモーメントＭpよりも過剰に大きすぎないかを判定する。【選択図】  図１
2008208517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の接合材を介して頭部が上部構造物に接合され該上部構造物を支持する杭を設計する方法であって、
前記接合材を、前記杭の頭部に設けられた端板に接合される固定度低減用平板と、該固定度低減用平板に立設され前記上部構造物に埋設されるアンカーボルトとから構成するとともに、水平力が前記上部構造物から前記杭の頭部に作用したとき、前記固定度低減用平板が面外に曲げ変形して前記杭の頭部が回転するように構成し、
前記接合材の仕様を設定し、
前記杭の頭部における許容曲げモーメントＭaを評価し、
該許容曲げモーメントＭaが前記杭の頭部に作用したときの杭頭回転角θを、次式、
θ＝（Δb＋Δｐ）／（Ｄp／２＋ｒs−ｘno）  （１−ａ）
Δｂ；引張側のアンカーボルトの伸び量
Δｐ；固定度低減用平板の曲げ変形量
Ｄp；杭の外径
ｒs；アンカーボルトの配置半径
ｘno；断面の圧縮縁から中立軸位置までの距離
で算出し、
算出された杭頭回転角θを用いて回転剛性Ｋθを、次式、
Ｋθ＝Ｍa／θ        （２）
によって算出し、
算出された回転剛性Ｋθを用いて発生曲げモーメントＭθを算出し、
該低減された発生曲げモーメントＭθを用いて前記接合材の仕様を決定することを特徴とする杭の設計方法。
【請求項２】
前記（１−ａ）式に代えて、
θ＝（Δb＋Δｐ＋Δα）／（Ｄp／２＋ｒs−ｘno）  （１′−ａ）
Δα；パイルキャップ（上部構造物のうち、アンカーボルトが埋設され              る杭頭近傍箇所）の圧縮変形量又は回転変形量
とする請求項１記載の杭の設計方法。
【請求項３】
所定の接合材を介して頭部が上部構造物に接合され該上部構造物を支持する杭を設計する方法であって、
前記接合材を、前記杭の頭部に設けられた端板に取り付けられる固定度低減部材と、該固定度低減部材に取り付けられ前記上部構造物に埋設されるアンカーボルトとから構成するとともに、前記端板への取付け箇所と前記アンカーボルトへの取付け箇所との間において前記固定度低減部材に段差部、立ち上がり部等の非平坦部を形成してなり、水平力が前記上部構造物から前記杭の頭部に作用したとき、前記固定度低減部材が曲げ変形して前記杭の頭部が回転するように構成し、
前記接合材の仕様を設定し、
前記杭の頭部における許容曲げモーメントＭaを評価し、
該許容曲げモーメントＭaが前記杭頭接合部に作用したときの杭頭回転角θを、次式、
θ＝（Δb＋Δpb）／（Ｄp／２＋ｒs−ｘno）  （１−ｂ）
Δｂ；引張側のアンカーボルトの伸び量
Δpb；固定度低減部材の曲げ変形量
Ｄp；杭の外径
ｒs；アンカーボルトの配置半径
ｘno；断面の圧縮縁から中立軸位置までの距離
で算出し、
算出された杭頭回転角θを用いて回転剛性Ｋθを、次式、
Ｋθ＝Ｍa／θ        （２）
によって算出し、
算出された回転剛性Ｋθを用いて発生曲げモーメントＭθを算出し、
該低減された発生曲げモーメントＭθを用いて前記接合材の仕様を決定することを特徴とする杭の設計方法。
【請求項４】
前記（１−ｂ）式に代えて、
θ＝（Δb＋Δpb＋Δα）／（Ｄp／２＋ｒs−ｘno）  （１′−ｂ）
Δα；パイルキャップ（上部構造物のうち、アンカーボルトが埋設され              る杭頭近傍箇所）の圧縮変形量又は回転変形量
とする請求項３記載の杭の設計方法。
【請求項５】
所定の接合材を介して頭部が上部構造物に接合され該上部構造物を支持する杭を設計する方法であって、
前記接合材を、一方の側に延びる直線部が前記杭の頭部に設けられた端板に取り付けられ、Ｌ字状固定度低減部を介して他方の側に延びる直線部が前記上部構造物に埋設されるアンカーボルトとなるように構成するとともに、水平力が前記上部構造物から前記杭の頭部に作用したとき、前記Ｌ字状固定度低減部が曲げ変形して前記杭の頭部が回転するように構成し、
前記接合材の仕様を設定し、
前記杭の頭部における許容曲げモーメントＭaを評価し、
該許容曲げモーメントＭaが前記杭の頭部に作用したときの杭頭回転角θを、次式、
θ＝（Δb＋Δpl）／（Ｄp／２＋ｒs−ｘno）  （１−ｃ）
Δｂ；引張側のアンカーボルトの伸び量
Δpl；Ｌ字状固定度低減部の曲げ変形量
Ｄp；杭の外径
ｒs；アンカーボルトの配置半径
ｘno；断面の圧縮縁から中立軸位置までの距離
で算出し、
算出された杭頭回転角θを用いて回転剛性Ｋθを、次式、
Ｋθ＝Ｍa／θ        （２）
によって算出し、
算出された回転剛性Ｋθを用いて発生曲げモーメントＭθを算出し、
該低減された発生曲げモーメントＭθを用いて前記接合材の仕様を決定することを特徴とする杭の設計方法。
【請求項６】
前記（１−ｃ）式に代えて、
θ＝（Δb＋Δpl＋Δα）／（Ｄp／２＋ｒs−ｘno）  （１′−ｃ）
Δα；パイルキャップ（上部構造物のうち、アンカーボルトが埋設され              る杭頭近傍箇所）の圧縮変形量又は回転変形量
とする請求項５記載の杭の設計方法。
【請求項７】
所定の接合材を介して頭部が上部構造物に接合され該上部構造物を支持する杭を設計する方法であって、
前記接合材を、前記杭の頭部に設けられた端板と、該端板に立設され前記杭で支持される上部構造物に埋設されるアンカーボルトとから構成するとともに、水平力が前記上部構造物から前記杭の頭部に作用したとき、前記端板が面外に曲げ変形して前記杭の頭部が回転するように構成し、
前記接合材の仕様を設定し、
前記杭の頭部における許容曲げモーメントＭaを評価し、
該許容曲げモーメントＭaが前記杭頭接合部に作用したときの杭頭回転角θを、次式、
θ＝（Δb＋Δpe）／（Ｄp／２＋ｒs−ｘno）  （１−ｄ）
Δｂ；引張側のアンカーボルトの伸び量
Δpe；端板の曲げ変形量
Ｄp；杭の外径
ｒs；アンカーボルトの配置半径
ｘno；断面の圧縮縁から中立軸位置までの距離
で算出し、
算出された杭頭回転角θを用いて回転剛性Ｋθを、次式、
Ｋθ＝Ｍa／θ        （２）
によって算出し、
算出された回転剛性Ｋθを用いて発生曲げモーメントＭθを算出し、
該低減された発生曲げモーメントＭθを用いて前記接合材の仕様を決定することを特徴とする杭の設計方法。
【請求項８】
前記（１−ｄ）式に代えて、
θ＝（Δb＋Δpe＋Δα）／（Ｄp／２＋ｒs−ｘno）  （１′−ｄ）
Δα；パイルキャップ（上部構造物のうち、アンカーボルトが埋設され              る杭頭近傍箇所）の圧縮変形量又は回転変形量
とする請求項７記載の杭の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭頭に生じる曲げモーメントを低減可能な杭頭接合部を設計する際に用いられる杭の設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
杭基礎には支持杭形式と摩擦杭形式とがあり、前者は、良質な支持層が地下深くにある場合に該支持層まで打ち込んだ杭の上に上部構造物を構築することによって、構造物重量を支持層で安定支持する形式であり、後者は、良質な支持層がない場合に周辺地盤との摩擦力によって上部構造物を支持する形式の基礎形式である。
【０００３】
これらの杭は、その杭頭にて上部構造物の基礎スラブや基礎梁に接合されるが、かかる接合部においては、長期荷重として圧縮力が作用するほか、地震時には、上部構造物の転倒モーメントに起因する引抜き力、水平力に起因するせん断力あるいは曲げモーメントが作用する。
【０００４】
そして、上部構造物がきわめて大きな地震に遭遇した場合には、杭頭に過大なせん断力や曲げモーメントが作用し、杭の破壊ひいては上部構造物の倒壊といった不測の事態を招くおそれがある。
【０００５】
そこで、最近では、杭頭で発生する曲げモーメントを低減すべく、杭頭の端板に立設された異形スタッドの一部を切削加工したり、杭頭鉄筋の一部を筒体（シース管、スリーブ）内に配置したり、アンカーボルトにアスファルトを塗布したりすることで、基礎スラブを構成するコンクリートと異形スタッドや杭頭鉄筋あるいはアンカーボルトとの付着力を弱めあるいは付着を切る、いわゆるアンボンド処理が行われるようになってきた。
【０００６】
かかるアンボンド処理を行うことにより、杭頭に発生する曲げモーメントを低減することが可能となる。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１４４７６３
【特許文献２】特開２００２−３１７４５４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述したアンボンド処理は、異形スタッドを切削加工したり筒体を配置したりするのに手間とコストがかかり、経済的な観点で改善の余地があった。そして何より、異形スタッド、鉄筋あるいはアンカーボルトといった鋼棒がコンクリートの中性化等によって経年的に腐食膨張するとともに該腐食膨張に起因してコンクリートとの付着が生じ、その結果、アンボンド状態を長期間維持することは困難であるという問題を生じていた。
【０００９】
また、杭頭での回転変形を許容して発生曲げモーメントを低下させることが可能な構造を仮に採用することができたとしても、杭頭接合部を剛接とみなす従来の設計方法では、実際には固定度が１より小さいことが多いため、杭に生じる曲げモーメント分布が設計時のものと異なるものとなり、杭頭では設計値よりも小さくなるものの、中間部においては設計値より大きくなって、杭の破壊を招く懸念があるという問題を生じていた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、アンボンド処理を行わずとも杭頭接合部の固定度を低減させるとともに、固定度低減に応じた適切な設計を行うことが可能な杭の設計方法を提供することを目的とする。
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る杭の設計方法は請求項１に記載したように、所定の接合材を介して頭部が上部構造物に接合され該上部構造物を支持する杭を設計する方法であって、
【００１２】
前記接合材を、前記杭の頭部に設けられた端板に接合される固定度低減用平板と、該固定度低減用平板に立設され前記上部構造物に埋設されるアンカーボルトとから構成するとともに、水平力が前記上部構造物から前記杭の頭部に作用したとき、前記固定度低減用平板が面外に曲げ変形して前記杭の頭部が回転するように構成し、
【００１３】
前記接合材の仕様を設定し、
【００１４】
前記杭の頭部における許容曲げモーメントＭaを評価し、
【００１５】
該許容曲げモーメントＭaが前記杭の頭部に作用したときの杭頭回転角θを、次式、
【００１６】
θ＝（Δb＋Δｐ）／（Ｄp／２＋ｒs−ｘno）  （１−ａ）
【００１７】
Δｂ；引張側のアンカーボルトの伸び量
【００１８】
Δｐ；固定度低減用平板の曲げ変形量
【００１９】
Ｄp；杭の外径
【００２０】
ｒs；アンカーボルトの配置半径
【００２１】
ｘno；断面の圧縮縁から中立軸位置までの距離
【００２２】
で算出し、
【００２３】
算出された杭頭回転角θを用いて回転剛性Ｋθを、次式、
【００２４】
Ｋθ＝Ｍa／θ        （２）
【００２５】
によって算出し、
【００２６】
算出された回転剛性Ｋθを用いて発生曲げモーメントＭθを算出し、
【００２７】
該低減された発生曲げモーメントＭθを用いて前記接合材の仕様を決定するものである。
【００２８】
また、本発明に係る杭の設計方法は、前記（１−ａ）式に代えて、
【００２９】
θ＝（Δb＋Δｐ＋Δα）／（Ｄp／２＋ｒs−ｘno）  （１′−ａ）
【００３０】
Δα；パイルキャップ（上部構造物のうち、アンカーボルトが埋設され              る杭頭近傍箇所）の圧縮変形量又は回転変形量
【００３１】
とするものである。
【００３２】
また、本発明に係る杭の設計方法は請求項３に記載したように、所定の接合材を介して頭部が上部構造物に接合され該上部構造物を支持する杭を設計する方法であって、
【００３３】
前記接合材を、前記杭の頭部に設けられた端板に取り付けられる固定度低減部材と、該固定度低減部材に取り付けられ前記上部構造物に埋設されるアンカーボルトとから構成するとともに、前記端板への取付け箇所と前記アンカーボルトへの取付け箇所との間において前記固定度低減部材に段差部、立ち上がり部等の非平坦部を形成してなり、水平力が前記上部構造物から前記杭の頭部に作用したとき、前記固定度低減部材が曲げ変形して前記杭の頭部が回転するように構成し、
【００３４】
前記接合材の仕様を設定し、
【００３５】
前記杭の頭部における許容曲げモーメントＭaを評価し、
【００３６】
該許容曲げモーメントＭaが前記杭頭接合部に作用したときの杭頭回転角θを、次式、
【００３７】
θ＝（Δb＋Δpb）／（Ｄp／２＋ｒs−ｘno）  （１−ｂ）
【００３８】
Δｂ；引張側のアンカーボルトの伸び量
【００３９】
Δpb；固定度低減部材の曲げ変形量
【００４０】
Ｄp；杭の外径
【００４１】
ｒs；アンカーボルトの配置半径
【００４２】
ｘno；断面の圧縮縁から中立軸位置までの距離
【００４３】
で算出し、
【００４４】
算出された杭頭回転角θを用いて回転剛性Ｋθを、次式、
【００４５】
Ｋθ＝Ｍa／θ        （２）
【００４６】
によって算出し、
【００４７】
算出された回転剛性Ｋθを用いて発生曲げモーメントＭθを算出し、
【００４８】
該低減された発生曲げモーメントＭθを用いて前記接合材の仕様を決定するものである。
【００４９】
また、本発明に係る杭の設計方法は、前記（１−ｂ）式に代えて、
【００５０】
θ＝（Δb＋Δpb＋Δα）／（Ｄp／２＋ｒs−ｘno）  （１′−ｂ）
【００５１】
Δα；パイルキャップ（上部構造物のうち、アンカーボルトが埋設され              る杭頭近傍箇所）の圧縮変形量又は回転変形量
【００５２】
とするものである。
【００５３】
また、本発明に係る杭の設計方法は請求項５に記載したように、所定の接合材を介して頭部が上部構造物に接合され該上部構造物を支持する杭を設計する方法であって、
【００５４】
前記接合材を、一方の側に延びる直線部が前記杭の頭部に設けられた端板に取り付けられ、Ｌ字状固定度低減部を介して他方の側に延びる直線部が前記上部構造物に埋設されるアンカーボルトとなるように構成するとともに、水平力が前記上部構造物から前記杭の頭部に作用したとき、前記Ｌ字状固定度低減部が曲げ変形して前記杭の頭部が回転するように構成し、
【００５５】
前記接合材の仕様を設定し、
【００５６】
前記杭の頭部における許容曲げモーメントＭaを評価し、
【００５７】
該許容曲げモーメントＭaが前記杭の頭部に作用したときの杭頭回転角θを、次式、
【００５８】
θ＝（Δb＋Δpl）／（Ｄp／２＋ｒs−ｘno）  （１−ｃ）
【００５９】
Δｂ；引張側のアンカーボルトの伸び量
【００６０】
Δpl；Ｌ字状固定度低減部の曲げ変形量
【００６１】
Ｄp；杭の外径
【００６２】
ｒs；アンカーボルトの配置半径
【００６３】
ｘno；断面の圧縮縁から中立軸位置までの距離
【００６４】
で算出し、
【００６５】
算出された杭頭回転角θを用いて回転剛性Ｋθを、次式、
【００６６】
Ｋθ＝Ｍa／θ        （２）
【００６７】
によって算出し、
【００６８】
算出された回転剛性Ｋθを用いて発生曲げモーメントＭθを算出し、
【００６９】
該低減された発生曲げモーメントＭθを用いて前記接合材の仕様を決定するものである。
【００７０】
また、本発明に係る杭の設計方法は、前記（１−ｃ）式に代えて、
【００７１】
θ＝（Δb＋Δpl＋Δα）／（Ｄp／２＋ｒs−ｘno）  （１′−ｃ）
【００７２】
Δα；パイルキャップ（上部構造物のうち、アンカーボルトが埋設され              る杭頭近傍箇所）の圧縮変形量又は回転変形量
【００７３】
とするものである。
【００７４】
また、本発明に係る杭の設計方法は請求項７に記載したように、所定の接合材を介して頭部が上部構造物に接合され該上部構造物を支持する杭を設計する方法であって、
【００７５】
前記接合材を、前記杭の頭部に設けられた端板と、該端板に立設され前記杭で支持される上部構造物に埋設されるアンカーボルトとから構成するとともに、水平力が前記上部構造物から前記杭の頭部に作用したとき、前記端板が面外に曲げ変形して前記杭の頭部が回転するように構成し、
【００７６】
前記接合材の仕様を設定し、
【００７７】
前記杭の頭部における許容曲げモーメントＭaを評価し、
【００７８】
該許容曲げモーメントＭaが前記杭頭接合部に作用したときの杭頭回転角θを、次式、
【００７９】
θ＝（Δb＋Δpe）／（Ｄp／２＋ｒs−ｘno）  （１−ｄ）
【００８０】
Δｂ；引張側のアンカーボルトの伸び量
【００８１】
Δpe；端板の曲げ変形量
【００８２】
Ｄp；杭の外径
【００８３】
ｒs；アンカーボルトの配置半径
【００８４】
ｘno；断面の圧縮縁から中立軸位置までの距離
【００８５】
で算出し、
【００８６】
算出された杭頭回転角θを用いて回転剛性Ｋθを、次式、
【００８７】
Ｋθ＝Ｍa／θ        （２）
【００８８】
によって算出し、
【００８９】
算出された回転剛性Ｋθを用いて発生曲げモーメントＭθを算出し、
【００９０】
該低減された発生曲げモーメントＭθを用いて前記接合材の仕様を決定するものである。
【００９１】
また、本発明に係る杭の設計方法は、前記（１−ｄ）式に代えて、
【００９２】
θ＝（Δb＋Δpe＋Δα）／（Ｄp／２＋ｒs−ｘno）  （１′−ｄ）
【００９３】
Δα；パイルキャップ（上部構造物のうち、アンカーボルトが埋設され              る杭頭近傍箇所）の圧縮変形量又は回転変形量
【００９４】
とするものである。
【００９５】
本発明に係る杭の設計方法においては、まず、接合材の仕様を設定する。
【００９６】
ここで、第１の発明に係る接合材は、杭の頭部に設けられた端板に接合される固定度低減用平板と、該固定度低減用平板に立設され上部構造物に埋設されるアンカーボルトとから構成してあるとともに、水平力が上部構造物から杭の頭部に作用したとき、固定度低減用平板が面外に曲げ変形して杭の頭部が回転するように構成してある。
【００９７】
また、第２の発明に係る接合材は、杭の頭部に設けられた端板に取り付けられる固定度低減部材と、該固定度低減部材に取り付けられ上部構造物に埋設されるアンカーボルトとから構成してあるとともに、端板への取付け箇所とアンカーボルトへの取付け箇所との間において固定度低減部材に段差部、立ち上がり部等の非平坦部を形成してなり、水平力が上部構造物から杭の頭部に作用したとき、固定度低減部材が曲げ変形して杭の頭部が回転するように構成してある。
【００９８】
また、第３の発明に係る接合材は、一方の側に延びる直線部が前記杭の頭部に設けられた端板に取り付けられ、Ｌ字状固定度低減部を介して他方の側に延びる直線部が前記上部構造物に埋設されるアンカーボルトとなるように構成するとともに、水平力が上部構造物から杭の頭部に作用したとき、Ｌ字状固定度低減部が曲げ変形して杭の頭部が回転するように構成してある。
【００９９】
また、第４の発明に係る接合材は、杭の頭部に設けられた端板と、該端板に立設され杭で支持される上部構造物に埋設されるアンカーボルトとから構成するとともに、水平力が上部構造物から杭の頭部に作用したとき、端板が面外に曲げ変形して杭の頭部が回転するように構成してある。
【０１００】
杭は、ＰＲＣ杭、ＰＣ杭、ＰＨＣ杭、鋼管杭、ＲＣ杭、ＳＣ杭などの既製杭が主たる対象であるが、上述した各接合材を頭部に取り付けることができる限り、種類は任意であって場所打ち杭であってもかまわない。
【０１０１】
アンカーボルトは、所定の鋼材で形成された鋼棒を適宜採用することが可能であり、固定度低減用平板、固定度低減部材及び端板に立設する方法としては、溶接又は螺合のいずれかを選択することができる。また、アンカーボルトの断面形状については任意であるが、典型的には丸鋼を採用することができる。
【０１０２】
接合材のうち、固定度低減用平板、固定度低減部材及び端板の仕様は例えば、平面形状、厚み、鋼材種類、変形拘束位置、すなわち、アンカーボルトの設置位置をその内容とすることができる。アンカーボルトの仕様は例えば、取付け本数、径及び埋込み長を内容とすることが考えられる。なお、建物荷重、杭配置、地盤定数、入力地震動に応じた杭設計用せん断力、杭設計用短期軸力及び杭設計用曲げモーメントについては予め定めておく。
【０１０３】
接合材の仕様が設定されたならば、次に、杭の頭部における許容曲げモーメントＭaを評価する。
【０１０４】
ここで、杭の頭部における許容曲げモーメントＭaについては、公知の手順によって適宜算出することが可能であるとともに、実験等で得られた公知の知見に基づいて、適宜、修正を行ってもかまわない。本明細書では、低減率等の修正が反映されている場合も含めて、許容曲げモーメントＭaなる用語を用いるものとする。
【０１０５】
次に、許容曲げモーメントＭaが杭の頭部に作用したときの杭頭回転角θを、（１−ａ）式、（１−ｂ）式、（１−ｃ）式又は（１−ｄ）式で算出する。
【０１０６】
ここで、Δｂは上述したように、許容曲げモーメントＭaが杭の頭部に作用したときの引張側のアンカーボルトの伸び量であり、アンカーボルトの埋込み長や断面積、あるいは基礎部材との付着の度合い（アンボンドか、ボンドか）等を適宜勘案し、公知の方法で算出ないしは評価すればよい。
【０１０７】
Δｐ、Δpb、Δpl、Δpeはそれぞれ、許容曲げモーメントＭaが杭の頭部に作用したときの固定度低減用平板、固定度低減部材、Ｌ字状固定度低減部及び端板の曲げ変形による変形量であって、アンカーボルトの材軸方向に沿ったアンカーボルト位置での変形量であり、固定度低減用平板、固定度低減部材、Ｌ字状固定度低減部及び端板の形状、厚み等を適宜勘案し、公知の方法で算出ないしは評価すればよい。
【０１０８】
次に、算出された杭頭回転角θを用いて回転剛性Ｋθを、次式、
【０１０９】
Ｋθ＝Ｍa／θ        （２）
【０１１０】
によって算出する。
【０１１１】
ここで、回転剛性Ｋθは、許容曲げモーメントＭaに対応するいわば杭頭接合部のみの剛性であって、杭自体の剛性や地盤の剛性は含まれていない。
【０１１２】
次に、回転剛性Ｋθを用いて発生曲げモーメントＭθを算出する。発生モーメントＭθは、固定度を１とみなしていた従前の発生曲げモーメントＭ0に比べ、回転剛性Ｋθが考慮された分だけ低減されることとなる。なお、発生曲げモーメントＭθを算出する手法自体については公知の算出式を用いることが可能であり、例えば、杭が打設される地盤を均質地盤（一様地盤）とみなし得る場合には、次式、
【０１１３】
Ｍθ＝Ｍ0・Ｋθ／（ＥＩβ＋Ｋθ）                    （３）
【０１１４】
Ｍ0；  固定度を１とした場合の発生曲げモーメント
【０１１５】
ＥＩ；杭の曲げ剛性
【０１１６】
β；地盤条件と杭から定まる係数（杭の水平抵抗特性値）
【０１１７】
によって算出することができる。
【０１１８】
次に、このように算出された発生曲げモーメントＭθを用いて接合材の仕様を決定する。
【０１１９】
以上説明した杭の設計方法によれば、アンカーボルトの伸びと、固定度低減用平板、固定度低減部材、Ｌ字状固定度低減部又は端板の曲げ変形量とから杭頭接合部の回転変形を評価することにより、杭頭に発生する曲げモーメントを低減することが可能な接合材の仕様を定めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１２０】
以下、本発明に係る杭の設計方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１２１】
（第１実施形態）
【０１２２】
図１及び図２は、本実施形態に係る杭の設計方法を示したフローチャート、図３及び図４は、かかる設計方法の対象となる接合材及びそれを用いた杭頭接合構造を示した斜視図、平面図及び断面図である。
【０１２３】
図３及び図４でわかるように、本実施形態に係る接合材１は、固定度低減用平板２と該固定度低減用平板に立設されたアンカーボルト３とを備えるとともに、かかる接合材１を用いた杭頭接合構造４は、固定度低減用平板２を、ＰＨＣ杭である杭５の頭部６（以下、杭頭６）に設けられた端板７に重ねた状態でボルト１０で該端板に接合してあるとともに、杭５で支持される上部構造物８の基礎梁、基礎スラブ、柱型等の基礎部材９にアンカーボルト３を埋設して構成してある。
【０１２４】
固定度低減用平板２は、外半径Ｒ2が杭５の外半径ｒ2と等しく、内半径Ｒ1が杭５の内半径ｒ1よりも小さな円環状の鋼材で形成してあり、杭５のＰＣ鋼線設置位置に対応する箇所に穿孔された挿通孔１１にボルト１０を挿通し端板２に形成されたボルト孔１２にねじ込むことで、端板７に固定できるようになっている。
【０１２５】
固定度低減用平板２には、アンカーボルト３が挿通されるボルト孔１３を設けてあり、該ボルト孔にアンカーボルト３を挿通してナット１４，１４を螺合することでアンカーボルト３を固定度低減用平板２に立設できるようになっている。
【０１２６】
ここで、ボルト孔１３は、杭５の断面中心からの距離、換言すればアンカーボルト３の取付け半径Ｒが杭５の内径ｒ1よりも小さくなるように位置決めしてある。そして、かかる構成により、アンカーボルト３の立設位置は、杭５の内周面よりも内側となる。
【０１２７】
本実施形態に係る杭頭接合構造４及びそれに用いる接合材１は、上述した構成により、地震時水平力が上部構造物９から杭頭６に作用したとき、杭頭６の端板７に重ねて接合してある固定度低減用平板２は、図５に示すように面外に曲げ変形するとともに、それに伴って杭頭６に回転変形が生じる。
【０１２８】
したがって、基礎部材９に対する杭頭６の接合度は緩和され、いわゆる半剛接合となる。加えて、杭頭６の回転角θに対する発生曲げモーメントＭ、換言すれば杭頭６における回転剛性は、固定度低減用平板２の面外曲げ剛性として評価することが可能となる。
【０１２９】
本実施形態に係る杭の設計方法においては、まず、杭５の仕様と、アンカーボルト３の仕様と、固定度低減用平板２の仕様とを設定する（ステップ１０１）。
【０１３０】
ここで、杭５の仕様は、杭径をその内容とし、アンカーボルト３の仕様は、取付け本数、径及び埋込み長を内容とし、固定度低減用平板２の仕様は、平面形状、厚み、鋼材種類、変形拘束位置、すなわち、アンカーボルト３の設置位置（ボルト孔１３の位置）をその内容とする。
【０１３１】
また、建物荷重や地盤条件等を考慮して杭配置を適宜決定するとともに、設計対象となる杭６に作用する軸力Ｎ（最大軸力Ｎmax、最小軸力Ｎmin）を予め定めておく。地盤条件は例えばボーリング調査を行ってＮ値を調べればよい。杭設計用せん断力、杭設計用短期軸力及び杭設計用曲げモーメントについても、入力地震動に応じて予め算出しておく。
【０１３２】
杭５の仕様と、アンカーボルト３の仕様と、固定度低減用平板２の仕様とが設定されたならば、次に、杭の頭部における許容曲げモーメントＭaを評価する（ステップ１０２）。なお、許容曲げモーメントＭaについては、公知の手順によって適宜算出すればよい。
【０１３３】
次に、図６に示すように、許容曲げモーメントＭaが杭頭に作用したときの杭頭回転角θを、次式、
【０１３４】
θ＝（Δb＋Δｐ）／（Ｄp／２＋ｒs−ｘno）  （１−ａ）
【０１３５】
Δｂ；引張側のアンカーボルトの伸び量
【０１３６】
Δｐ；固定度低減用平板の曲げ変形量
【０１３７】
Ｄp；杭の外径
【０１３８】
ｒs；アンカーボルトの配置半径
【０１３９】
ｘno；断面の圧縮縁から中立軸位置までの距離
【０１４０】
で算出する（ステップ１０３）。
【０１４１】
ここで、Δｂは上述したように、許容曲げモーメントＭaが杭６の頭部に作用したときの引張側のアンカーボルト３の伸び量であり、基礎部材９へのアンカーボルト３の埋込み長や断面積、あるいは基礎部材９との付着の度合い（アンボンドか、ボンドか）等を適宜勘案し、公知の方法で算出ないしは評価すればよい。
【０１４２】
Δｐは、許容曲げモーメントＭaが杭頭６に作用したときの固定度低減用平板２の曲げ変形による変形量であって、アンカーボルト３の材軸方向に沿ったアンカーボルト位置での変形量であり、固定度低減用平板２の形状、厚み等を適宜勘案し、公知の方法で算出ないしは評価すればよい。
【０１４３】
次に、算出された杭頭回転角θを用いて回転剛性Ｋθを、次式、
【０１４４】
Ｋθ＝Ｍa／θ        （２）
【０１４５】
によって算出する（ステップ１０４）。
【０１４６】
ここで、回転剛性Ｋθは、許容曲げモーメントＭaに対応するいわば杭頭接合部のみの剛性であって、杭自体の剛性や地盤の剛性は含まれていない。
【０１４７】
次に、算出された回転剛性Ｋθを用いて発生曲げモーメントＭθを算出するが、本実施形態では、杭が打設される地盤を均質地盤（一様地盤）であるとみなし得るものとし、次式、
【０１４８】
Ｍθ＝Ｍ0・Ｋθ／（ＥＩβ＋Ｋθ）                    （３）
【０１４９】
Ｍ0；  固定度を１とした場合の発生曲げモーメント
【０１５０】
ＥＩ；杭の曲げ剛性
【０１５１】
β；地盤条件と杭から定まる係数（杭の水平抵抗特性値）
【０１５２】
によって算出する（ステップ１０５）。
【０１５３】
次に、このように算出された発生曲げモーメントＭθは、杭頭接合部の回転剛性が考慮されかつ杭自体の剛性や地盤の剛性も考慮された値であるため、許容曲げモーメントＭaとは一致しない。
【０１５４】
そのため、低減された発生曲げモーメントＭθが、次式、
【０１５５】
Ｍθ≦Ｍa                        （４）
【０１５６】
を満たすかどうかを判定する（ステップ１０６）。
【０１５７】
次に、（４）式が成立しない場合（ステップ１０６、NO）、杭５の仕様、アンカーボルト３の仕様及び固定度低減用平板２の仕様のうち、少なくともいずれかの仕様を再設定し（ステップ１０７）、ステップ１０２以降のステップを繰り返す。
【０１５８】
一方、上記判定において（４）式が成立する場合（ステップ１０６、YES）、さらに、ＭaがＭθよりも過剰に大きすぎないか、換言すればオーバースペックになっていないかどうかを判定し、オーバースペックになっていると判断できる場合（ステップ１０８、NO）、杭５の仕様、アンカーボルト３の仕様及び固定度低減用平板２の仕様のうち、少なくともいずれかの仕様を再設定し（ステップ１０９）、ステップ１０２以降のプロセスを繰り返す。
【０１５９】
一方、オーバースペックになっていないと判断できる場合（ステップ１０８、YES）、低減された発生曲げモーメントＭθ及び杭設計用せん断力Ｓを用いて杭５に発生する曲げモーメントＭPを算出し、
【０１６０】
曲げモーメントＭp≦杭５の許容曲げモーメントＭpa              （５）
【０１６１】
が杭５の全長にわたって成立するかどうかを判定する（ステップ１１０）。
【０１６２】
次に、（５）式が成立しない場合（ステップ１１０、NO）、杭５の仕様、アンカーボルト３の仕様及び固定度低減用平板２の仕様のうち、少なくともいずれかの仕様を再設定し（ステップ１１１）、ステップ１０２以降のステップを繰り返す。
【０１６３】
ここで、杭５の本体に発生する曲げモーメントＭpが、杭５の許容曲げモーメントＭpaより大きい場合、杭の曲げモーメント分布は、杭頭ではなく杭中間部で大きくなっている。そのため、杭５の仕様、アンカーボルト３の仕様及び固定度低減用平板２の仕様のうち、少なくともいずれかの仕様を再設定してやればよい。
【０１６４】
一方、（５）式が成立する場合（ステップ１１０、YES）、さらに、杭５の許容曲げモーメントＭpaが曲げモーメントＭpよりも過剰に大きすぎないか、換言すればオーバースペックになっていないかどうかを判定し、オーバースペックになっていると判断できる場合（ステップ１１２、NO）、杭５の仕様、アンカーボルト３の仕様及び固定度低減用平板２の仕様のうち、少なくともいずれかの仕様を再設定し（ステップ１１３）、ステップ１０２以降のプロセスを繰り返す。
【０１６５】
ここで、杭５の本体に発生する曲げモーメントＭpが、杭５の許容曲げモーメントＭpaより小さすぎる場合、杭の曲げモーメント分布は、杭中間部ではなく杭頭で大きくなっている。そのため、杭５の仕様、アンカーボルト３の仕様及び固定度低減用平板２の仕様のうち、少なくともいずれかの仕様を再設定してやればよい。
【０１６６】
一方、オーバースペックになっていないと判断できる場合（ステップ１１２、YES）、最初に定めた杭５の仕様、アンカーボルト３の仕様及び固定度低減用平板２の仕様を、それぞれ杭５の仕様、アンカーボルト３の仕様及び固定度低減用平板２の仕様として決定する（ステップ１１４）。
【０１６７】
以上説明したように本実施形態に係る杭の設計方法によれば、基礎部材９に対する杭頭６の固定度が従来よりも大幅に緩和され、いわゆる半剛接合が実現された杭の設計を適切に行うことが可能となる。
【０１６８】
すなわち、本実施形態によれば、アンカーボルト３の伸びだけではなく、固定度低減用平板２の曲げ変形によって、杭頭６の固定度を大幅に緩和するとともに、固定度低減用平板２の曲げ変形及びアンカーボルト３の伸びから杭頭６の回転変形を評価することにより、杭５の仕様、アンカーボルト３の仕様及び固定度低減用平板２の仕様を適切に定めることが可能となる。
【０１６９】
また、本実施形態に係る杭の設計方法によれば、（４）式や（５）式が成立する場合であっても、オーバースペックであると判断できる場合には、杭５の仕様、アンカーボルト３の仕様及び固定度低減用平板２の仕様を再設定し、ステップ１０２以降のプロセスを繰り返すようにしたので、より合理的かつ経済性に優れた設計を行うことが可能となる。
【０１７０】
本実施形態では、発生曲げモーメントＭθを算出する際、杭が打設される地盤を均質地盤（一様地盤）とみなし得るものとして、（３）式によって算出したが、発生曲げモーメントＭθ自体の算出は、地盤の状況によって公知の計算式から適宜選択すればよく、例えば地盤が多層地盤である場合には、それに応じた計算式を用いて発生曲げモーメントＭθを算出すればよい。
【０１７１】
また、本実施形態では、ナット１４，１４を用いたボルト接合でアンカーボルト３を固定度低減用平板２に立設するようにしたが、これに代えて、アンカーボルト３の下端を固定度低減用平板２の上面に溶接することでアンカーボルト３を固定度低減用平板２に立設するようにしてもかまわない。
【０１７２】
また、本実施形態では、固定度低減用平板２を端板７にボルト接合するようにしたが、ボルト接合に代えて溶接により接合するようにしてもかまわない。
【０１７３】
また、本実施形態では、アンカーボルト３の立設位置を、杭５の内周面よりも内側に設定したが、これに代えて杭５の外周面よりも外側に設定してもかまわない。すなわち、アンカーボルト３が挿通されるボルト孔１３を、杭５の断面中心からの距離、換言すればアンカーボルト３の取付け半径Ｒが杭５の外半径ｒ2よりも大きくなるように位置決めする。
【０１７４】
図７は、このようにボルト孔１３が位置決めされた固定度低減用平板４２がどのように面外曲げ変形を生じるかを示した図である。同図でわかるように、かかる変形例であっても、杭頭６における回転剛性は、固定度低減用平板４２の面外曲げ剛性として評価することが可能であり、上述の実施形態と同様、固定度低減用平板４２に関する諸データだけで杭頭６の回転剛性を算出し、杭頭６における固定度低減の程度を容易に把握することができる。
【０１７５】
また、本実施形態では特に言及しなかったが、固定度低減用平板２は一枚板である必要はなく、例えば図８及び図９に示すように、全体が円環状でそれぞれが扇状をなす４枚の分割片５３で固定度低減用平板５２を構成するとともに、各分割片５３のそれぞれにアンカーボルト３を立設するようにしてもかまわない。
【０１７６】
かかる構成においても、上述した実施形態と同様の作用効果を奏するほか、各分割片５３が個別に面外曲げ変形を生じるため、全体の面外曲げ変形を把握しやすくなり、杭頭６における接合度の低減評価がさらに容易になる。
【０１７７】
また、本実施形態では特に言及しなかったが、例えば図１０に示すように、円環状に形成され内側縁部から半径方向外側に向かって延びるスリット７３を９０゜ごとに４カ所形成して固定度低減用平板７２を構成し、該スリットで挟まれた４つの舌状体７４にアンカーボルト３をそれぞれ立設するようにしてもかまわない。
【０１７８】
かかる構成においても、上述した実施形態と同様の作用効果を奏するほか、各舌状体７４が個別に面外曲げ変形を生じるため、全体の面外曲げ変形を把握しやすくなり、杭頭６における接合度の低減評価が容易になる。
【０１７９】
同様に図１１に示すように、それぞれを矩形部の短手縁部に半円部を延設して形成した４つの舌片８３で固定度低減用平板８２を構成するとともにこれら４つの舌片８３を９０゜ごとに端板７に重ねて接合し、該各舌片の半円部にアンカーボルト３をそれぞれ立設するようにしてもかまわない。
【０１８０】
かかる構成においても、上述した実施形態と同様の作用効果を奏するほか、各舌片８３が個別に面外曲げ変形を生じるため、全体の面外曲げ変形を把握しやすくなり、杭頭６における接合度の低減評価が容易になる。
【０１８１】
また、本実施形態では、杭頭の回転変形を算出する際、引張側のアンカーボルトの伸び量及び固定度低減用平板の曲げ変形量だけを考慮したが、これに加えて、次式、
【０１８２】
θ＝（Δb＋Δｐ＋Δα）／（Ｄp／２＋ｒs−ｘno）  （１′−ａ）
【０１８３】
により、パイルキャップ（上部構造物のうち、アンカーボルトが埋設される杭頭近傍箇所）の圧縮変形量又は回転変形量を考慮するようにしてもよい。
【０１８４】
（第２実施形態）
【０１８５】
次に、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と実質的に同一のステップ等については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１８６】
図１２及び図１３は、本実施形態に係る杭の設計方法の対象となる接合材及びそれを用いた杭頭接合構造を示した斜視図、平面図及び断面図である。同図でわかるように、本実施形態に係る接合材２０１は、固定度低減部材２０２と該固定度低減部材に取り付けられたアンカーボルト３とを備えるとともに、本実施形態に係る杭頭接合構造２０４は、固定度低減部材２０２を、ＰＨＣ杭である杭５の頭部６（以下、杭頭６）に設けられた端板７にボルト１０で接合してあるとともに、杭５で支持される上部構造物８の基礎部材９にアンカーボルト３を埋設して構成してある。
【０１８７】
固定度低減部材２０２は、平面形が短冊状の４つの舌片２０２ａからなるとともに、該各舌片の一端には、ボルト１０が挿通される挿通孔２１１，２１１を形成してあり、該挿通孔に挿通されたボルト１０を端板７に形成されたボルト孔１２にねじ込むことで、固定度低減部材２０２を端板７に固定することができるようになっている。
【０１８８】
また、舌片２０２ａの他端にはボルト孔２１３を設けてあり、該ボルト孔にアンカーボルト３を挿通してナット１４，１４を螺合することで、アンカーボルト３を固定度低減部材２０２に取り付けることができるようになっている。
【０１８９】
それゆえ、挿通孔２１１，２１１は端板７への取付け箇所、ボルト孔２１３はアンカーボルト３への取付け箇所といえるが、かかる端板７への取付け箇所とアンカーボルト３への取付け箇所との間には、折曲げ成形によって形成された非平坦部としての段差部２１５を設けてある。
【０１９０】
ここで、ボルト孔２１３は、杭５の断面中心からの距離、換言すればアンカーボルト３の取付け半径Ｒが杭５の内半径ｒ1よりも小さくなるように位置決めしてある。そして、かかる構成により、アンカーボルト３の立設位置は、杭５の内周面よりも内側となる。
【０１９１】
本実施形態に係る杭頭接合構造２０４及びそれに用いる接合材２０１は、上述した構成により、地震時水平力が上部構造物９から杭頭６に作用したとき、杭頭６の端板７に取り付けてある固定度低減部材２０２は、図１４に示すように曲げ変形するとともに、それに伴って杭頭６に回転変形が生じる。
【０１９２】
したがって、基礎部材９に対する杭頭６の接合度は緩和され、いわゆる半剛接合となる。加えて、杭頭６の回転角θに対する発生曲げモーメントＭ、換言すれば杭頭６における回転剛性は、固定度低減部材２０２の曲げ剛性として評価することが可能となる。
【０１９３】
また、折曲げ成形により、段差部２１５に塑性箇所が形成されているため、固定度低減部材２０２を構成する４つの舌片２０２ａにおける主たる曲げ変形箇所は、段差部２１５の折曲げ位置に特定することができる。
【０１９４】
本実施形態に係る杭の設計方法においては、まずステップ１０１と同様、杭５の仕様と、アンカーボルト３の仕様と、固定度低減部材２０２の仕様とを設定する。
【０１９５】
ここで、杭５の仕様は、杭径をその内容とし、アンカーボルト３の仕様は、取付け本数、径及び埋込み長を内容とし、固定度低減部材２０２の仕様は、段差部２１５等の形状、厚み、鋼材種類、変形拘束位置、すなわち、アンカーボルト３の設置位置（ボルト孔２１３の位置）をその内容とする。
【０１９６】
また、建物荷重や地盤条件等を考慮して杭配置を適宜決定するとともに、設計対象となる杭６に作用する軸力Ｎ（最大軸力Ｎmax、最小軸力Ｎmin）を予め定めておく。地盤条件は例えばボーリング調査を行ってＮ値を調べればよい。杭設計用せん断力、杭設計用短期軸力及び杭設計用曲げモーメントについても、入力地震動に応じて予め算出しておく。
【０１９７】
杭５の仕様と、アンカーボルト３の仕様と、固定度低減部材２０２の仕様とが設定されたならば、次に、ステップ１０２と同様、杭の頭部における許容曲げモーメントＭaを評価する。許容曲げモーメントＭaは、公知の手順によって適宜算出すればよい。
【０１９８】
次に、ステップ１０３と同様、許容曲げモーメントＭaが杭頭に作用したときの杭頭回転角θを、次式、
【０１９９】
θ＝（Δb＋Δpb）／（Ｄp／２＋ｒs−ｘno）  （１−ｂ）
【０２００】
Δｂ；引張側のアンカーボルトの伸び量
【０２０１】
Δpb；固定度低減部材の曲げ変形量
【０２０２】
Ｄp；杭の外径
【０２０３】
ｒs；アンカーボルトの配置半径
【０２０４】
ｘno；断面の圧縮縁から中立軸位置までの距離
【０２０５】
で算出する。
【０２０６】
ここで、Δｂは上述したように、許容曲げモーメントＭaが杭６の頭部に作用したときの曲げ引張側のアンカーボルト３の伸び量であり、基礎部材９へのアンカーボルト３の埋込み長や断面積、あるいは基礎部材９との付着の度合い（アンボンドか、ボンドか）等を適宜勘案し、公知の方法で算出ないしは評価すればよい。
【０２０７】
Δpbは、許容曲げモーメントＭaが杭頭６に作用したときの固定度低減部材２０２の曲げ変形による変形量であって、アンカーボルト３の材軸方向に沿ったアンカーボルト位置での変形量であり、固定度低減部材２０２の形状、厚み等を適宜勘案し、公知の方法で算出ないしは評価すればよい。
【０２０８】
次にステップ１０４と同様、算出された杭頭回転角θを用いて回転剛性Ｋθを（２）式によって算出する。
【０２０９】
次にステップ１０５と同様、算出された回転剛性Ｋθを用いて発生曲げモーメントＭθを算出する。
【０２１０】
次にステップ１０６と同様、発生曲げモーメントＭθが、（４）式を満たすかどうかを判定する。
【０２１１】
次に、（４）式が成立しない場合、ステップ１０７と同様、杭５の仕様、アンカーボルト３の仕様及び固定度低減部材２０２の仕様のうち、少なくともいずれかの仕様を再設定し、ステップ１０２以降のステップを繰り返す。
【０２１２】
一方、上記判定において（４）式が成立する場合、さらに、ＭaがＭθよりも過剰に大きすぎないか、換言すればオーバースペックになっていないかどうかを判定し、オーバースペックになっていると判断できる場合、ステップ１０９と同様、杭５の仕様、アンカーボルト３の仕様及び固定度低減部材２０２の仕様のうち、少なくともいずれかの仕様を再設定し、ステップ１０２以降のプロセスを繰り返す。
【０２１３】
一方、オーバースペックになっていないと判断できる場合、ステップ１１０と同様、低減された発生曲げモーメントＭθ及び杭設計用せん断力Ｓを用いて杭５に発生する曲げモーメントＭPを算出し、（５）式が杭５の全長にわたって成立するかどうかを判定する。
【０２１４】
次に、（５）式が成立しない場合、ステップ１１１と同様、杭５の仕様、アンカーボルト３の仕様及び固定度低減部材２０２の仕様のうち、少なくともいずれかの仕様を再設定し、ステップ１０２以降のステップを繰り返す。
【０２１５】
一方、（５）式が成立する場合、さらに、杭５の許容曲げモーメントＭpaが曲げモーメントＭpよりも過剰に大きすぎないか、換言すればオーバースペックになっていないかどうかを判定し、オーバースペックになっていると判断できる場合、ステップ１１３と同様、杭５の仕様、アンカーボルト３の仕様及び固定度低減部材２０２の仕様のうち、少なくともいずれかの仕様を再設定し、ステップ１０２以降のプロセスを繰り返す。
【０２１６】
一方、オーバースペックになっていないと判断できる場合、ステップ１１４と同様、最初に定めた杭５の仕様、アンカーボルト３の仕様及び固定度低減部材２０２の仕様を、それぞれ杭５の仕様、アンカーボルト３の仕様及び固定度低減部材２０２の仕様として決定する。
【０２１７】
以上説明したように本実施形態に係る杭の設計方法によれば、基礎部材９に対する杭頭６の固定度が従来よりも大幅に緩和され、いわゆる半剛接合が実現された杭の設計を適切に行うことが可能となる。
【０２１８】
すなわち、本実施形態によれば、アンカーボルト３の伸びだけではなく、固定度低減部材２０２の曲げ変形によって、杭頭６の固定度を大幅に緩和するとともに、固定度低減部材２０２の曲げ変形及びアンカーボルト３の伸びから杭頭６の回転変形を評価することにより、杭５の仕様、アンカーボルト３の仕様及び固定度低減部材２０２の仕様を適切に定めることが可能となる。
【０２１９】
また、本実施形態に係る杭の設計方法によれば、（４）式や（５）式が成立する場合であっても、オーバースペックであると判断できる場合には、杭５の仕様、アンカーボルト３の仕様及び固定度低減部材２０２の仕様を再設定し、ステップ１０２以降のプロセスを繰り返すようにしたので、より合理的かつ経済性に優れた設計を行うことが可能となる。
【０２２０】
本実施形態では、ナット１４，１４を用いたボルト接合でアンカーボルト３を固定度低減部材２０２に立設するようにしたが、これに代えて、アンカーボルト３の下端を舌片２０２ａの上面に溶接することで、アンカーボルト３を固定度低減部材２０２に立設するようにしてもかまわない。
【０２２１】
また、本実施形態では、固定度低減用部材２０２を端板７にボルト接合するようにしたが、ボルト接合に代えて溶接により接合するようにしてもかまわない。
【０２２２】
また、本実施形態では、アンカーボルト３の立設位置を、杭５の内周面よりも内側に設定したが、これに代えて杭５の外周面よりも外側に設定してもかまわない。すなわち、アンカーボルト３が挿通されるボルト孔１３を、杭５の断面中心からの距離、換言すればアンカーボルト３の取付け半径Ｒが杭５の外半径ｒ2よりも大きくなるように位置決めする。例えば、上述した実施形態における各舌片２０２ａの端板７への取付け角度を１８０゜反転させることで、各舌片２０２ａを半径方向外側に向かせ、これを本変形例に係る固定度低減部材とすることができる。
【０２２３】
このような変形例であっても、杭頭６における回転剛性は、固定度低減部材の曲げ剛性として評価することが可能であり、上述の実施形態と同様、固定度低減部材に関する諸データだけで杭頭６の回転剛性を算出し、杭頭６における固定度低減の程度を容易に把握することができる。
【０２２４】
また、本実施形態では特に言及しなかったが、本発明に係る固定度低減部材を図１５のように構成してもよい。すなわち同図に示す固定度低減部材２４２は、非平坦部としての立ち上がり部２４３が形成された４つのＬ字状断面材２４２ａで構成してある。ここで、立ち上がり部２４３の背面にはカプラー２４４を溶接してあり、該カプラーにアンカーボルトとしてのネジ鉄筋３ａをねじ込むことで、４本のネジ鉄筋３ａを固定度低減部材２４２に固定することができるようになっている。
【０２２５】
この変形例によっても上述した実施形態と同様の作用効果を奏するが、ここではその説明を省略する。
【０２２６】
また、本実施形態では、杭頭の回転変形を算出する際、引張側のアンカーボルトの伸び量及び固定度低減部材の曲げ変形量だけを考慮したが、これに加えて、次式、
【０２２７】
θ＝（Δb＋Δpb＋Δα）／（Ｄp／２＋ｒs−ｘno）  （１′−ｂ）
【０２２８】
により、パイルキャップの圧縮変形量又は回転変形量を考慮するようにしてもよい。
【０２２９】
また、本実施形態では特に言及しなかったが、本発明に係る接合材を図１６のように構成してもよい。すなわち、同図に示す接合材２５２は、一方の側に延びる直線部２５３が杭頭６に設けられた端板７に取り付けられ、Ｌ字状固定度低減部２５４を介して他方の側に延びる直線部２５５が基礎部材９に埋設されるアンカーボルトとなる。
【０２３０】
接合材２５２は、地震時水平力が上部構造物８から杭頭６に作用したとき、Ｌ字状固定度低減部２５４が曲げ変形して杭頭が回転するように構成してある。Ｌ字状固定度低減部２５４は、上述した実施形態と同様、折曲げ成形によって形成しておくのがよい。
【０２３１】
このようにすると、杭頭６の回転変形に対する発生曲げモーメント、換言すれば回転剛性は、Ｌ字状固定度低減部２５４の曲げ剛性として評価することができるため、形状及び鋼材種類や、変形拘束位置、すなわち、アンカーボルトの設置位置といったＬ字状固定度低減部２５４に関する諸データだけで杭頭の回転剛性を算出することが可能となり、かくして杭頭における固定度低減の程度を容易に把握することができる。
【０２３２】
かかる変形例においては、（１−ｂ）式に代えて、
【０２３３】
θ＝（Δb＋Δpl）／（Ｄp／２＋ｒs−ｘno）  （１−ｃ）
【０２３４】
Δｂ；引張側のアンカーボルトの伸び量
【０２３５】
Δpl；Ｌ字状固定度低減部の曲げ変形量
【０２３６】
Ｄp；杭の外径
【０２３７】
ｒs；アンカーボルトの配置半径
【０２３８】
ｘno；断面の圧縮縁から中立軸位置までの距離
【０２３９】
を用いるが、この点を除き、設計方法の手順は上述した実施形態と同様であるので、ここではその説明を省略する。
【０２４０】
なお、本変形例においては、杭頭の回転変形を算出する際、引張側のアンカーボルトの伸び量及びＬ字状固定度低減部の曲げ変形量だけを考慮したが、これに加えて、次式、
【０２４１】
θ＝（Δb＋Δpl＋Δα）／（Ｄp／２＋ｒs−ｘno）  （１′−ｃ）
【０２４２】
により、パイルキャップの圧縮変形量又は回転変形量を考慮するようにしてもよい。
【０２４３】
（第３実施形態）
【０２４４】
次に、第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態と実質的に同一のステップ等については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【０２４５】
図１７及び図１８は、本実施形態に係る杭の設計方法の対象となる接合材及びそれを用いた杭頭接合構造を示した斜視図、平面図及び断面図である。同図でわかるように、本実施形態に係る接合材３０１は、端板３０２と該端板に立設されたアンカーボルト３とからなるとともに、本実施形態に係る杭頭接合構造３０４は、端板３０２をＰＨＣ杭である杭頭６に設けるとともに、杭５で支持される上部構造物８の基礎部材９にアンカーボルト３を埋設して構成してある。
【０２４６】
端板３０２は、外半径Ｒ2が杭５の外半径ｒ2と等しく、内半径Ｒ1が杭５の内半径ｒ1よりも小さな円環状の鋼材で形成してあり、該端板は、杭５を製造する際に公知の手段によって杭頭６に固定してある。
【０２４７】
端板３０２には、アンカーボルト３が挿通されるボルト孔１３を設けてあり、該ボルト孔にアンカーボルト３を挿通してナット１４，１４を螺合することでアンカーボルト３を端板３０２に立設できるようになっている。
【０２４８】
ここで、ボルト孔１３は、杭５の断面中心からの距離、換言すればアンカーボルト３の取付け半径Ｒが杭５の内半径ｒ1よりも小さくなるように位置決めしてある。そして、かかる構成により、アンカーボルト３の立設位置は、杭５の内周面よりも内側となる。
【０２４９】
本実施形態に係る杭頭接合構造３０４及びそれに用いる接合材３０１は、上述した構成により、地震時水平力が上部構造物８から杭頭６に作用したとき、杭頭６に設けてある端板３０２は、図１９に示すように面外に曲げ変形するとともに、それに伴って杭頭６に回転変形が生じる。
【０２５０】
したがって、基礎部材９に対する杭頭６の接合度は緩和され、いわゆる半剛接合となる。加えて、杭頭６の回転角θに対する発生曲げモーメントＭ、換言すれば杭頭６における回転剛性は、端板３０２の面外曲げ剛性として評価することが可能となる。
【０２５１】
本実施形態に係る杭の設計方法においては、まずステップ１０１と同様、杭５の仕様と、アンカーボルト３の仕様と、端板３０２の仕様とを設定する。
【０２５２】
ここで、杭５の仕様は、杭径をその内容とし、アンカーボルト３の仕様は、取付け本数、径及び埋込み長を内容とし、端板３０２の仕様は、形状、厚み、鋼材種類、変形拘束位置、すなわち、アンカーボルト３の設置位置（ボルト孔１３の位置）をその内容とする。
【０２５３】
また、建物荷重や地盤条件等を考慮して杭配置を適宜決定するとともに、設計対象となる杭６に作用する軸力Ｎ（最大軸力Ｎmax、最小軸力Ｎmin）を予め定めておく。地盤条件は例えばボーリング調査を行ってＮ値を調べればよい。杭設計用せん断力、杭設計用短期軸力及び杭設計用曲げモーメントについても、入力地震動に応じて予め算出しておく。
【０２５４】
杭５の仕様と、アンカーボルト３の仕様と、端板３０２の仕様とが設定されたならば、次に、ステップ１０２と同様、杭の頭部における許容曲げモーメントＭaを評価する。許容曲げモーメントＭaは、公知の手順によって適宜算出すればよい。
【０２５５】
次に、ステップ１０３と同様、許容曲げモーメントＭaが杭頭に作用したときの杭頭回転角θを、次式、
【０２５６】
θ＝（Δb＋Δpe）／（Ｄp／２＋ｒs−ｘno）  （１−ｄ）
【０２５７】
Δｂ；引張側のアンカーボルトの伸び量
【０２５８】
Δpe；端板の曲げ変形量
【０２５９】
Ｄp；杭の外径
【０２６０】
ｒs；アンカーボルトの配置半径
【０２６１】
ｘno；断面の圧縮縁から中立軸位置までの距離
【０２６２】
で算出する。
【０２６３】
ここで、Δｂは上述したように、許容曲げモーメントＭaが杭６の頭部に作用したときの曲げ引張側のアンカーボルト３の伸び量であり、基礎部材９へのアンカーボルト３の埋込み長や断面積、あるいは基礎部材９との付着の度合い（アンボンドか、ボンドか）等を適宜勘案し、公知の方法で算出ないしは評価すればよい。
【０２６４】
Δpeは、許容曲げモーメントＭaが杭頭６に作用したときの端板３０２の曲げ変形による変形量であって、アンカーボルト３の材軸方向に沿ったアンカーボルト位置での変形量であり、端板３０２の形状、厚み等を適宜勘案し、公知の方法で算出ないしは評価すればよい。
【０２６５】
次にステップ１０４と同様、算出された杭頭回転角θを用いて回転剛性Ｋθを（２）式によって算出する。
【０２６６】
次にステップ１０５と同様、算出された回転剛性Ｋθを用いて発生曲げモーメントＭθを算出する。
【０２６７】
次にステップ１０６と同様、発生曲げモーメントＭθが、（４）式を満たすかどうかを判定する。
【０２６８】
次に、（４）式が成立しない場合、ステップ１０７と同様、杭５の仕様、アンカーボルト３の仕様及び端板３０２の仕様のうち、少なくともいずれかの仕様を再設定し、ステップ１０２以降のステップを繰り返す。
【０２６９】
一方、上記判定において（４）式が成立する場合、さらに、ＭaがＭθよりも過剰に大きすぎないか、換言すればオーバースペックになっていないかどうかを判定し、オーバースペックになっていると判断できる場合、ステップ１０９と同様、杭５の仕様、アンカーボルト３の仕様及び端板３０２の仕様のうち、少なくともいずれかの仕様を再設定し、ステップ１０２以降のプロセスを繰り返す。
【０２７０】
一方、オーバースペックになっていないと判断できる場合、ステップ１１０と同様、低減された発生曲げモーメントＭθ及び杭設計用せん断力Ｓを用いて杭５に発生する曲げモーメントＭPを算出し、（５）式が杭５の全長にわたって成立するかどうかを判定する。
【０２７１】
次に、（５）式が成立しない場合、ステップ１１１と同様、杭５の仕様、アンカーボルト３の仕様及び端板３０２の仕様のうち、少なくともいずれかの仕様を再設定し、ステップ１０２以降のステップを繰り返す。
【０２７２】
一方、（５）式が成立する場合、さらに、杭５の許容曲げモーメントＭpaが曲げモーメントＭpよりも過剰に大きすぎないか、換言すればオーバースペックになっていないかどうかを判定し、オーバースペックになっていると判断できる場合、ステップ１１３と同様、杭５の仕様、アンカーボルト３の仕様及び端板３０２の仕様のうち、少なくともいずれかの仕様を再設定し、ステップ１０２以降のプロセスを繰り返す。
【０２７３】
一方、オーバースペックになっていないと判断できる場合、ステップ１１４と同様、最初に定めた杭５の仕様、アンカーボルト３の仕様及び端板３０２の仕様を、それぞれ杭５の仕様、アンカーボルト３の仕様及び端板３０２の仕様として決定する。
【０２７４】
以上説明したように本実施形態に係る杭の設計方法によれば、基礎部材９に対する杭頭６の固定度が従来よりも大幅に緩和され、いわゆる半剛接合が実現された杭の設計を適切に行うことが可能となる。
【０２７５】
すなわち、本実施形態によれば、アンカーボルト３の伸びだけではなく、端板３０２の曲げ変形によって、杭頭６の固定度を大幅に緩和するとともに、端板３０２の曲げ変形及びアンカーボルト３の伸びから杭頭６の回転変形を評価することにより、杭５の仕様、アンカーボルト３の仕様及び端板３０２の仕様を適切に定めることが可能となる。
【０２７６】
また、本実施形態に係る杭の設計方法によれば、（４）式や（５）式が成立する場合であっても、オーバースペックであると判断できる場合には、杭５の仕様、アンカーボルト３の仕様及び端板３０２の仕様を再設定し、ステップ１０２以降のプロセスを繰り返すようにしたので、より合理的かつ経済性に優れた設計を行うことが可能となる。
【０２７７】
本実施形態では、ナット１４，１４を用いたボルト接合でアンカーボルト３を端板３０２に立設するようにしたが、これに代えて、アンカーボルト３の下端を端板３０２の上面に溶接することでアンカーボルト３を端板３０２に立設するようにしてもかまわない。
【０２７８】
また、本実施形態では、アンカーボルト３の立設位置を、杭５の内周面よりも内側に設定したが、これに代えて杭５の外周面よりも外側に設定してもかまわない。すなわち、アンカーボルト３が挿通されるボルト孔１３ａを、杭５の断面中心からの距離、換言すればアンカーボルト３の取付け半径Ｒが杭５の外半径ｒ2よりも大きくなるように位置決めする。
【０２７９】
図２０は、このようにボルト孔１３ａが位置決めされた端板３４２がどのように面外曲げ変形を生じるかを示した図である。同図でわかるように、かかる変形例においても、杭頭６における回転剛性は、端板３４２の面外曲げ剛性として評価することが可能であり、上述の実施形態と同様、端板３４２及びアンカーボルト３に関する諸データだけで杭頭６の回転剛性を算出し、杭頭６における固定度低減の程度を容易に把握することができる。
【０２８０】
また、本実施形態では特に言及しなかったが、端板３０２は一枚板である必要はなく、例えば図２１及び図２２に示すように、全体が円環状でそれぞれが扇状をなす４枚の分割片３５３で端板３５２を構成するとともに、各分割片３５３のそれぞれにアンカーボルト３を立設するようにしてもかまわない。
【０２８１】
かかる構成においても、上述した実施形態と同様の作用効果を奏するほか、各分割片３５３が個別に面外曲げ変形を生じるため、全体の面外曲げ変形を把握しやすくなり、杭頭６における接合度の低減評価がさらに容易になる。
【０２８２】
また、本実施形態では特に言及しなかったが、例えば図２３に示すように、円環状に形成され内側縁部から半径方向外側に向かって延びるスリット３７３を９０゜ごとに４カ所形成して端板３７２を構成し、該スリットで挟まれた４つの舌状体３７４にアンカーボルト３をそれぞれ立設するようにしてもかまわない。
【０２８３】
かかる構成においても、上述した実施形態と同様の作用効果を奏するほか、各舌状体３７４が個別に面外曲げ変形を生じるため、全体の面外曲げ変形を把握しやすくなり、杭頭６における接合度の低減評価が容易になる。
【０２８４】
図２４は、スリット３７３で挟まれた４つの舌状体３７４にアンカーボルト３をそれぞれ２本ずつ合計８本立設した変形例を示したものであり、かかる変形例においても、上述した実施形態と同様の作用効果を奏するほか、各舌状体３７４が個別に面外曲げ変形を生じるため、全体の面外曲げ変形を把握しやすくなり、杭頭６における接合度の低減評価が容易になる。
【０２８５】
図２５は、円環状に形成され外側縁部から半径方向内側に向かって延びるスリット３９３を６０゜ごとに６カ所形成して端板３９２を構成し、該スリットで挟まれた６つの舌状体３９４に６本のアンカーボルト３をそれぞれ立設した変形例を示したものである。
【０２８６】
かかる変形例においても、上述した実施形態と同様の作用効果を奏するほか、各舌状体３９４が個別に面外曲げ変形を生じるため、全体の面外曲げ変形を把握しやすくなり、杭頭６における接合度の低減評価が容易になる。
【０２８７】
また、本実施形態では、杭頭の回転変形を算出する際、引張側のアンカーボルトの伸び量及び端板の曲げ変形量だけを考慮したが、これに加えて、次式、
【０２８８】
θ＝（Δb＋Δpe＋Δα）／（Ｄp／２＋ｒs−ｘno）  （１′−ｄ）
【０２８９】
により、パイルキャップの圧縮変形量又は回転変形量を考慮するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０２９０】
【図１】本実施形態に係る杭の設計方法のフローチャート。
【図２】同じく本実施形態に係る杭の設計方法のフローチャート。
【図３】本実施形態で用いた接合材の分解斜視図。
【図４】本実施形態が適用された杭頭接合構造の図であり、(a)は平面図、(b)はＡ−Ａ線に沿う鉛直断面図。
【図５】本実施形態が適用された杭頭接合構造４及びそれに用いる接合材１の作用を示した図。
【図６】杭頭回転角θを算出するための模式図。
【図７】変形例に係る杭頭接合構造の作用を示した図。
【図８】変形例に係る接合材の分解斜視図。
【図９】変形例に係る杭頭接合構造の図であり、(a)は平面図、(b)はＢ−Ｂ線に沿う鉛直断面図。
【図１０】変形例に係る杭頭接合構造の図であり、(a)は平面図、(b)はＣ−Ｃ線に沿う鉛直断面図。
【図１１】変形例に係る杭頭接合構造の図であり、(a)は平面図、(b)はＤ−Ｄ線に沿う鉛直断面図。
【図１２】本実施形態に係る接合材２０１の分解斜視図。
【図１３】本実施形態に係る杭頭接合構造２０４の図であり、(a)は平面図、(b)はＥ−Ｅ線に沿う鉛直断面図。
【図１４】本実施形態に係る杭頭接合構造２０４及びそれに用いる接合材２０１の作用を示した図。
【図１５】変形例に係る接合材の固定度低減部材２４２及びそれを用いた杭頭接合構造の図であり、(a)は平面図、(b)はＦ−Ｆ線に沿う鉛直断面図。
【図１６】変形例に係る接合材２５２及びそれを用いた杭頭接合構造の図であり、(a)は平面図、(b)はＧ−Ｇ線に沿う鉛直断面図。
【図１７】本実施形態に係る接合材の分解斜視図。
【図１８】本実施形態に係る杭頭接合構造の図であり、(a)は平面図、(b)はＨ−Ｈ線に沿う鉛直断面図。
【図１９】本実施形態に係る杭頭接合構造３０４及びそれに用いる接合材３０１の作用を示した図。
【図２０】変形例に係る杭頭接合構造の作用を示した図。
【図２１】変形例に係る接合材の分解斜視図。
【図２２】変形例に係る杭頭接合構造の図であり、(a)は平面図、(b)はＩ−Ｉ線に沿う鉛直断面図。
【図２３】変形例に係る杭頭接合構造の図であり、(a)は平面図、(b)はＪ−Ｊ線に沿う鉛直断面図。
【図２４】変形例に係る杭頭接合構造の図であり、(a)は平面図、(b)はＫ−Ｋ線に沿う鉛直断面図。
【図２５】変形例に係る杭頭接合構造の図であり、(a)は平面図、(b)はＬ−Ｌ線に沿う鉛直断面図。
【図１】
2008208517.tif 000003
【図２】
2008208517.tif 000004
【図３】
2008208517.tif 000005
【図４】
2008208517.tif 000006
【図５】
2008208517.tif 000007
【図６】
2008208517.tif 000008
【図７】
2008208517.tif 000009
【図８】
2008208517.tif 000010
【図９】
2008208517.tif 000011
【図１０】
2008208517.tif 000012
【図１１】
2008208517.tif 000013
【図１２】
2008208517.tif 000014
【図１３】
2008208517.tif 000015
【図１４】
2008208517.tif 000016
【図１５】
2008208517.tif 000017
【図１６】
2008208517.tif 000018
【図１７】
2008208517.tif 000019
【図１８】
2008208517.tif 000020
【図１９】
2008208517.tif 000021
【図２０】
2008208517.tif 000022
【図２１】
2008208517.tif 000023
【図２２】
2008208517.tif 000024
【図２３】
2008208517.tif 000025
【図２４】
2008208517.tif 000026
【図２５】
2008208517.tif 000027