(57)【要約】【課題】杭１と柱３とを両者に跨るように埋め込まれる鋼管５を介して接続する杭と柱の接合構造において、杭と柱の接続部分の曲げ耐力とじん性能とを杭の鉄筋１１の上端部を柱の鉄筋３１の下端部にオーバーラップさせずに、オーバーラップするものと同等以上に向上できるようにする。【解決手段】杭と柱の接続部分に作用する所定の水平力をＱ、この水平力に抗するのに必要な杭１の鋼管に対する支圧力をＰ、杭への鋼管の埋め込み深さをＬ、鋼管の周囲に配設する帯鉄筋の引張降伏耐力をｆｓｙ、鋼管の単位長さ当りの帯鉄筋の断面積をＡｓ、補正係数をαとして、次式、Ｐ＝α・ｆｓｙ・Ａｓ・ｃｏｓ４５°・Ｐ・Ｌ／（２Ｐ−Ｑ）が、αを１．５〜３．０の値にして成立するように、Ａｓを決定し、このＡｓに見合う量の帯鉄筋を鋼管の周囲の杭部分に配設する。【選択図】図１
2008082073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋コンクリート造の杭と鉄筋コンクリート造の柱とを、杭の鉄筋の上端部を柱の鉄筋の下端部にオーバーラップさせることなく接続する杭と柱の接合構造であって、所定長さの鋼管の下半部が杭の上端部の鉄筋で囲われる断面中央部に埋め込まれ、鋼管の上半部が柱の下端部の鉄筋で囲われる断面中央部に埋め込まれるものにおいて、
鋼管の太さ及び肉厚は、鋼管の断面の曲げ耐力が杭の鉄筋の主筋全体の断面の曲げ耐力と同等になるように設定され、
杭と柱の接続部分に作用する所定の水平力に抗するのに必要な杭の鋼管に対する支圧力と、杭への鋼管の埋め込み深さとから杭の主筋を取り囲むリング状の帯鉄筋の量を決定し、この量の帯鉄筋を鋼管の周囲の杭部分に配設することを特徴とする杭と柱の接合構造。
【請求項２】
請求項１記載の杭と柱の接合構造であって、前記鋼管の断面形状が正方形であるものにおいて、
前記水平力をＱ、前記支圧力をＰ、前記埋め込み深さをＬ、鋼管の周囲に配設する帯鉄筋の引張降伏耐力をｆｓｙ、鋼管の単位長さ当りの帯鉄筋の断面積をＡｓ、補正係数をαとして、次式、
Ｐ＝α・ｆｓｙ・Ａｓ・ｃｏｓ４５°・Ｐ・Ｌ／（２Ｐ−Ｑ）
が、αを１．５〜３．０の値にして成立するように、Ａｓを決定し、このＡｓに見合う量の帯鉄筋を鋼管の周囲の杭部分に配設することを特徴とする杭と柱の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として１杭１柱式の鉄道ＲＣラーメン高架橋で採用される鉄筋コンクリート造の杭と鉄筋コンクリート造の柱との接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の杭と柱の接合構造は図１３に示すようになっている。図中ＧＬは地面、ＧＬ´は盛土、１は鉄筋コンクリート造の杭を示している。杭１は、ケーシング工法により地表から掘削した孔内に鉄筋１１を建て込んだ後、孔内にコンクリートを打設することにより造成される。杭１の上端には、橋台２を支える鉄筋コンクリート造の柱３が接続されている。尚、柱３の下端部は鉄筋コンクリート造の地中梁４に一体に連続するフーチング３ａになっている。杭１の鉄筋１１と柱３の鉄筋３１は、夫々、周方向の間隔を存して配設した軸方向に長手の主筋１２，３２と、これら主筋１２，３２を取り囲む、軸方向の間隔を存して配設したリング状の帯鉄筋１３，３３とで構成される。
【０００３】
杭１の鉄筋１１の上端部は、杭１の上端面より上方にのびて、柱３の鉄筋３１の下端部にオーバーラップしている。これにより杭１と柱３の接続強度が向上する。然し、柱３の鉄筋３１の下端部における配筋作業がこれにオーバーラップする杭１の鉄筋１１に邪魔されて非常に面倒になり、また、鉄筋１１，３１のオーバーラップ部分へのコンクリートの打設も面倒になり、施工性が悪くなる不具合がある。
【０００４】
かかる不具合を解消するため、鉄筋コンクリート造の杭と鉄筋コンクリート造の柱とを、杭の鉄筋の上端部を柱の鉄筋の下端部にオーバーラップさせることなく接続する杭と柱の接合構造も従来知られている（例えば、特許文献１参照）。このものでは、所定長さの鋼管の下半部が杭の上端部の鉄筋で囲われる断面中央部に埋め込まれると共に、鋼管の上半部が柱の下端部の鉄筋で囲われる断面中央部に埋め込まれ、杭と柱が鋼管を介して接続される。
【特許文献１】特開２００５−７６３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の如く杭と柱とを鋼管を介して接続するものでは、杭の鉄筋の上端部が柱の鉄筋の下端部にオーバーラップしないため、施工性が著しく向上する。然し、このものでは、本願発明者が行った後述する試験の結果、杭に埋め込まれた鋼管の周囲の帯鉄筋の量が不足すると、鋼管周囲のコンクリートが割裂破壊し、杭と柱の接続部分の曲げ耐力が低下すると共にじん性能も低下して、所要の耐震性能を確保できなくなることが判明した。
【０００６】
本発明は、以上の点に鑑み、鋼管の周囲の帯鉄筋の量を適切に設定して、杭と柱の接続部分の曲げ耐力とじん性能とを杭の鉄筋の上端部が柱の鉄筋の下端部にオーバーラップするものと同等以上に向上できるようにした杭と柱の接合構造を提供することをその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、鉄筋コンクリート造の杭と鉄筋コンクリート造の柱とを、杭の鉄筋の上端部を柱の鉄筋の下端部にオーバーラップさせることなく接続する杭と柱の接合構造であって、所定長さの鋼管の下半部が杭の上端部の鉄筋で囲われる断面中央部に埋め込まれ、鋼管の上半部が柱の下端部の鉄筋で囲われる断面中央部に埋め込まれるものにおいて、鋼管の太さ及び肉厚は、鋼管の断面の曲げ耐力が杭の鉄筋の主筋全体の断面の曲げ耐力と同等になるように設定され、杭と柱の接続部分に作用する所定の水平力に抗するのに必要な杭の鋼管に対する支圧力と、杭への鋼管の埋め込み深さとから杭の主筋を取り囲むリング状の帯鉄筋の量を決定し、この量の帯鉄筋を鋼管の周囲の杭部分に配設することを特徴とする。
【０００８】
杭と柱の接続部分に作用する水平力に抗する抵抗力は、主として鋼管に対するその前背面のコンクリートによる支圧力で得られる。この支圧力は、鋼管の周囲のコンクリートが健全なときに期待できるものであり、このコンクリートが割裂破壊する場合には、支圧力は期待できず、曲げ耐力及びじん性能が低下する。従って、曲げ耐力及びじん性能を向上させるには、鋼管の周囲のコンクリートをしっかりと拘束してその割裂破壊を抑制できるように、鋼管の周囲の杭部分に配設する帯鉄筋の量を適切に設定することが必要になる。そして、本願発明によれば、杭と柱の接続部分に作用する所定の水平力に抗するのに必要な杭の鋼管に対する支圧力が得られるように帯鉄筋の量を決定し、この量の帯鉄筋を鋼管の周囲の杭部分に配設するため、杭と柱の接続部分に所定の水平力が作用しても鋼管の周囲のコンクリートは割裂破壊しない。その結果、杭と柱の接続部分の曲げ耐力及びじん性能が向上する。
【０００９】
より具体的には、鋼管の断面形状が正方形である場合、杭と柱の接続部分に作用する所定の水平力をＱ、この水平力に抗するのに必要な杭の鋼管に対する支圧力をＰ、杭への鋼管の埋め込み深さをＬ、鋼管の周囲に配設する帯鉄筋の引張降伏耐力をｆｓｙ、鋼管の単位長さ当りの帯鉄筋の断面積をＡｓ、補正係数をαとして、次式、
Ｐ＝α・ｆｓｙ・Ａｓ・ｃｏｓ４５°・Ｐ・Ｌ／（２Ｐ−Ｑ）
が、αを１．５〜３．０の値にして成立するように、Ａｓを決定し、このＡｓに見合う量の帯鉄筋を鋼管の周囲の杭部分に配設する。これによれば、後述する試験結果から明らかなように、杭と柱の接続部分の曲げ耐力とじん性能を杭の鉄筋の上端部が柱の鉄筋の下端部にオーバーラップするものと同等以上に向上できる。
【００１０】
尚、Ａｓを大きくすればする程αは小さくなるが、Ａｓの増大に伴い施工性が悪くなるため、αの下限は１．５としている。また、αが３．０を上回る場合は、Ａｓが小さくなり過ぎて、鋼管周囲のコンクリートが帯鉄筋による拘束力不足で割裂破壊しやすくなる。そして、杭の鉄筋の上端部が柱の鉄筋の下端部にオーバーラップするものと同等以上の曲げ耐力とじん性能とを得ることができなくなる。そこで、αの上限は３．０としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明の実施形態の杭と柱の接合構造を示している。尚、図１３に示した上記従来例と同様の部材、部位には上記と同一の符号を付している。本実施形態では、図２に示されているように、杭１が断面円形であり、柱２が断面正方形である。
【００１２】
また、本実施形態では、杭１の鉄筋１１の上端部が柱３の鉄筋３１の下端部にオーバーラップしていない。その代り、図２に示す如く断面正方形の鋼管５を用い、この鋼管５の下半部を杭１の上端部の鉄筋１１で囲われる断面中央部に埋め込むと共に、鋼管５の上半部を柱３の下端部の鉄筋３１で囲われる断面中央部に埋め込んでいる。これにより、杭１と柱３とが鋼管５を介して接続される。尚、杭１と柱３の接続部分の曲げ耐力が杭１の鉄筋１１の上端部を柱３の鉄筋３１の下端部にオーバーラップさせる図１３に示すものと同等になるように、鋼管５の太さと肉厚は、鋼管５の断面の曲げ耐力が杭１の鉄筋１１の主筋１２全体の断面の曲げ耐力と同等になるように設定されている。
【００１３】
ここで、鋼管５及びコンクリートの材料強度を十分利用して、杭１と柱３の接続部分の曲げ耐力及びじん性能を効率良く向上させるには、杭１の鋼管５の周囲のコンクリートを杭１の帯鉄筋３３でしっかりと拘束して、鋼管５の周囲のコンクリートが割裂破壊しないようにすることが必要になる。そこで、鋼管５の周囲の杭１の部分に配設する帯鉄筋３３の量をどのように決定すれば良いかを調べるため、下記の試験を行った。
【００１４】
試験に用いた試験体はＮｏ１からＮｏ６までの６種類であり、何れの試験体も外形寸法は図３に示す通りである。即ち、試験体は、鉄道ＲＣラーメン高架橋の１柱１杭式の基礎に一般的に用いられるφ１０００ｍｍの杭の１／２モデルのφ５００（長さ２０００ｍｍ）の鉄筋コンクリート造の杭１であり、その一端にフーチング３ａに対応する平面形状２５００ｍｍ×１５００ｍｍ高さ８００ｍｍの直方体形状の接合部３ａ´が一体に形成されている。そして、接合部３ａ´を下にした上下反転姿勢で試験体を試験機のベースに接合部において固定し、杭１の上端に自重による圧縮応力度に相当する１Ｎ／ｍｍ２の鉛直荷重を載荷する。また、接合部３ａ´から１５００ｍｍ離れた杭１の上部を油圧ジャッキで水平方向に押し引きし、この部分に正負交番の水平荷重を載荷するようにした。
【００１５】
Ｎｏ１の試験体は、図１３に示した従来例を模したものであり、図４（ａ）に示すように、主筋１２が接合部３ａ´に亘って配設されている。主筋１２は、杭１の断面中心と同心の直径３６０ｍｍの円周上に周方向に等間隔で１６本配設されている。また、帯鉄筋１３は、図４（ａ）にＡ，Ｃで示す杭１の上部と接合部３ａ´内の領域では軸方向に１２０ｍｍ間隔で配設され、Ｂで示す領域では軸方向に６０ｍｍ間隔で配設されている。
【００１６】
Ｎｏ２〜Ｎｏ６の試験体も、主筋１２が杭１の断面中心と同心の直径３６０ｍｍの円周上に周方向に等間隔で１６本配設されているが、主筋１２は、図４（ｂ）に示すように、接合部３ａ´の６０ｍｍ手前で終端している。そして、杭１の鉄筋１１で囲われる断面中央部に接合部３ａ´の下端に達する鋼管５が埋め込まれている。また、帯鉄筋１３は、図４（ｂ）にＡで示す杭１の上部領域では軸方向に１２０ｍｍ間隔で配設され、Ｂに示す鋼管５の周囲の杭部分を含む領域では６０ｍｍ間隔で配設されている。
【００１７】
ここで、主筋１２は、Ｎｏ１〜Ｎｏ６の何れの試験体においても、ＳＤ３４５製の直径１６ｍｍのものである。また、鋼管５は、Ｎｏ２〜Ｎｏ６の何れの試験体においても、ＳＭ４９０製で、断面形状が一辺２００ｍｍの正方形である。また、鋼管５の肉厚は、鋼管５の断面の曲げ耐力が１６本の主筋１２全体の断面の曲げ耐力と同等になるように、８ｍｍに設定されている。
【００１８】
Ｎｏ１の試験体の図４（ａ）のＡ，Ｂ，Ｃ各領域と、Ｎｏ２〜Ｎｏ６の試験体の図４（ｂ）のＡ領域に配設する帯鉄筋１３は何れもＳＤ３４５製の直径１０ｍｍのものである。また、Ｎｏ２〜Ｎｏ４の試験体の図４（ｂ）のＢ領域に配設する帯鉄筋１３は、上記と同様にＳＤ３４５製の直径１０ｍｍのものであるが、杭１への鋼管５の埋め込み深さＬがＮｏ２の試験体では８００ｍｍ、Ｎｏ３の試験体では６００ｍｍ、Ｎｏ４の試験体では４００ｍｍになっている。また、Ｎｏ５とＮｏ６の試験体は、杭１への鋼管５の埋め込み深さＬが共に６００ｍｍになっているが、図４（ｂ）のＢ領域に配設する帯鉄筋１３を、Ｎｏ５の試験体ではＳＤ３４５製の直径１３ｍｍのものとし、Ｎｏ６の試験体ではＳＤ３４５製の直径１６ｍｍのものとしている。
【００１９】
各試験体に用いた主筋１２、帯鉄筋１３、鋼管５及びコンクリートの材料強度の試験値を下記表１に示す。
【００２０】
【表１】
2008082073.tif 000003
【００２１】
試験は、各試験体の杭１の上部に上記の如く油圧ジャッキの押し引きで正負交番の水平荷重を載荷することで行った。荷重・変位の制御は、Ｎｏ１の試験体において以下の手順で行った。即ち、降伏するまでは荷重制御で水平荷重を正負１サイクル毎に１０ｋＮ宛増加させて載荷した。降伏の判定は、油圧ジャッキを押し出す方向の載荷において、引張側４５°方向（水平荷重の作用線に対し水平方向に４５°回転した方向）の主筋１１のひずみが降伏ひずみに達した時点とし、このときの変位を降伏変位とした。降伏後は、変位が降伏変位の偶数倍で３サイクル毎に段階的に増加するように変位制御で水平荷重を載荷した。載荷の終了は荷重―変位曲線の包絡線における水平荷重が最大水平荷重の５０％を下回ることを目標にした。Ｎｏ２〜Ｎｏ６の試験体の載荷試験は、Ｎｏ１の試験体の降伏変位を用いてＮｏ１の試験体の場合と同様の方法で行った。
【００２２】
以下の説明では、Ｎｏ１の試験体の降伏変位８．７ｍｍをΔと記し、油圧ジャッキを押し出す方向の水平荷重・水平変位を＋、油圧ジャッキを引き戻す方向の水平荷重・水平変位を−とする。また、荷重、変位は水平荷重の作用点の水平荷重、水平変位を意味する。
【００２３】
図５は各試験体の荷重と変位の履歴曲線を示している。尚、荷重は、鉛直方向荷重による偏心曲げモーメントの影響を加味した値になっている。
【００２４】
Ｎｏ１の試験体では、変位８．７ｍｍ、荷重１４８ｋＮで引張側４５°方向の主筋１２のひずみが降伏ひずみに達し、杭基部及び杭側面に３本の水平な曲げひび割れが発生した。その後、６Δまでは１７５ｋＮ前後の一定の荷重のまま変形が増大した。この間に曲げひび割れの先端から斜め下方へ向かうせん断ひび割れが発生した。せん断ひび割れは杭基部から３０ｃｍ程度の区間で密に発生した。また、杭基部には、コンクリートの圧壊に伴う縦方向のひび割れも生じた。
【００２５】
そして、６Δで杭基部コンクリートの圧壊に伴う被りコンクリートの剥落が始まり、変形が進むのに伴い剥落範囲が大きくなって、荷重が低下した。その後、１２Δの２，３サイクル目の繰り返し載荷において荷重は１サイクル目に比べ低下が顕著になり、１２Δの３サイクル〜１４Δにかけて主筋１２が破断して荷重は大きく低下した。履歴曲線の形状は、図５（ａ）に示すように、紡錘型の吸収エネルギーが大きい形状になった。また、破壊形式は、杭基部に塑性ヒンジが形成され、主筋１２が座屈して被りコンクリートがはらみ出す曲げ破壊であった。
【００２６】
Ｎｏ２の試験体では、変位１７．３ｍｍ、荷重１７１ｋＮで鋼管５の引張側ひずみが降伏ひずみに達した。また、２Δまでに水平のひび割れが鋼管埋め込み部（鋼管５の上端より下方の杭部分）の上部に３〜４本発生すると共に、鋼管埋め込み端部（鋼管５の上端と同レベルの部分）から下方にのびる鉛直の割裂ひび割れ及び杭基部から上方にのびる鉛直の割裂ひび割れが発生した。その後、２〜４Δの間で水平の曲げひび割れの進展とともに鉛直の割裂ひび割れも進展した。この鉛直の割裂ひび割れは荷重作用線に対し水平方向に±４５°回転した位置に集中して発生した。
【００２７】
そして、４Δで杭基部コンクリートの圧壊に伴う被りコンクリートの剥落が始まり、剥落範囲は徐々に大きくなったが、１２Δまでは２１５ｋＮ前後でほぼ一定の荷重のまま変形が増大した。１２Δでコンクリートの圧壊に伴う被りコンクリートの剥落が大きくなり、その後１６Δまで１２Δのときに比べ荷重の低下は見られるが、繰り返し載荷において荷重の低下は顕著ではなかった。履歴曲線は、図５（ｂ）に示すように、紡錘型の吸収エネルギーが大きい形状になった。載荷は試験機の限界から＋１６Δ、−１８Δで終了した。そのため、終局状態は確認できなかったが、破壊形式は杭基部での鋼管５の座屈による曲げ破壊と考えられる。
【００２８】
Ｎｏ３の試験体では、変位２２．４ｍｍ、荷重１７２ｋＮで鋼管５の引張側ひずみが降伏ひずみに達した。また、２Δまでに水平のひび割れが鋼管埋め込み部の上部に４本発生すると共に、鋼管埋め込み端部から下方にのびる鉛直の割裂ひび割れ及び杭基部から上方にのびる鉛直の割裂ひび割れが発生した。その後、２〜４Δの間で水平の曲げひび割れの進展とともに鉛直の割裂ひび割れも進展した。この鉛直の割裂ひび割れは荷重作用線に対し水平方向に±４５°回転した位置に集中して発生した。
【００２９】
そして、４Δで２０２ｋＮの最大荷重を示すが、この時点で鋼管埋め込み端部の水平の曲げひび割れ及び鉛直の割裂ひび割れが大きくなり、鋼管埋め込み端部下方の被りコンクリートの剥落が始まった。その後、４〜６Δまでは荷重をかろうじて維持したが、６Δで鋼管埋め込み端部下方の被りコンクリートの剥落が大きくなり、鋼管埋め込み端部下方２０ｃｍで折れ曲がったような変形状態になった。そして、８Δの繰り返し載荷において鋼管埋め込み端部を中心とした被りコンクリートの剥落を生じて荷重の低下が顕著になり、１０Δ、１２Δで荷重は大きく低下した。履歴曲線の形状は、図５（ｃ）に示すように、スリップ型に近似した吸収エネルギーが小さい形状になった。破壊形式は、鋼管５の周囲のコンクリートの割裂破壊であった。
【００３０】
Ｎｏ４の試験体では、鋼管５の引張側ひずみが降伏ひずみを越えなかった。また、２Δまでに水平のひび割れが鋼管埋め込み部の上部に２本発生すると共に、鋼管埋め込み端部から下方にのびる鉛直の割裂ひび割れ及び杭基部から上方にのびる鉛直の割裂ひび割れが発生した。その後、２〜４Δの間で水平の曲げひび割れの進展とともに鉛直の割裂ひび割れも進展した。この鉛直の割裂ひび割れは荷重作用線に対し水平方向に±４５°回転した位置に集中して発生した。
【００３１】
そして、４Δで１４０ｋＮの最大荷重を示すが、この時点で鋼管埋め込み端部の水平の曲げひび割れ及び鉛直の割裂ひび割れが大きくなり、鋼管埋め込み端部付近の被りコンクリートの剥落が始まった。その後、荷重は４Δでの値を維持することなく６Δ、８Δ、１０Δで順に低下していった。また、６Δで鋼管埋め込み端部付近の被りコンクリートの剥落が大きくなり、鋼管埋め込み端部下方２０ｃｍで折れ曲がったような変形状態になった。そして、８Δの繰り返し載荷において荷重の低下が顕著になった。履歴曲線の形状は、図５（ｄ）に示すように、スリップ型に近似しており、Ｎｏ３の試験体に比べ吸収エネルギーは更に小さい。破壊形式は、Ｎｏ３の試験体と同様に鋼管５の周囲のコンクリートの割裂破壊であった。
【００３２】
Ｎｏ５の試験体では、変位２０．６ｍｍ、荷重１７５ｋＮで鋼管５の引張側ひずみが降伏ひずみに達した。また、２Δまでに水平のひび割れが鋼管埋め込み部の上部に２〜３本発生すると共に、鋼管埋め込み端部から下方にのびる鉛直の割裂ひび割れ及び杭基部から上方にのびる鉛直の割裂ひび割れが発生した。その後、２〜４Δの間で水平の曲げひび割れの進展とともに鉛直の割裂ひび割れも進展した。この鉛直の割裂ひび割れは荷重作用線に対し水平方向に±４５°回転した位置に集中して発生した。
【００３３】
そして、８Δで杭基部コンクリートの圧壊に伴う被りコンクリートの剥落が始まり、剥落範囲は徐々に大きくなったが、１６Δまで２００ｋＮ前後でほぼ一定の荷重のまま変形が増大した。１６Δで杭基部コンクリートの圧壊に伴う被りコンクリートの剥落が大きくなったが、荷重は殆ど低下しなかった。１８Δの繰り返し載荷において荷重の低下が顕著になり、３サイクル目を＋２０Δまで載荷した。履歴曲線の形状は、図５（ｅ）に示すように、紡錘型の吸収エネルギーの大きい形状になった。尚、試験機の限界はＮｏ２の試験体で載荷を終了した１６Δ程度であるが、Ｎｏ５，６の試験体では安全を確認しながら限界を超えて載荷を続行した。破壊形式は杭基部での鋼管５の座屈による曲げ破壊であった。
【００３４】
Ｎｏ６の試験体では、変位１７．８ｍｍ、荷重１７６ｋＮで鋼管５の引張側ひずみが降伏ひずみに達した。また、２Δまでに水平のひび割れが鋼管埋め込み部の上部に２〜３本発生すると共に、鋼管埋め込み端部から下方にのびる鉛直の割裂ひび割れ及び杭基部から上方にのびる鉛直の割裂ひび割れが発生した。その後、２〜４Δの間で水平の曲げひび割れの進展とともに鉛直の割裂ひび割れも進展した。この鉛直の割裂ひび割れは荷重作用線に対し水平方向に±４５°回転した位置に集中して発生した。
【００３５】
そして、８Δで杭基部コンクリートの圧壊に伴う被りコンクリートの剥落が始まり、剥落範囲は徐々に大きくなったが、１６Δまで２１０ｋＮ前後でほぼ一定の荷重のまま変形が増大した。１６Δで杭基部コンクリートの圧壊に伴う被りコンクリートの剥落が大きくなったが、荷重は殆ど低下しなかった。１８Δの繰り返し載荷において荷重の低下が顕著になり、２０Δの繰り返し載荷において荷重の低下が更に顕著になり、３サイクル目を＋２２Δまで載荷した。履歴曲線の形状は、図５（ｆ）に示すように、紡錘型の吸収エネルギーの大きい形状になった。破壊形式は杭基部での鋼管５の座屈による曲げ破壊であった。
【００３６】
各試験体の試験結果を下記表２に示す。尚、表２中の損傷レベル２は繰り返し載荷で耐力低下が顕著にならない最大変位時点を意味する。
【００３７】
【表２】
2008082073.tif 000004
【００３８】
図６（ａ）は、Ｎｏ１の試験体と、鋼管５の埋め込み深さが互いに異なるＮｏ２，３，４の試験体の荷重―変位曲線の包絡線を示している。同図より、Ｎｏ２の試験体はＮｏ１の試験体よりじん性能が優れていることが分かる。尚、鋼管５の断面の曲げ耐力を主筋１２全体の断面の曲げ耐力と同程度に設定しているにも拘らず、Ｎｏ２，３，５，６の試験体はＮｏ１の試験体より最大荷重、即ち、曲げ耐力が大きくなっている。これは、鋼材の材料の規格値と実強度とが表１に示されているように異なること、即ち、主筋１２（ＳＤ３４５）では降伏点規格値が３４５ｋＮであるのに対し実降伏点が３８１〜３９１と異なり、鋼管５（ＳＭ４９０）では降伏点規格値が３２５ｋＮであるのに対し実降伏点が４０２〜４３１ｋＮと異なることに起因すると考えられる。
【００３９】
Ｎｏ３の試験体は、Ｎｏ２の試験体とほぼ同等の曲げ耐力を有するが、じん性能はＮｏ１の試験体よりも劣り、Ｎｏ４の試験体は曲げ耐力及びじん性能がＮｏ１の試験体よりも劣ることが分かる。これは、杭１への鋼管５の埋め込み深さＬがＮｏ２の試験体の８００ｍｍに対しＮｏ３の試験体では６００ｍｍ、Ｎｏ４の試験体では４００ｍｍと小さくなっていることによる影響である。
【００４０】
図６（ｂ）は、Ｎｏ１の試験体と、鋼管５の埋め込み深さＬが６００ｍｍと同一で帯鉄筋１３の太さが互いに異なるＮｏ３，５，６の試験体の荷重―変位曲線の包絡線を示している。Ｎｏ３の試験体では終局変位が１０７．０ｍｍでじん性率（終局変位を降伏変位で除した値）が３．３であるのに対し、Ｎｏ５の試験体では終局変位１５０．５ｍｍじん性率７．３、Ｎｏ６の試験体では終局変位１６３．１ｍｍじん性率９．２とじん性能が大きく向上している。これは、鋼管５の周囲の杭部分に配設する帯鉄筋１３の径をＮｏ３の試験体の１０ｍｍからＮｏ５の試験体では１３ｍｍ、Ｎｏ６の試験体では１６ｍｍとして、帯鉄筋１３の量を大きくしたことによる影響である。
【００４１】
図７に、２Δの載荷時におけるＮｏ１，２の試験体の引張側の主筋１２のひずみ及びＮｏ２の試験体の鋼管５の引張側の面のひずみの高さ方向の分布を示す。縦軸は杭基部（接合部３ａ´の上端）からの高さを示している。Ｎｏ１の試験体では、主筋１２のひずみが杭基部の近傍で最大になる。一方、Ｎｏ２の試験体では、主筋１２のひずみが鋼管埋め込み端部の近傍で最大になり、杭基部に向けて減少する。また、鋼管５のひずみは杭基部の近傍で最大になる。このことから、Ｎｏ２の試験体においては、鋼管埋め込み端部から杭基部に向けて主筋１２が断面の引張応力を徐々に分担しなくなり、代わりに鋼管５が断面の引張応力を分担することが分かる。これは鋼管５を埋め込んだＮｏ３〜Ｎｏ６の試験体でも同様である。
【００４２】
帯鉄筋１３のひずみの水平断面における分布は、荷重の作用線に対し水平方向に±４５°回転した位置で最大になる。これは、鉛直の割裂ひび割れが荷重作用線に対し水平方向に±４５°回転した位置で集中的に発生することと一致する。図８に、８Δの載荷時におけるＮｏ１，２の試験体の荷重作用線に対し４５°回転した位置での帯鉄筋１３のひずみの高さ方向の分布を示す。Ｎｏ１の試験体では、杭基部より上方へ３６０ｍｍまでの区間でひずみが他区間より大きくなる。一方、Ｎｏ２の試験体では、鋼管埋め込み端部と杭基部とでひずみが大きくなり、鋼管埋め込み部の中間部分ではひずみが小さくなる。これは鋼管５を埋め込んだＮｏ３〜Ｎｏ６の試験体でも同様である。
【００４３】
次に、杭１に鋼管５を埋め込んだ場合における曲げモーメント・水平力に対する耐荷メカニズムについて考察する。帯鉄筋１３のひずみ分布が上記の如く鋼管埋め込み端部と杭基部とで大きく中間部分で小さいことから、耐荷メカニズムは図９のようにモデル化できる。このモデルでは、曲げモーメントＭと水平力Ｑに対する抵抗力は、鋼管５に対するその前背面のコンクリートによる支圧力Ｐ及び鋼管５とコンクリートの摩擦力Ｔから成るものとしている。この支圧力Ｐ及び摩擦力Ｔは、鋼管５の周囲のコンクリートが健全なときに期待できるものである。Ｎｏ３，４の試験体のように鋼管５の周囲のコンクリートが割裂破壊する場合には、曲げ耐力及びじん性能が低下することから分かるように、支圧力Ｐ及び摩擦力Ｔは期待できない。従って、曲げ耐力及びじん性能を向上させるには、鋼管５の周囲のコンクリートをしっかりと拘束してその割裂破壊を抑制できるように、鋼管５の周囲の杭部分に配設する帯鉄筋１３の量を適切に設定することが必要になる。
【００４４】
このような帯鉄筋１３の量の算定方法について以下説明する。図９に示した杭１に作用する力のモーメントの釣り合いにより、鋼管５の断面の一辺の長さをｄとして、次式が得られる。
Ｍ＝Ｔ・ｄ＋{Ｌ・Ｐ２／３（２Ｐ−Ｑ）}＋（Ｌ−Ｑ）・Ｌ・（５Ｐ−２Ｑ）／３（２Ｐ−Ｑ）…（１）
鋼管５に作用する摩擦力の合力Ｔは、粘着力をｃ（＝０．７Ｎ／ｍｍ２）、摩擦角をφ（＝２０°）として、次式のようになる。
Ｔ＝ｃ・ｄ・Ｌ・{（Ｐ−Ｑ）／（２Ｐ−Ｑ）}＋（Ｐ−Ｑ）ｔａｎφ…（２）
支圧力の合力Ｐは、帯鉄筋１３の拘束力で発揮されるものとし、帯鉄筋１３の引張降伏応力をｆｓｙ、鋼管５の単位長さ当りの帯鉄筋１３の断面積をＡｓ、補正係数をαとして、次式で算定する。
【００４５】
Ｐ＝α・ｆｓｙ・Ａｓ・ｃｏｓ４５°・Ｐ・Ｌ／（２Ｐ−Ｑ）…（３）
式（３）は、図１０に示すように、水平断面内で帯鉄筋１３のひずみが最大になる位置、即ち、水平力作用線に対し水平方向に±４５°回転した位置での帯鉄筋１３の引張力で支圧力Ｐが規定されるとしたものである。補正係数αは、支圧力Ｐを求める際の簡略化等に対する補正としての係数である。
【００４６】
図１１は、縦軸に式（１）と式（２）とを用いて試験から得られる支圧力、横軸に式（３）右辺のαを除いた項の値を取り、Ｎｏ２〜Ｎｏ６の試験体の試験値をプロットしたものである。試験から得られる支圧力を計算するための水平力は、帯鉄筋１３の拘束力を十分期待できる範囲にとどめることを考慮して、帯鉄筋１３が降伏する時点のものとした。図１１より、じん性能の劣るＮｏ３，４の試験体では補正係数αが４．５以上になることが分かる。一方、じん性能に優れるＮｏ２の試験体ではα≒３．０、Ｎｏ５の試験体ではα≒２．５、Ｎｏ６の試験体ではα≒２．０になることが分かる。
【００４７】
図１２はＮｏ２，３，５，６の試験体の補正係数αとじん性率との関係をプロットしたものである。図１２より、補正係数αが３．０以下であればじん性率が７程度以上の大きな値になることが分かる。従って、式（３）がα≦３．０の範囲で成立するように、鋼管５の単位長さ当りの帯鉄筋１３の断面積Ａｓを決定し、この断面積Ａｓに見合う量の帯鉄筋１３を鋼管５の周囲の杭部分に配設すれば、図１３に示す従来例のものと同等以上の曲げ耐力及びじん性能を得ることができる。但し、式（３）がα＜１．５の範囲で成立するように断面積Ａｓを決定した場合には、鋼管５の周囲の杭部分に配設する帯鉄筋１３が密になり過ぎて施工性が悪くなる。そのため、式（３）が１．５≦α≦３．０の範囲で成立するように断面積Ａｓを決定すべきである。
【００４８】
尚、鋼管５の単位長さ当りの帯鉄筋１３の断面積Ａｓを大きくするため、Ｎｏ５，６の試験体では帯鉄筋１３を太くしているが、帯鉄筋１３の軸方向間隔を狭くして断面積Ａｓを大きくするようにしても良い。また、Ｎｏ２〜Ｎｏ６の試験体では、鋼管５の周囲の杭部分より広範囲の図４（ｂ）のＢ領域で帯鉄筋１３の軸方向間隔を狭めているが、上記の如く決定される断面積Ａｓに見合う量の帯鉄筋１３を配設する領域は鋼管５の周囲の杭部分に限定しても良い。また、杭１への鋼管５の埋め込み深さＬが鋼管５の断面の一辺の長さｄの３倍より小さくなるＮｏ４の試験体では曲げ耐力が大幅に低下するため、埋め込み深さＬは３ｄ以上にすることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態の接合構造を示す杭と柱の縦断面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線切断面図。
【図３】（ａ）試験体の正面図、（ｂ）試験体の平面図。
【図４】（ａ）Ｎｏ１の試験体の配筋を示す図、（ｂ）Ｎｏ２〜Ｎｏ６の試験体の配筋を示す図。
【図５】各試験体の荷重と変位の履歴曲線を示すグラフ。
【図６】各試験体の荷重―変位曲線の包絡線を示すグラフ。
【図７】主筋と鋼管のひずみ分布を示すグラフ。
【図８】帯鉄筋のひずみ分布を示すグラフ。
【図９】耐荷モデルを示す図。
【図１０】支圧力の算定原理を説明する図。
【図１１】各試験体の補正係数αを示すグラフ。
【図１２】補正係数αとじん性率との関係を示すグラフ。
【図１３】従来例の接合構造を示す杭と柱の縦断面図。
【符号の説明】
【００５０】
１…杭、１１…杭の鉄筋、１２…主筋、１３…帯鉄筋、３…柱、３１…柱の鉄筋、５…鋼管。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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