(57)【要約】【課題】杭頭に浮き上がり力が作用した場合でも、上部構造物と下部構造物との接合部分に発生する曲げモーメントを確実に低減することのできる引張抵抗型の杭頭構造を提供する。【解決手段】上部構造物の基礎であるフーチング１の下部と、下部構造物である基礎杭２の頭部との間に配設されたゴム支承３の軸受けゴム３３に、一端側４１ａが基礎杭２の頭部に埋設され、他端側４１ｂがフーチング１の上部または中間部に固定され、予め所定の緊張力が与えられた複数本のＰＣ鋼撚り線４１を備えたプレストレス付加手段４によりプレストレスを与えておき、上記軸受けゴム３３に引張力が作用しないようにした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部構造物の頭部と、上部構造物またはその基礎の下部との間にゴム弾性体を備えたゴム支承を介挿して成る構造物の杭頭構造において、上記ゴム弾性体に予め鉛直方向の圧縮力を付加するプレストレス付加手段を設けたことを特徴とする引張抵抗型杭頭構造。
【請求項２】
上記プレストレス付加手段を、一端側が上記下部構造物の頭部に埋設され、他端側が上記上部構造物またはその基礎に固定された、１本または複数本の引張材から構成するとともに、上記引張材を、予め所定の緊張力を与えた状態で上記構造物に取付けたことを特徴とする請求項１に記載の引張抵抗型杭頭構造。
【請求項３】
上記引張材を、皿バネを介して上記上部構造物あるいはその基礎に固定したことを特徴とする請求項２に記載の引張抵抗型杭頭構造。
【請求項４】
上記ゴム支承は、下部構造物の頭部に固定される凹型の下支承部と、上部構造物あるいはその基礎の下部に固定される、上記下支承部の凹部内に突出する凸部を有する上支承部と、上記下支承部の凹部と上支承部の凸部との間に配置されるゴム弾性体とを備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の引張抵抗型杭頭構造。
【請求項５】
上記上支承部の凸部の外周側と、上記下支承部の凹部の内周側との間に弾性部材を配置したことを特徴とする請求項４に記載の引張抵抗型杭頭構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上部構造物とこれを支持する下部構造物とを結合する構造物の杭頭構造に関するもので、特に、上部構造物と下部構造物との間にゴム支承が介挿された杭頭構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、耐震・制震・免震対策のため、建造物や橋桁などの上部構造物とこれを支承する基礎杭や橋脚などの下部構造物とを接合する際には、従来の剛接合に代えて、半剛接合、ピン接合、あるいは転がり支承、すべり支承、密閉ゴム支承などを用いた接合方法が採用されてきている。
図５（ａ）は、構造物の基礎５１とこれを支承する杭５２との間に円形弾性板から成る弾性支承（ゴム支承）５３を介在させた杭頭構造の一例を示す図で、上記弾性支承５３は、免震ゴムに採用されている高減衰ゴムから成り、図５（ｂ）に示すように、径方向に延長する複数の切り込み５３ｋを有する、複数枚の円形弾性板５３ａ〜５３ｄを積層して形成される。これにより、構造物の基礎５１からの水平力に対する杭５２の頭部の回転拘束が大幅に低減されるので、上記構造物の基礎５１と杭５２の頭部との間の接合状況は、実質的にピン構造とみなし得る状態となる。したがって、地震時に上記杭５２の頭部に作用する曲げモーメントを大幅に低減することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１４０２６６号公報（第３，４頁、第１−３図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、杭支持建物においては、建物のアスペクト比が大きくなると、地震時における建物の転倒モーメントにより、上記杭５２に相当する基礎杭の頭部には浮き上がり力が生じるため、上記ゴム支承５３には鉛直方向の引張力が作用することになる。上記円形弾性板５３ａ〜５３ｄのようなゴムプレートは、一般に、圧縮方向には強度、剛性ともに優れた特性を有するが、引張方向には強度も剛性もともに小さいことから、このような引張力をゴム支承５３に負担させることは好ましくない。すなわち、上記のように杭５２の頭部に浮き上がり力が作用している状態においては、地震時に上部構造物と下部構造物との接合部分に発生する曲げモーメントを、上記ゴムプレートの回転変形により十分に吸収することができないといった問題点があった。
【０００５】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、杭頭に浮き上がり力が作用した場合でも、上部構造物と下部構造物との接合部分に発生する曲げモーメントを確実に低減することのできる引張抵抗型の杭頭構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、所定量以下の浮き上がり力が作用しても上記ゴム弾性体は圧縮領域で変形するように、上記ゴム弾性体にプレストレスを与えて、上記ゴム弾性体に伸びが発生する動作点を予めずらしておけば、上部構造物と下部構造物との接合部分に発生する曲げモーメントを上記ゴム弾性体により十分に吸収することができることを見いだし本発明に到ったものである。
すなわち、本発明の請求項１に記載の引張抵抗型杭頭構造は、下部構造物の頭部と、上部構造物またはその基礎の下部との間に介挿されるゴム支承のゴム弾性体に、予め鉛直方向の圧縮力を付加するプレストレス付加手段を設けたもので、これにより、上記ゴム支承に浮き上がり力が作用した場合でも、上記浮き上がり力が上記プレストレスの範囲内であれば、上記ゴム弾性体には引張力が作用しないので、上記曲げモーメントを上記ゴム弾性体の回転方向の曲げ変形（回転変形）により十分に吸収することができる。したがって、アスペクト比が大きな建物であっても、地震時に杭頭に作用する曲げモーメントを大幅に低減することが可能となる。
【０００７】
請求項２に記載の引張抵抗型杭頭構造は、上記プレストレス付加手段を、一端側（杭先先端側）が上記下部構造物の頭部に埋設され、他端側（頭部側）が上記上部構造物またはその基礎に固定された、１本または複数本の、ＰＣ鋼撚り線やＰＣ鋼棒などの引張材から構成するとともに、上記引張材を、予め所定の緊張力を与えた状態で構造物に取付けるようにしたことを特徴とするものである。
請求項３に記載の引張抵抗型杭頭構造は、構造物の荷重による上記ゴム弾性体の圧縮変形に伴う、上記引張材のゆるみを抑制するために、上記引張材を、皿バネを介して上記上部構造物あるいはその基礎に固定したものである。
【０００８】
また、請求項４に記載の引張抵抗型杭頭構造は、上記ゴム支承を、下部構造物の頭部に固定される凹型の下支承部と、上部構造物あるいはその基礎の下部に固定される、上記下支承部の凹部内に突出する凸部を有する上支承部と、上記下支承部の凹部と上支承部の凸部との間に配置されるゴム弾性体とから構成したものである。
請求項５に記載の引張抵抗型杭頭構造は、上記上支承部の凸部の外周側と、上記下支承部の凹部の内周側との間に弾性部材を配置し、上記ゴム弾性体により上部構造物を支え、かつ、上下方向の回転を吸収するとともに、上記弾性部材により、地震時などに作用する水平力を吸収するようにしたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
図１は、本発明の一実施の形態を示す図で、同図において、１は建物の上部構造物の基礎であるフーチング、２は下部構造物である基礎杭、３は上記フーチング１の下部に固定される凸型の上支承部３１と、基礎杭２の頭部に固定される凹型の下支承部３２と、上記上支承部３１と下支承部３２との間に配設された、圧縮復元性に優れたゴム弾性体から成る円柱状または円筒状の軸受けゴム３３と、上支承部３１の凸部外周面と下支承部３２の凹部内周面との間に配設された側受けゴム３４とを備えたゴム支承、４は上記フーチング１と基礎杭２との間に設置されたプレストレス付加手段で、後述するように、このプレストレス付加手段４により、上記軸受けゴム３３に予め鉛直方向の圧縮力を付加する。
【００１０】
上記プレストレス付加手段４は、上記ゴム支承３の中央部（軸受けゴム３３の中心部）に設置されるもので、事前（建物施工時）に所定の緊張力を導入した複数本のＰＣ鋼撚り線４１の一端側（杭先先端側）４１ａを基礎杭２中に埋設し、他端側（頭部側）４１ｂをフーチング１の上部または中間部に固定する。詳細には、図１に示すように、ＰＣ鋼撚り線４１の杭先先端側４１ａを、保護管４２の下部に連結されたリブ付き鋼管４３の下端側に設置した先端支圧板４３ａから下方に突出させ、これを圧着グリップ４４により上記リブ付き鋼管４３に固定するとともに、上記ＰＣ鋼撚り線４１の頭部側４１ｂを、フーチング１の上部または中間部に設けられた上部取付筐体４５内の、定着ヘッド４６ａと頭部支圧板４６ｂとから成る定着治具４６に取付ける。このとき、上記ＰＣ鋼撚り線４１のフーチング１中の長さとしては、緊張力によるコンクリートの支圧応力がフーチング１内で十分に分散されることを考慮した所定の長さとする必要がある。一方、基礎杭２中の長さとしては、リブ付き鋼管４３から伝達されるコンクリートの支圧あるいは付着応力が基礎杭２内に分散されることを考慮した長さとする必要がある。また、上部構造物の荷重がかかることによる上記ＰＣ鋼撚り線４１のゆるみや、ゴム支承３のクリープ、ＰＣ鋼撚り線４１自体のリラクゼーションによる緊張力の低下を防ぐために、上記ＰＣ鋼撚り線４１の基礎杭２中の長さを、上記ゆるみ分も考慮した所定の長さとする必要がある。
これにより、上記軸受けゴム３３に、ＰＣ鋼撚り線４１に導入された上記緊張力に相当する圧縮力（プレストレス）を付加することができる。
【００１１】
地震時においては、図２に示すように、フーチング１には回転力と慣性力（水平荷重）が作用するので、ゴム支承３には、構造物の荷重負荷Ｆ１に加えて、上記曲げモーメントＭと水平力Ｆ２が作用する。このとき、上記回転力は、上記軸受けゴム３３の回転方向の曲げ変形（以下、回転変形という）により吸収することができるので、上記フーチング１と基礎杭２の頭部との接合部分に作用する曲げモーメントＭを小さくすることができる。一方、上記水平力Ｆ２は、上記側受けゴム３４を介して基礎杭２の頭部に伝達されるが、上記水平力Ｆ２は上記側受けゴム３４の圧縮による変形により効果的に吸収できる。
また、アスペクト比が大きな建物の場合、上記ゴム支承３には浮き上がり力が作用するが、本例では、図３（ａ），（ｂ）に示すように、ゴム支承３の軸受けゴム３３にプレストレスＰｓを付加しているので、上記軸受けゴム３３に伸びが発生する動作点がずれている。すなわち、上記浮き上がり力が上記プレストレスＰｓの範囲内であれば、上記軸受けゴム３３には伸びが発生しないため、上記軸受けゴム３３には引張力が作用しない。したがって、上記軸受けゴム３３の強度・剛性等の特性を維持することができるので、上記接合部分に作用する曲げモーメントＭを上記軸受けゴム３３の回転変形により十分に吸収することができ、基礎杭２の頭部に作用する曲げモーメントを大幅に低減することができる。
【００１２】
このように、本実施の形態では、上部構造物の基礎であるフーチング１の下部と、下部構造物である基礎杭２の頭部との間に配設されたゴム支承３の軸受けゴム３３に、一端側４１ａが基礎杭２の頭部に埋設され、他端側４１ｂがフーチング１の上部または中間部に固定され、予め所定の緊張力が与えられた複数本のＰＣ鋼撚り線４１を備えたプレストレス付加手段４によりプレストレスを与えておき、上記軸受けゴム３３に引張力が作用しないようにしたので、上記軸受けゴム３３に浮き上がり力が作用した場合でも、軸受けゴム３３の強度、剛性等の特性を維持することができる。したがって、上記軸受けゴム３３の回転方向の曲げ変形により、フーチング１と基礎杭２の頭部との接合部分に発生する曲げモーメントを十分に吸収することができる。
【００１３】
なお、上記実施の形態では、引張材として複数本のＰＣ鋼撚り線４１を用いたが、引張材はこれに限るものではなく、図４に示すように、１本あるいは複数本のＰＣ鋼棒４８を用いてもよい。このとき、上記引張材（ＰＣ鋼棒４８またはＰＣ鋼撚り線４１）に、皿バネ４９をナット４９Ｎ等により取付けるようにすれば、上記引張材に予め与えた緊張力の低下を抑制することができる。すなわち、上記図１の構成においては、ＰＣ鋼撚り線４１などの引張材の緊張定着後における建物荷重、地震時における増加圧縮力により軸受けゴム３３が圧縮変形し、上記引張材にゆるみが生じ、緊張力が低下するため、上記引張材の長さを長くして上記ゆるみの割合を小さくする必要があるが、上記図４のように、皿バネ４９を用いた場合には、ＰＣ鋼棒４８等の引張材に緊張力を導入した際に、上記皿バネ４９は圧縮変形されて反発力を有した状態となるので、上記反発力により上記引張材のゆるみを抑制することができる。したがって、上記引張材の長さが短くても、上記軸受けゴム３３に十分なプレストレスを確保することができる。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の引張抵抗型杭頭構造は、プレストレス付加手段を設けて、下部構造物の頭部と、上部構造物またはその基礎の下部と間に介挿されるゴム支承のゴム弾性体に予め鉛直方向の圧縮力を付加し、上記ゴム支承に浮き上がり力が作用した場合でも、上記浮き上がり力が上記プレストレスの範囲内であれば、上記ゴム弾性体には引張力が作用しないようにしたので、上記曲げモーメントを上記ゴム弾性体の回転方向の曲げ変形により十分に吸収することができる。したがって、アスペクト比が大きな建物であっても、杭頭に作用する曲げモーメントを大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す図である。
【図２】ゴム支承に作用する曲げモーメント及び水平力を示す図である。
【図３】プレストレスの効果を説明するための図である。
【図４】本発明による皿バネを用いた杭頭構造の例を示す図である。
【図５】従来の杭頭構造を示す図である。
【符号の説明】
１  フーチング、２  基礎杭、３  ゴム支承、４  プレストレス付加手段、３１  上支承部、３２  下支承部、３３  軸受けゴム、３４  側受けゴム、４１  ＰＣ鋼撚り線、４２  保護管、４３  リブ付き鋼管、４４  圧着グリップ、４５  上部取付筐体、４６  定着治具、４８  ＰＣ鋼棒、４９  皿バネ、４９Ｎ  ナット。
【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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