(57)【要約】【課題】迅速かつ簡便に杭頭固定度を考慮した設計を実現する。【解決手段】杭設計装置２０００は、通常接合された杭が杭頭に受けるモーメントに基づいて、通常接合された杭とは杭頭の構造が異なる簡易接合された杭が杭頭に受けるモーメントに関する値を表わす情報を出力する装置である。この杭設計装置２０００は、通常接合された杭が杭頭に受ける第１のモーメントの値を記憶するメモリ２１６と、杭頭固定度を予め記憶する固定ディスク２０４と、杭頭固定度と第１のモーメントとに基づいて、簡易接合された杭が杭頭に受ける第２のモーメントに関する値を算出するＣＰＵ２０２と、第２のモーメントに関する値を表わす情報を出力するモニタ２０８とを含む。【選択図】        図１
2004285748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の杭が杭頭に受けるモーメントに基づいて、前記第１の杭とは杭頭の構造が異なる第２の杭が杭頭に受けるモーメントに関する値を表わす情報を出力する装置であって、
前記第１の杭が杭頭に受ける第１のモーメントの値を記憶するための第１の記憶手段と、
前記第１の杭と前記第２の杭とに同じ条件で力が加えられた場合にそれぞれ杭頭に受けるモーメントの比であって、前記第１のモーメントと、前記第２の杭が杭頭に受ける第２のモーメントとの比を表わす杭頭固定度を予め記憶するための第２の記憶手段と、
前記杭頭固定度と前記第１のモーメントとに基づいて、前記第２のモーメントに関する値を算出するための第１の算出手段と、
前記第２のモーメントに関する値を表わす情報を出力するための出力手段とを含む、情報処理装置。
【請求項２】
前記第２の記憶手段は、前記第２の杭の種類別に前記杭頭固定度を記憶するための手段を含み、
前記情報処理装置は、
前記第２の杭の種類を表わすデータを入力するための入力手段と、
前記データに基づいて、前記第１の算出手段が用いる杭頭固定度を選択するための選択手段とをさらに含む、請求項１に記載の情報処理装置。
【請求項３】
前記第２の記憶手段は、前記第２の杭の種類別に定められた前記杭頭固定度を記憶するための手段を含む、請求項１または２に記載の情報処理装置。
【請求項４】
前記種類は、杭の構造により特定される種類である、請求項３に記載の情報処理装置。
【請求項５】
前記種類は、杭の直径により特定される種類である、請求項３に記載の情報処理装置。
【請求項６】
前記情報処理装置は、
前記第２の杭の設計条件を表わす情報を記憶するための第３の記憶手段と、
前記第２のモーメントおよび前記設計条件に基づいて、前記第２の杭が受ける応力および前記第２の杭のたわみのいずれかを表わす算出値を算出するための第２の算出手段とをさらに含み、
前記出力手段は、前記算出値を表わす情報を出力するための手段を含む、請求項１から５のいずれかに記載の情報処理装置。
【請求項７】
第１の杭が杭頭に受けるモーメントに基づいて、前記第１の杭とは杭頭の構造が異なる第２の杭が杭頭に受けるモーメントに関して判断された結果を表わす情報を出力する装置であって、
前記第１の杭が杭頭に受ける第１のモーメントの値を記憶するための第１の記憶手段と、
前記第１の杭と前記第２の杭とに同じ条件で力が加えられた場合にそれぞれ杭頭に受けるモーメントの比であって、前記第１のモーメントと、前記第２の杭が杭頭に受ける第２のモーメントとの比を表わす杭頭固定度を予め記憶するための第２の記憶手段と、
前記杭頭固定度と前記第１のモーメントとに基づいて、前記第２のモーメントに関する値を算出するための第１の算出手段と、
前記第２の杭の設計条件を表わす情報を記憶するための第３の記憶手段と、
前記第２のモーメントに関する値および前記設計条件に基づいて、前記第２の杭が受ける応力および前記第２の杭のたわみのいずれかを表わす算出値を算出するための第２の算出手段と、
前記算出値の、許容される値の範囲を表わす許容情報を記憶するための第４の記憶手段と、
前記算出値と許容情報とに基づいて、前記算出値が許容される値の範囲に含まれるか否かを判断するための判断手段と、
前記判断手段により判断された結果を表わす情報を出力するための出力手段とを含む、情報処理装置。
【請求項８】
第１の杭が杭頭に受けるモーメントに基づいて、前記第１の杭とは杭頭の構造が異なる第２の杭が杭頭に受けるモーメントに関する値を表わす情報を出力する方法であって、
前記第１の杭が杭頭に受ける第１のモーメントの値を記憶する第１の記憶ステップと、
前記第１の杭と前記第２の杭とに同じ条件で力が加えられた場合にそれぞれ杭頭に受けるモーメントの比であって、前記第１のモーメントと、前記第２の杭が杭頭に受ける第２のモーメントとの比を表わす杭頭固定度を予め記憶する第２の記憶ステップと、
前記杭頭固定度と、前記第１のモーメントとに基づいて、前記第２のモーメントに関する値を算出する第１の算出ステップと、
前記第２のモーメントに関する値を表わす情報を出力する出力ステップとを含む、情報処理方法。
【請求項９】
請求項８に記載の情報処理方法をコンピュータに実現させるためのプログラム。
【請求項１０】
請求項９に記載のプログラムを記録した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、杭基礎を含む構造物の耐震設計に関し、特に杭頭の構造が異なる杭の設計に用いる情報処理装置、情報処理方法、その情報処理方法を実現するためのプログラム、およびそのプログラムを記録した記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、杭の耐震設計においては、杭頭が完全に固定されたと仮定して計算することが通例であった。社団法人日本建築学会の基礎構造設計指針などに示唆されているためである。兵庫県南部地震において杭頭に被害が多発したことは、この通例が変更されるきっかけとなった。最近では仕様設計から性能設計への移行が進められている。杭の耐震設計においても、杭頭固定度を考慮した性能設計が注目を集めている。特に、杭頭固定度を意図的に低減することで、耐震性を向上させようとする杭頭の接合方法（簡易接合）の研究開発が活発に行なわれている。杭頭固定度とは、同じ条件で力が加えられた場合に杭頭に受けるモーメントの比であって、通常接合された杭が杭頭に受けるモーメントと、簡易接合された杭が杭頭に受けるモーメントとの比を表わす係数をいう。
【０００３】
特開２００２−１４６７１８号公報（特許文献１）は、耐震設計において、経済的に建設できる構造物を、効率的に設計する技術を開示する。この公報に開示された構造物の設計方法は、橋梁などの構造物の設計方法である。この設計方法は、構造物の構成要素を抽出し、構成要素ごとに、非線形的かつ動的な応答解析に必要な構造諸元を決定して、非線形的かつ動的な応答解析モデルを設定する第１ステップと、構造諸元を構成要素ごとに、その非線形な挙動を示す特性値が含まれるように設計変数を設定する第２ステップと、設計変数をパラメータとして、各構成要素ごとの建設費を表わす目的関数を設定する第３ステップと、非線形な挙動に対して、地震規模の大きさに対応して、設計変数に複数の水準を設定する第４ステップと、設計変数の、複数の水準の組合せにおける非線形かつ動的な応答解析を行なう第５ステップと、非線形かつ動的な応答解析の結果を用いて、制約条件で考慮すべき動的な挙動の推定式を実験計画法に基づいて作成し、動的な挙動の制約条件を設定する第６ステップと、最適化問題を定式化して、数理計画法に基づいて、設計変数の改良解を求める第７ステップとを含む。第４から第７ステップの過程が必要に応じて繰返されることにより最適解が決定される。
【０００４】
この設計方法によると、制約条件で考慮すべき動的挙動の推定式を作成し、最適化問題を定式化のうえ数理計画法に基づいて設計変数の改良解を求めていき、最適解を導出する。これにより、求められた最適解には、建設費が反映される。その結果、耐震性を確保でき、かつ最も経済的に建設できる構造物を、効率的に設計できる設計方法を提供することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１４６７１８号公報（第３頁−第１２頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の公報に開示された装置には、以下のような問題がある。
【０００７】
特開２００２−１４６７１８号公報で開示された構造物の設計方法は、構造物の構成要素を抽出し、その構成要素の設計変数を繰返し計算により最適化する。設計変数の間の関係が理論的に明らかでない場合、このような算出方法を用いて最適値を求めることは困難である。
【０００８】
杭頭固定度を考慮して杭を設計する場合、耐震設計の最も一般的な方法は、いわゆるＣｈａｎｇ式と杭頭固定度αとを用いる方法である。この方法は、Ｃｈａｎｇ式を用いて杭頭が完全に固定されていると仮定した場合の、杭頭部のモーメント（杭頭モーメント）に杭頭固定度αを乗算して実際の杭頭モーメントをまず求める。実際の杭頭モーメントが求められると、これを用いて強度などを算出し、クライテリア（設計上の許容範囲）が満たされるか否かを判断し、杭の構造を決定する。
【０００９】
杭頭固定度αの値は、杭頭接合方法や杭種、外力レベル（杭頭モーメントの大きさ）、軸力などによって変化する。これらの間の関係は一律に決まるものではなく、理論的に明らかでもない。前述の公報に開示された設計方法と杭頭固定度αとを用いて杭の耐震設計を行なうことは困難である。設計者は物件毎に杭頭固定度を実験や解析から求める必要がある。
【００１０】
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、迅速かつ簡便に杭頭固定度を考慮した設計を実現できる情報処理装置、情報処理方法、その方法を実現するプログラム、および記録媒体を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る情報処理装置は、第１の杭が杭頭に受けるモーメントに基づいて、第１の杭とは杭頭の構造が異なる第２の杭が杭頭に受けるモーメントに関する値を表わす情報を出力する装置である。この情報処理装置は、第１の杭が杭頭に受ける第１のモーメントの値を記憶するための第１の記憶手段と、第１の杭と第２の杭とに同じ条件で力が加えられた場合にそれぞれ杭頭に受けるモーメントの比であって、第１のモーメントと、第２の杭が杭頭に受ける第２のモーメントとの比を表わす杭頭固定度を予め記憶するための第２の記憶手段と、杭頭固定度と第１のモーメントとに基づいて、第２のモーメントに関する値を算出するための第１の算出手段と、第２のモーメントに関する値を表わす情報を出力するための出力手段とを含む。
【００１２】
第１の発明によると、第１の算出手段は、第１の記憶手段に予め記憶された第１のモーメントと、第２の記憶手段に予め記憶された杭頭固定度とに基づいて第２のモーメントに関する値を算出する。第２のモーメントに関する値とは、第２のモーメントのほか、第２のモーメントを用いて算出できる値をいう。これにより、第１の算出手段は、第２のモーメントより算出が容易な第１のモーメントと杭頭固定度とを用いて第２のモーメントに関する値を迅速かつ簡便に算出することができる。第２のモーメントに関する値が迅速かつ簡便に算出されるので、出力手段は第２のモーメントに関する値を表わす情報を迅速かつ簡便に出力できる。その情報が迅速かつ簡便に出力されるので、杭は迅速かつ簡便に設計される。その結果、迅速かつ簡便に杭頭固定度を考慮した設計を実現できる情報処理装置を提供できる。
【００１３】
第２の発明に係る情報処理装置は、第１の発明の構成に加えて、第２の記憶手段は、第２の杭の種類別に杭頭固定度を記憶するための手段を含む。情報処理装置は、第２の杭の種類を表わすデータを入力するための入力手段と、データに基づいて、第１の算出手段が用いる杭頭固定度を選択するための選択手段とをさらに含む。
【００１４】
第２の発明によると、第２の記憶手段は、第２の杭の種類別に杭頭固定度を記憶する。選択手段は、入力手段に入力された第２の杭の種類に基づいて、第１の算出手段が用いる杭頭固定度を選択する。これにより、第１の算出手段は、第２の杭の種類に応じた的確な杭頭固定度を用いて第２のモーメントを的確、迅速かつ簡便に算出できる。第２のモーメントの値が的確、迅速かつ簡便に算出されるので、杭は的確、迅速かつ簡便に設計される。その結果、杭の種類に応じて、的確、迅速かつ簡便に杭頭固定度を考慮した設計を実現できる情報処理装置を提供できる。
【００１５】
第３の発明に係る情報処理装置は、第１または第２の発明の構成に加えて、第２の記憶手段は、第２の杭の種類別に定められた杭頭固定度を記憶するための手段を含む。
【００１６】
第３の発明によると、第２の記憶手段は、第２の杭の種類別に定められた杭頭固定度を記憶する。杭頭固定度は、杭の種類の影響を受けることが多い。これにより、第２のモーメントは、第２の杭の種類が考慮されたことに伴い、的確、迅速かつ簡便に算出される。第２のモーメントの値が的確、迅速かつ簡便に算出されるので、杭は的確、迅速かつ簡便に設計される。その結果、的確、迅速かつ簡便に杭頭固定度を考慮した設計を実現できる情報処理装置を提供できる。
【００１７】
第４の発明に係る情報処理装置は、第３の発明の構成に加えて、種類は、杭の構造により特定される種類である。
【００１８】
第４の発明によると、第２の記憶手段は、第２の杭の構造に基づいて定められた杭頭固定度を記憶する。杭頭固定度は、杭の構造の影響を受けることがより多い。これにより、第２のモーメントは、第２の杭の構造が考慮されたことに伴い、より的確、迅速かつ簡便に算出される。第２のモーメントの値がより的確、迅速かつ簡便に算出されるので、杭はより的確、迅速かつ簡便に設計される。その結果、より的確、迅速かつ簡便に杭頭固定度を考慮した設計を実現できる情報処理装置を提供できる。
【００１９】
第５の発明に係る情報処理装置は、第３の発明の構成に加えて、種類は、杭の直径により特定される種類である。
【００２０】
第５の発明によると、第２の記憶手段は、第２の杭の直径に基づいて定められた杭頭固定度を記憶する。杭頭固定度は、杭の直径の影響を受けることがより多い。これにより、第２のモーメントは、第２の杭の直径が考慮されたことに伴い、より的確、迅速かつ簡便に算出される。第２のモーメントの値がより的確、迅速かつ簡便に算出されるので、杭はより的確、迅速かつ簡便に設計される。その結果、より的確、迅速かつ簡便に杭頭固定度を考慮した設計を実現できる情報処理装置を提供できる。
【００２１】
第６の発明に係る情報処理装置は、第１から第５のいずれかの発明の構成に加えて、第２の杭の設計条件を表わす情報を記憶するための第３の記憶手段と、第２のモーメントおよび設計条件に基づいて、第２の杭が受ける応力および第２の杭のたわみのいずれかを表わす算出値を算出するための第２の算出手段とをさらに含む。出力手段は、算出値を表わす情報を出力するための手段を含む。
【００２２】
第６の発明によると、第２の算出手段は、第２の杭が受ける応力および第２の杭のたわみのいずれかを算出する。これらは杭を設計する場合に重要な役割を有する値である。これにより、杭はさらに迅速かつ簡便に設計される。その結果、さらに迅速かつ簡便に杭頭固定度を考慮した設計を実現できる情報処理装置を提供できる。
【００２３】
第７の発明に係る情報処理装置は、第１の杭が杭頭に受けるモーメントに基づいて、第１の杭とは杭頭の構造が異なる第２の杭が杭頭に受けるモーメントに関して判断された結果を表わす情報を出力する装置である。この情報処理装置は、第１の杭が杭頭に受ける第１のモーメントの値を記憶するための第１の記憶手段と、第１の杭と第２の杭とに同じ条件で力が加えられた場合にそれぞれ杭頭に受けるモーメントの比であって、第１のモーメントと、第２の杭が杭頭に受ける第２のモーメントとの比を表わす杭頭固定度を予め記憶するための第２の記憶手段と、杭頭固定度と第１のモーメントとに基づいて、第２のモーメントに関する値を算出するための第１の算出手段と、第２の杭の設計条件を表わす情報を記憶するための第３の記憶手段と、第２のモーメントに関する値および設計条件に基づいて、第２の杭が受ける応力および第２の杭のたわみのいずれかを表わす算出値を算出するための第２の算出手段と、算出値の、許容される値の範囲を表わす許容情報を記憶するための第４の記憶手段と、算出値と許容情報とに基づいて、算出値が許容される値の範囲に含まれるか否かを判断するための判断手段と、判断手段により判断された結果を表わす情報を出力するための出力手段とを含む。
【００２４】
第７の発明によると、判断手段は、算出値が許容される値の範囲に含まれるか否かを判断する。算出値が許容される値の範囲に含まれるか否かが判断されるので、出力手段は判断された結果を表わす情報を迅速かつ簡便に出力できる。これにより、算出値が許容される値の範囲に含まれるか否かを表わす情報が迅速かつ簡便に出力されるので、杭は一層迅速かつ簡便に設計される。その結果、一層迅速かつ簡便に杭頭固定度を考慮した設計を実現できる情報処理装置を提供できる。
【００２５】
第８の発明に係る情報処理方法は、第１の杭が杭頭に受けるモーメントに基づいて、第１の杭とは杭頭の構造が異なる第２の杭が杭頭に受けるモーメントに関する値を表わす情報を出力する方法である。この情報処理方法は、第１の杭が杭頭に受ける第１のモーメントの値を記憶する第１の記憶ステップと、第１の杭と第２の杭とに同じ条件で力が加えられた場合にそれぞれ杭頭に受けるモーメントの比であって、第１のモーメントと、第２の杭が杭頭に受ける第２のモーメントとの比を表わす杭頭固定度を予め記憶する第２の記憶ステップと、杭頭固定度と第１のモーメントとに基づいて、第２のモーメントに関する値を算出する第１の算出ステップと、第２のモーメントに関する値を表わす情報を出力する出力ステップとを含む。
【００２６】
第８の発明によると、第１の算出ステップは、第１の記憶ステップにおいて予め記憶された第１のモーメントと、第２の記憶ステップにおいて予め記憶された杭頭固定度とに基づいて第２のモーメントに関する値を算出する。第２のモーメントに関する値とは、第２のモーメントのほか、第２のモーメントを用いて算出できる値をいう。これにより、第１の算出ステップは、第２のモーメントより算出が容易な第１のモーメントと杭頭固定度とを用いて第２のモーメントに関する値を迅速かつ簡便に算出することができる。第２のモーメントに関する値が迅速かつ簡便に算出されるので、出力ステップは第２のモーメントに関する値を表わす情報を迅速かつ簡便に出力できる。その情報が迅速かつ簡便に出力されるので、杭は迅速かつ簡便に設計される。その結果、迅速かつ簡便に杭頭固定度を考慮した設計を実現できる情報処理方法を提供できる。
【００２７】
第９の発明にかかるプログラムは、第８の発明に記載の情報処理方法をコンピュータに実現させるためのものである。
【００２８】
第９の発明によると、迅速かつ簡便に杭頭固定度を考慮した設計を実現できる情報処理方法を実現するプログラムを提供することができる。
【００２９】
第１０の発明に係る記録媒体は、第９の発明に記載のプログラムを記録したものである。
【００３０】
第１０の発明によると、迅速かつ簡便に杭頭固定度を考慮した設計を実現できる情報処理方法を実現するプログラムを記録した記録媒体を提供することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００３２】
図１を参照して、本実施の形態に係る杭設計装置２０００は、コンピュータ２００と、モニタ２０８と、マウス２１２と、キーボード２１４とを含む。コンピュータ２００は、杭の設計に必要な情報処理を行なう。モニタ２０８は、画面に表示することにより、簡易接合された杭が杭頭に受けるモーメントの値を出力する。マウス２１２およびキーボード２１４は、それぞれユーザからの設計条件の入力を受付る。
【００３３】
コンピュータ２００は、相互にバスで接続されたＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）２０２と、固定ディスク２０４と、メモリ２１６と、ＦＤ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｄｉｓｋ）駆動装置２１８およびＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ−Ｄｉｓｃ−Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）駆動装置２２０とを含む。ＣＰＵ２０２は、各回路や杭設計装置２０００の各装置などを制御するほか、杭頭固定度の選択、杭の設計に必要な演算、およびクライテリアを満足するか否かを判断する。杭の設計に必要な演算とは、簡易接合された杭が杭頭に受けるモーメントや、簡易接合された杭が受ける応力やたわみなどをいう。固定ディスク２０４は複数の領域に区分され、本実施の形態にかかる設計装置を実現するためのソフトウェア、杭頭固定度を表わすデータ、および簡易接合された杭のクライテリアをそれぞれ記憶する。メモリ２１６は、ＣＰＵ２０２が本実施の形態にかかる設計装置を実現するためのソフトウェアを実行する際に、固定ディスク２０４が記憶するそのソフトウェアやその他のデータをを一時的に記憶する。その他のデータとは、ユーザが入力した設計条件、ならびにＣＰＵ２０２が演算により求めた、従来一般的に行なわれている杭と躯体との接合（通常接合）がされた杭および簡易接合された杭がそれぞれ受けるモーメントの値などをいう。ＦＤ駆動装置２１８にはＦＤ２２２が装着される。ＣＤ−ＲＯＭ駆動装置２２０にはＣＤ−ＲＯＭ２２４が装着される。
【００３４】
既に述べたように、この装置は、コンピュータハードウェアとＣＰＵ２０２により実行されるソフトウェアとにより実現される。一般的にこうしたソフトウェアは、ＦＤ２２２、ＣＤ−ＲＯＭ２２４などの記録媒体に格納されて流通し、ＦＤ駆動装置２１８またはＣＤ−ＲＯＭ駆動装置２２０などにより記録媒体から読取られて固定ディスク２０４に一旦格納される。固定ディスク２０４に格納されると、ソフトウェアは、メモリ２１６に読出されてＣＰＵ２０２により実行される。これらに示したコンピュータのハードウェア自体は一般的なものである。したがって、本発明の最も本質的な部分は、ＦＤ２２２、ＣＤ−ＲＯＭ２２４、固定ディスク２０４などの記録媒体に記録されたソフトウェアである。
【００３５】
なお、これらの図に示したコンピュータ自体の動作は周知であるので、ここではその詳細な説明は繰返さない。
【００３６】
図２を参照して、本実施の形態に係る固定ディスク２０４に記憶された杭頭固定時の杭頭モーメントＭ０と杭頭固定度αとの関係を示す。固定ディスク２０４には、杭頭固定度αが杭頭固定時のモーメントＭ０に対応する値として記憶されている。これらの値は、杭種や杭径ごとに区分されている。杭種や杭径ごとに区分された値は、杭に加わる軸力Ｎごとにさらに区分されている。図２（Ａ）〜図２（Ｄ）は、これらの値の一部をグラフとして表わしたものである。図２（Ａ）と図２（Ｂ）〜図２（Ｄ）とは杭種が異なるデータをそれぞれ表わす。図２（Ｂ）〜図２（Ｄ）は杭種が同一で杭径がそれぞれ異なるデータを表わす。杭種とは杭の構造により区別される杭の種類をいう。杭径とは杭の直径をいう。図２（Ａ）は杭径φ６００のＰＨＣ（高強度プレストレスト  コンクリート杭：Ｐｒｅｔｅｎｓｉｏｎ  ｔｙｐｅ  ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ  ｈｉｇｈ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ  ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ  ｃｏｎｃｒｅｔｅ  ｐｉｌｅ）杭−Ｃ種の杭頭固定度を表わすデータである。
【００３７】
図３を参照して、本実施の形態において、設計の対象となる杭の概念図を示す。図３（Ａ）は前述した通常接合を表わす。フーチング５０と杭６０とは補強鉄筋６２およびコンクリート６４により強固に固定されている。図３（Ｂ）は前述した簡易接合の場合の概念図を表わす。フーチング５０と杭６０とはコンクリート６４によって一体化しているが、特に補強されていない。地震によってフーチング５０と杭６０との間にせん断力を受けると、これらの固定部は容易に破壊する。これにより、フーチング５０を介して構造物が受ける地震の荷重は大幅に小さくなるので、構造物の耐震性は向上する。
【００３８】
図４を参照して、本実施の形態において、簡易接合された杭６０の杭頭固定度αを算出する方法について説明する。本実施の形態において固定ディスク２０４に記憶される、杭頭固定度αの値の一部は、実験により求められる。図４は実験装置７０の概念図である。実験装置７０は、フレーム７２と、ジャッキ７４と、加力用アクチュエータ７６と、加力スタブ７８と、反力用アクチュエータ８０と、反力スタブ８２とを含む。フレーム７２は、杭６０を支え、予定されていない荷重などが杭６０にかかるのを防ぎ、かつ杭６０に加える荷重の反力を支える。ジャッキ７４は、杭６０に軸力を導入する。加力用アクチュエータ７６は、杭６０に地震の荷重に対応する力を加える。加力スタブ７８は、杭６０に加力用アクチュエータ７６が加えた力を伝達するとともに、変位計を内蔵し、杭６０の水平方向の変位を計測する。反力用アクチュエータ８０は、地震が生じたときに杭６０が受ける反力に対応する力を杭６０に加える。反力スタブ８２は、杭６０に反力用アクチュエータ８０が加えた力を伝達するとともに、変位計を内蔵し、杭６０の水平方向の変位を計測する。ジャッキ７４によって荷重を加えられた杭６０に、加力用アクチュエータ７６および反力用アクチュエータ８０が力を加えると、杭６０の杭頭部は水平力により発生したモーメントを受けて変位する。変位量は加力スタブ７８および反力スタブ８２に内蔵された変位計と、杭６０の杭頭部に設けられた変位計８４とによって測定される。これにより、杭６０が受けた荷重と変位量が明らかになるので、モーメントとたわみとの関係を表わす公知の公式を用いて杭頭部に受けたモーメントが算出される。モーメントが算出されると、そのモーメントと通常接合された杭の杭頭部が受けるモーメント（Ｃｈａｎｇ式を用いて算出できる。）との比が杭頭固定度αとして算出される。杭径や軸力が異なる場合については、実験によって求められた杭頭固定度αと、有限要素法とを用いて、杭頭固定度αが算出される。
【００３９】
図５を参照して、本実施の形態にかかる杭６０が用いられる状況を表わすイメージ図を示す。図５（Ａ）は杭伏せ図すなわち平面図を表わし、図５（Ｂ）は断面図を表わす。外周に配置された杭６０は通常接合により建屋（または土木構造物のフーチング）と接合され、内側に配置された杭６０は簡易接合により接合される。
【００４０】
図６を参照して、本実施の形態に係る杭設計装置２０００で実行されるプログラムは、簡易接続された杭の設計に関し、以下のような制御構造を有する。
【００４１】
ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１０１にて、ＣＰＵ２０２は、キーボード２１４からユーザが杭種や杭径を入力するのを待つ。Ｓ１０２にて、ＣＰＵ２０２は、キーボード２１４から入力されたデータに基づいて、通常接合された杭頭が受けるモーメントすなわち杭頭固定モーメントＭ０を算出し、メモリ２１６に記憶させる。本実施の形態においては、杭頭が固定された場合の杭頭モーメントの算定式として一般的に杭の耐震設計に用いられているＣｈａｎｇ式を用いる。式（１）にＣｈａｎｇ式を示す。
【００４２】
Ｍ０＝Ｈ／２β                      （１）
ただし、
Ｍ０：杭頭固定条件における杭頭モーメント
Ｈ      ：水平力
β      ：地盤と杭から求まる定数
Ｓ１０４にて、ＣＰＵ２０２は、固定ディスク２０４に記憶されたデータをサーチし、算出した杭頭固定モーメントＭ０に対応する杭頭固定度αの値を読出す。Ｓ１０６にて、ＣＰＵ２０２は、杭頭固定度αを考慮して、杭が受けるモーメントおよび変位を算出し、メモリ２１６に記憶させ、モニタ２０８に出力する。具体的には、以下の式を用いてそれらを算出する。
【００４３】
ＭＳ＝αＭ０                            （２）
ＭＵ＝ＲＵ・Ｍ０                        （３）
Ｙ（０）＝Ｈ／（４ＥＩβ３）・（２−α）（４）
ＬＭ＝１／β・ＲＬ                                          （５）
ただし、
ＭＳ    ：簡易接合された杭頭の杭頭モーメント
ＭＵ    ：簡易接合された杭が地中部で受ける最大のモーメント
Ｙ（０）：簡易接合された杭の杭頭の変位
ＬＭ    ：簡易接合された杭において最大のモーメントが発生する深さ
α      ：杭頭固定度
ＥＩ    ：杭の曲げ剛性（既知）
ＲＵ、ＲＬは以下の式（６）、式（７）を用いて算出する。
【００４４】
【数１】
2004285748.tif 000003
【００４５】
【数２】
2004285748.tif 000004
Ｓ１０８にて、ＣＰＵ２０２は、クライテリアを満足するか否か判断する。クライテリアを満足すると判断した場合には（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、処理は終了する。もしそうでないと（Ｓ１０８にてＮＯ）、処理はＳ１０１へと移される。
【００４６】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、杭設計装置２０００の動作について説明する。
【００４７】
ＣＰＵ２０２は、キーボード２１４からユーザが杭種や杭径を入力するのを待つ（Ｓ１０１）。以下の条件は、本実施の形態においてキーボード２１４から入力される、杭の設計条件を表わす。
【００４８】
杭種            ＰＨＣ杭−Ｃ種（ＥＩ＝２．０４Ｅ＋１０ＭＰａ）
杭径            ６００ｍｍ
地盤            Ｎ値５（杭と地盤とからβ＝０．００３１１１）
杭頭接合方法    簡易接合方法
地震時水平力    ２９４ｋＮ
地震時最大軸力  ９８０ｋＮ
地震時最小軸力  ９８ｋＮ
杭種や杭径などが入力されると、ＣＰＵ２０２は、入力されたデータに基づいて、杭頭固定モーメントＭ０を算定する（Ｓ１０２）。本実施の形態においては式（１）に値を代入して、
Ｍ０＝４７２５１．７ｋＮｃｍ＝４７２．５ｋＮｍ
ただし、
Ｈ＝２９４ｋＮ
β＝０．００３１１１
杭頭固定モーメントが算出されると、ＣＰＵ２０２は、固定ディスク２０４に記憶されたデータから、算出した杭頭固定モーメントＭ０に対応する杭頭固定度αを読出す（Ｓ１０４）。本実施の形態の場合、杭頭固定度αとして図２（Ａ）に表わされるデータが読出され、軸力９８０ｋＮと９８ｋＮ時との杭頭固定度は式（８）、式（９）のように求まる。
【００４９】
軸力９８０ｋＮ時
α＝０．３５                            （８）
軸力  ９８ｋＮ時
α＝０．１                              （９）
杭頭固定度αが読出されると、ＣＰＵ２０２は、杭頭固定度を考慮した杭が受けるモーメントおよび変位を算出し、メモリ２１６に記憶させ、モニタ２０８に出力する（Ｓ１０６）。杭頭固定度を考慮した杭が受けるモーメントおよび変位は、杭頭固定度αが求まれば、前述した式（２）〜式（５）によって求まる。
【００５０】
式（２）〜式（５）に式（８）、式（９）を代入することによって杭頭固定度を考慮した杭のモーメントと変位とは、以下のように求まる。
【００５１】
軸力９８０ｋＮ時
杭頭モーメント                ＭＳ＝１６５．４ｋＮｍ
地中部最大モーメント          ＭＵ＝２０８．８ｋＮｍ
杭頭変位                      Ｙ（０）＝０．０２ｍ＝２．０ｃｍ
地中部最大モーメント発生深さ  ＬＭ＝３．２ｍ
軸力９８ｋＮ時
杭頭モーメント                ＭＳ＝４７．３ｋＮｍ
地中部最大モーメント          ＭＵ＝２７５．４ｋＮｍ
杭頭変位                      Ｙ（０）＝０．０２３ｍ＝２．３ｃｍ
地中部最大モーメント発生深さ  ＬＭ＝２．７ｍ
杭のモーメントと変位とが算定されると、ＣＰＵ２０２は、杭に発生するモーメントやたわみについて設定されるクライテリアを満足するか否か判断する（Ｓ１０８）。上記の算定結果がクライテリアを満足していれば（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、設計完了となる。本実施の形態においては、クライテリアを、水平力（２９４ｋＮ）が作用したした際に、杭の発生モーメントが許容情報（本実施の形態においては２９４ｋＮｍ）以内に収まることとする。軸力９８０ｋＮ時および９８ｋＮ時ともクライテリアを満足するので、設計完了となる。
【００５２】
なお、本実施の形態においては、φ６００−ＰＨＣ杭−Ｃ種、通常接合法の場合の設計法を示したが、杭種や杭径、接合方法に制限はなく、条件にあったデータを用いて設計することができる。
【００５３】
以上のようにして、本実施の形態に係る杭設計装置２０００は、これまで物件ごとに実験や解析により求めなければならなかった、簡易接合された杭が受けるモーメントを容易に求めることができる。その杭が受けるモーメントが容易に求められるので、杭設計装置２０００は、その杭が受けるモーメントやたわみを容易に求めることができる。その杭が受けるモーメントやたわみが容易に求められるので、杭設計装置２０００は、その値がクライテリアを満足するか否か容易に判断できる。杭頭固定度は杭の構造や杭径に応じて記憶されているので、杭設計装置２０００は的確に前述した値を求め、その値がクライテリアを満足するか否か判断できる。その結果、杭頭固定度を考慮した杭の耐震設計を容易に実現できる情報処理装置を提供できる。
【００５４】
なお、Ｓ１０６においては、それぞれのモーメントに代えて、杭が受ける曲げ応力を求めてもよい。モーメントや曲げ応力のほか、それぞれのモーメントを用いて算出できる値であって設計上必要な値を求めてもよい。
【００５５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る杭設計装置の全体構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る固定ディスクに記憶された杭頭固定時の杭頭モーメントと杭頭固定度との関係を表わすグラフである。
【図３】本発明の実施の形態に係る杭頭の接合方法を表わす図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る簡易接合された杭の杭頭固定度を求めるための実験を表わす図である。
【図５】本実施の形態に係る簡易接合された杭が用いられる際のイメージを表わす図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る杭の設計処理の制御の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２００  コンピュータ、２０２  ＣＰＵ、２０４  固定ディスク、２０８  モニタ、２１２  マウス、２１４  キーボード、２１６  メモリ、２１８  ＦＤ駆動装置、２２０  ＣＤ−ＲＯＭ駆動装置２２０  ＦＤ、２２４  ＣＤ−ＲＯＭ、２０００  杭設計装置。
【図１】
2004285748.tif 000005
【図２】
2004285748.tif 000006
【図３】
2004285748.tif 000007
【図４】
2004285748.tif 000008
【図５】
2004285748.tif 000009
【図６】
2004285748.tif 000010