(57)【要約】 【課題】杭頭と基礎スラブとの接合部における地震時曲げ破壊を防止する。【解決手段】本発明に係る耐震杭１１は、杭本体１２の杭頭側に塑性ヒンジ部１３を設けてある。なお、耐震杭１１は上部構造物の基礎部材１４に接合されることとなるが、耐震杭１１の頭部である塑性ヒンジ部１３と基礎部材１４とをどのように接合するかは任意であり、杭頭側に設けた塑性ヒンジ部１３と基礎部材１４とを剛接合してもかまわない。杭本体１２は普通鉄筋を用いたＲＣで構成してあるとともに、塑性ヒンジ部１３は低降伏点鋼材からなる鉄筋を用いたＲＣで構成してある。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部杭本体と下部杭本体との間に塑性ヒンジ部を設けたことを特徴とする耐震杭。
【請求項２】
杭本体の杭頭側に塑性ヒンジ部を設けたことを特徴とする耐震杭。
【請求項３】
上部杭本体と下部杭本体との間及び前記上部杭本体の杭頭側にそれぞれ塑性ヒンジ部を設けたことを特徴とする耐震杭。
【請求項４】
前記塑性ヒンジ部をＲＣで構成した請求項１乃至請求項３のいずれか一記載の耐震杭。
【請求項５】
前記塑性ヒンジ部を鋼材で構成した請求項１乃至請求項３のいずれか一記載の耐震杭。
【請求項６】
前記塑性ヒンジ部の対応位置に配筋する鉄筋を低降伏点鋼材とし、又はその鉄筋量を減少させて構成した鉄筋籠を掘削孔内に挿入してコンクリートを打設した請求項４記載の耐震杭。
【請求項７】
前記杭本体又は前記上部杭本体及び前記下部杭本体を中空鋼管で構成するとともに前記塑性ヒンジ部を中空鋼管で構成し、それらを材軸方向に相互に接合した請求項５記載の耐震杭。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭基礎で採用される耐震杭に関する。
【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、当然ながら上部構造物の重量を確実に支持できなければならないが、地震時においては、上部構造物からの水平力によって杭頭に大きなせん断力や曲げモーメントが作用するため、設計施工時には地震時安全性に対する十分な配慮が必要となる。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１４４０２９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、杭と基礎スラブとを接合する方法として、場所打ちコンクリート杭の杭頭を基礎スラブに１０ｃｍ程度埋め込んで予め出しておいた杭の主筋を基礎スラブに定着させたり、既製杭の杭頭を基礎スラブに杭径長さ程度埋め込んだりする方法があったが、これらの接合方法では、固定度αが１．０、すなわちほぼ剛接となり、巨大地震時においては、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った。
【０００６】
また、ＰＣ杭やＰＨＣ杭の杭頭を１０ｃｍ程度基礎スラブに埋め込んで杭切断のときに残しておいたＰＣ鋼線や鋼棒を基礎スラブに定着させたり、鋼管杭や外殻鋼管付き既製コンクリート杭の杭頭に溶接された接合鉄筋を基礎スラブに定着させたり、杭中空部に杭径の２倍程度の長さで鉄筋コンクリートを充填する中詰め補強を行ったりする方法があったが、これらの接合方法でも、固定度は上述した接合方法よりも小さくなるものの、軸力作用下では、かなりの曲げモーメントが杭頭に発生することが実験で確かめられており、巨大地震の下では、やはり曲げモーメントによる杭頭破壊の懸念を免れない。
【０００７】
一方、地震時においては、地盤の自由振動が杭に強制変形を与え、該強制変形が曲げモーメントやせん断力といった部材力を杭に発生させる。かかる場合においては、比較的深い箇所で大きな部材力が杭に発生することが考えられるが、このような深層部での杭の破壊をいかに防止するかについては未だ検討段階であるのが現状である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、主として杭頭と基礎スラブとの接合部における地震時曲げ破壊を防止可能な耐震杭を提供することを目的とする。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る耐震杭は請求項１に記載したように、上部杭本体と下部杭本体との間に塑性ヒンジ部を設けたものである。
【００１０】
また、本発明に係る耐震杭は請求項２に記載したように、杭本体の杭頭側に塑性ヒンジ部を設けたものである。
【００１１】
また、本発明に係る耐震杭は請求項３に記載したように、上部杭本体と下部杭本体との間及び前記上部杭本体の杭頭側にそれぞれ塑性ヒンジ部を設けたものである。
【００１２】
また、本発明に係る耐震杭は、前記塑性ヒンジ部をＲＣで構成したものである。
【００１３】
また、本発明に係る耐震杭は、前記塑性ヒンジ部を鋼材で構成したものである。
【００１４】
また、本発明に係る耐震杭は、前記塑性ヒンジ部の対応位置に配筋する鉄筋を低降伏点鋼材とし、又はその鉄筋量を減少させて構成した鉄筋籠を掘削孔内に挿入してコンクリートを打設したものである。
【００１５】
また、本発明に係る耐震杭は、前記杭本体又は前記上部杭本体及び前記下部杭本体を中空鋼管で構成するとともに前記塑性ヒンジ部を中空鋼管で構成し、それらを材軸方向に相互に接合したものである。
【００１６】
請求項１に係る耐震杭においては、上部杭本体と下部杭本体との間に塑性ヒンジ部を設けてある。
【００１７】
従来、杭を設計するにあたっては、上部構造物の常時鉛直荷重に加えて、地震時に上部構造物に作用する慣性力を地震時水平力として杭頭に作用させ、かかる常時鉛直荷重及び地震時水平力を設計外力として断面設計を行うのが一般的であった。
【００１８】
しかしながら、実際には地震による地盤の自由振動が杭に強制変形を与え、その結果、杭には強制変形による部材力が発生する。そして、杭を設計するにあたっては、上述したような地震時水平力を杭頭に作用させたときの部材力を考慮するだけではなく、地盤の自由振動が与える強制変形による部材力をも考慮する必要があることが分かってきた。
【００１９】
そこで、本出願人は、上述したように上部杭本体と下部杭本体との間に塑性ヒンジ部を設けておけば、地盤の自由振動によって生じる杭の部材力を低減することができることを見いだした。
【００２０】
すなわち、上部杭本体と下部杭本体との間に塑性ヒンジ部を設けておくと、地盤の自由振動によって杭に強制変形が作用したとしても、かかる強制変形は、塑性ヒンジ部における回転変形によって拘束が緩和され、杭に生じる部材力は大幅に低減する。
【００２１】
塑性ヒンジ部をどの位置に設けるかは、周辺地盤から強制変形を受けたときに該強制変形によって発生するであろう杭の部材力を最も低減することができる位置に設定すればよい。具体的には、ボーリング調査等によって地盤構造を予め把握し、その上で塑性ヒンジ部の位置をパラメータとした地盤振動解析を行い、塑性ヒンジ部の位置と杭に生じる部材力との対応関係を調べることにより、最適な塑性ヒンジ部の設置位置を決定することができる。例えば、地盤のせん断剛性やＮ値が急変する箇所では、地盤の振動振幅も急変し、その箇所を境に杭が受ける強制変形量が大きく異なる。すなわち、該箇所にて大きな曲げモーメントが発生することが考えられるので、この位置に塑性ヒンジ部を設けてピン構造とすることにより、杭に生じる部材力を低減することができる。
【００２２】
請求項２に係る耐震杭においては、杭本体の杭頭側に塑性ヒンジ部を設けてあり、該塑性ヒンジ部を上部構造物の基礎部材に接合してある。
【００２３】
このようにすると、杭本体の頭部側に設けた塑性ヒンジ部が地震による水平力を上部構造物の基礎部材から受けたとき、該塑性ヒンジ部は塑性化して回転変形を生じることとなる。すなわち、本発明に係る耐震杭は、塑性ヒンジ部を介して上部構造物の基礎部材にピン接合に近い状態で接合されることとなる。したがって、耐震杭の杭頭すなわち塑性ヒンジ部に作用していた曲げモーメントが大幅に低減されるとともに、耐震杭が接合される基礎部材に作用する曲げモーメントも低減され、耐震杭及び基礎部材の曲げ破壊を防止することができる。
【００２４】
なお、耐震杭と基礎部材とをどのように接合するかは任意であり、杭頭側に設けた塑性ヒンジ部と基礎部材とを剛接合してもかまわない。
【００２５】
杭本体をどのように構成するのかは任意であり、例えば、ＲＣや鋼管等で構成することが考えられる。
【００２６】
請求項３に係る耐震杭においては、上部杭本体と下部杭本体との間及び上部杭本体の杭頭側にそれぞれ塑性ヒンジ部を設けてなり、上部杭本体の杭頭側に設けた塑性ヒンジ部については、これを上部構造物の基礎部材に接合してある。
【００２７】
このようにすると、地震時においては、上部構造物の慣性力が地震時水平力として杭頭に作用するが、上部杭本体の杭頭側に設けた塑性ヒンジ部は、かかる地震時水平力を受けたときに塑性化して回転変形が生じ、杭頭には曲げモーメントが殆ど作用しない。
【００２８】
一方、地震時においては、杭は上述したような地震時水平力を杭頭で受けて部材力が発生するが、かかる上部構造物の慣性力に起因した部材力のみならず、周辺の地盤から受ける強制変形に起因した部材力も発生する。
【００２９】
すなわち、地震時における地盤の自由振動による強制変形が耐震杭に作用するが、かかる強制変形により上部杭本体と下部杭本体との間に設けた塑性ヒンジ部は塑性化して回転変形が生じるため、地盤からの強制変形による拘束が緩和され、耐震杭に生じる部材力が大幅に低減する。
【００３０】
要するに、本発明に係る耐震杭は、塑性ヒンジ部を介して上部構造物の基礎部材にピン接合に近い状態で接合されるとともに、上部杭本体と下部杭本体もピン接合に近い状態で接合されることとなる。
【００３１】
したがって、上部杭本体の杭頭側に設けた塑性ヒンジ部によって杭の頭部及び基礎部材に作用していた曲げモーメントが大幅に低減されるとともに、地盤状況などによって耐震杭が大きな強制変形を受けるような場合であっても、所定位置に設けられた塑性ヒンジ部によって耐震杭に作用する部材力は大幅に低減し、かくして、頭部及び中間部における耐震杭の破壊と基礎部材の曲げ破壊を防止することができる。
【００３２】
上部杭本体と下部杭本体との間の塑性ヒンジ部をどの位置に設けるかは、請求項１と同様にして、周辺地盤から強制変形を受けたときに該強制変形によって発生するであろう杭の部材力を最も低減することができる位置に設定すればよい。
【００３３】
上部杭本体及び下部杭本体をどのように構成するのかは任意であり、例えば、ＲＣや鋼管等で構成することが考えられる。また、上部杭本体と下部杭本体を同じ構成とするのか、異なる構成とするのかも問わない。
【００３４】
請求項１乃至請求項３に係る塑性ヒンジ部は、低剛性又は低降伏点となるように構成され、所定の外力又は強制変形が作用すると塑性化して回転変形を生じるのであればどのように構成するのかは任意である。
【００３５】
また、塑性ヒンジ部をどのような材料で構成するのかは任意であり、例えば、ＲＣで構成したり、鋼材で構成したりすることができる。
【００３６】
ＲＣで塑性ヒンジ部を構成する場合、例えば、塑性ヒンジ部の対応位置に配筋する鉄筋を低降伏点鋼材とし、又はその鉄筋量を減少させて構成した鉄筋籠を掘削孔内に挿入してコンクリートを打設することが考えられる。
【００３７】
一方、鋼管で塑性ヒンジ部を構成する場合、例えば、杭本体又は上部杭本体及び下部杭本体を中空鋼管で構成するとともに塑性ヒンジ部を中空鋼管で構成し、それらを材軸方向に相互に接合することが考えられる。
【００３８】
ここで、かかる塑性ヒンジ部に用いる中空鋼管は、例えば、低降伏点鋼材からなる鋼管を用いて降伏点を低くしたり、通常よりも肉厚の薄い鋼管や径の小さい鋼管を用いて剛性を低くしたりすることによって構成することが考えられる。
【００３９】
また、塑性ヒンジ部を、上述したように杭本体又は上部杭本体及び下部杭本体と同じ材料で構成してＲＣ耐震杭や鋼管耐震杭としてもよいが、異なる材料のものを組み合わせて複合耐震杭を構成してもかまわない。
【００４０】
例えば、ＲＣ杭本体に鋼管で構成される塑性ヒンジ部を接合して耐震杭を構成することが考えられる。かかる場合における接合方法は任意であるが、例えば、塑性ヒンジ部をフランジ付きの中空鋼管で構成するとともにＲＣ杭本体の頂部にアンカーボルトを突設しておき、該アンカーボルトを介して塑性ヒンジ部のフランジをＲＣ杭本体の頂部にボルト接合するようにすることが考えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明に係る耐震杭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。
【００４２】
（第１実施形態）
【００４３】
図１(a)は、本実施形態に係る耐震杭１１を示した側面図であり、同図に示すように、本実施形態に係る耐震杭１１は、杭本体１２の杭頭側に塑性ヒンジ部１３を設けてある。
【００４４】
なお、耐震杭１１は上部構造物の基礎部材１４に接合されることとなるが、耐震杭１１の頭部である塑性ヒンジ部１３と基礎部材１４とをどのように接合するかは任意であり、杭頭側に設けた塑性ヒンジ部１３と基礎部材１４とを剛接合してもかまわない。
【００４５】
杭本体１２は普通鉄筋を用いたＲＣで構成してあるとともに、塑性ヒンジ部１３は低降伏点鋼材からなる鉄筋を用いたＲＣで構成してある。
【００４６】
本実施形態に係る耐震杭１１を構築するには、図１(b)に示すように、まず、鉄筋籠１５を掘削孔１８内に挿入する。ここで、鉄筋籠１５は、塑性ヒンジ部１３の対応位置に配筋する鉄筋を低降伏点鋼材からなる鉄筋１６で構成してあるとともに、杭本体１２の対応位置に配筋する鉄筋を普通鉄筋１７で構成してある。
【００４７】
次に、掘削孔１８内にコンクリートを打設する。
【００４８】
このように構築された耐震杭１１においては、杭本体１２の頭部側に設けた塑性ヒンジ部１３が地震による水平力を上部構造物の基礎部材１４から受けたとき、該塑性ヒンジ部は塑性化して回転変形を生じることとなる。すなわち、本実施形態に係る耐震杭１１は、塑性ヒンジ部１３を介して上部構造物の基礎部材１４にピン接合に近い状態で接合されることとなる。
【００４９】
図２は、上部構造物からの地震時水平力が杭に作用した際の曲げモーメントを示した図で、実線が接合部を剛接合とした杭の曲げモーメント、破線が本実施形態に係る耐震杭１１の曲げモーメントを表している。この図に示すように、接合部を剛接合としたときは杭の頭部に大きな曲げモーメントが発生するが、本実施形態に係る耐震杭１１を用いることによって、耐震杭１１の頭部に生じる曲げモーメントが大幅に低減される。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態に係る耐震杭１１によれば、杭頭に作用する曲げモーメントが大幅に低減されるとともに、該杭頭が接合される基礎部材１４に作用する曲げモーメントも低減され、かくして、上部構造物の慣性力による杭頭及び基礎部材での曲げ破壊を防止することができる。
【００５１】
本実施形態では、塑性ヒンジ部１３を低降伏点鋼材からなる鉄筋１６を用いて低降伏点となるように構成したが、場合によっては、普通鉄筋を用いて塑性ヒンジ部を構成してもかまわない。かかる場合には、塑性ヒンジ部の対応位置に配筋する普通鉄筋の鉄筋量を減少させて低剛性となるように構成することが考えられる。
【００５２】
また、本実施形態では、杭本体１２及び塑性ヒンジ部１３をＲＣで構成して耐震杭１１をＲＣ耐震杭としたが、場合によっては、杭本体を中空鋼管で構成するとともに塑性ヒンジ部を中空鋼管で構成し、それらを材軸方向に相互に接合して鋼管耐震杭としてもかまわない。
【００５３】
ここで、かかる塑性ヒンジ部に用いる中空鋼管は、例えば、低降伏点鋼材からなる鋼管を用いて降伏点を低くしたり、通常よりも肉厚の薄い鋼管や径の小さい鋼管を用いて剛性を低くしたりすることによって構成することが考えられる。
【００５４】
また、上述したように塑性ヒンジ部と杭本体とを同じ材料で構成してＲＣ耐震杭や鋼管耐震杭としてもよいが、場合によっては、異なる材料のものを組み合わせて複合耐震杭を構成してもかまわない。
【００５５】
図３は、複合耐震杭２１を示した斜視図であり、同図に示すようにＲＣで構成される杭本体２２に鋼管で構成される塑性ヒンジ部２３を接合してなる複合耐震杭２１で本発明の耐震杭を構成してある。塑性ヒンジ部２３は、中空鋼管２５の両端周縁につば状のフランジ２４、２４を設けてなり、該塑性ヒンジ部は、杭本体２２の頂部に突設されたアンカーボルト２６を用いて該杭本体の頂部にボルト接合してある。
【００５６】
なお、かかる複合耐震杭２１の作用効果は上述した耐震杭１１の作用効果と同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００５７】
（第２実施形態）
【００５８】
次に、第２実施形態に係る耐震杭について説明する。なお、第１実施形態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。
【００５９】
図４(a)は、本実施形態に係る耐震杭３１を示した側面図であり、同図に示すように、本実施形態に係る耐震杭３１は、上部杭本体３２と下部杭本体３３との間に塑性ヒンジ部３４を設けてある。
【００６０】
上部杭本体３２及び下部杭本体３３は普通鉄筋を用いたＲＣで構成してあるとともに、塑性ヒンジ部３４は低降伏点鋼材からなる鉄筋を用いたＲＣで構成してある。
【００６１】
塑性ヒンジ部３４をどの位置に設けるかは、周辺地盤から強制変形を受けたときに該強制変形によって発生するであろう耐震杭３１の部材力を最も低減することができる位置に設定すればよい。具体的には、ボーリング調査等によって地盤構造を予め把握し、その上で塑性ヒンジ部３４の位置をパラメータとした地盤振動解析を行い、塑性ヒンジ部３４の位置と耐震杭３１に生じる部材力との対応関係を調べることにより、最適な塑性ヒンジ部３４の設置位置を決定することができる。
【００６２】
図５(a)は、本実施形態に係る耐震杭３１を構築する地盤の構造を示した断面図であり、耐震杭３１は軟弱層４１、４１の間に存在する剛性の高い中間層４２を貫通して支持地盤４３まで打ち込んである。図５(b)は、かかる地盤のＮ値を示した図であり、同図に示すように、軟弱層４１と中間層４２との境界ではＮ値が急変しており、このように地盤のＮ値が急変する箇所では、地盤の振動振幅も急変し、その箇所を境に杭が受ける強制変形量が大きく異なる。すなわち、該箇所にて大きな曲げモーメントが発生することが考えられるので、例えば同図に示す境界位置に塑性ヒンジ部３４を設けることが考えられる。
【００６３】
本実施形態に係る耐震杭３１を構築するには、図４(b)に示すように、まず、鉄筋籠３５を掘削孔１８内に挿入する。ここで、鉄筋籠３５は、塑性ヒンジ部３４の対応位置に配筋する鉄筋を低降伏点鋼材からなる鉄筋３６で構成してあるとともに、上部杭本体３２及び下部杭本体３３の対応位置に配筋する鉄筋を普通鉄筋３７で構成してある。
【００６４】
次に、掘削孔１８内にコンクリートを打設する。
【００６５】
このように、上部杭本体３２と下部杭本体３３との間に塑性ヒンジ部３４を設けておくと、地盤の自由振動によって耐震杭３１に強制変形が作用したとしても、かかる強制変形は、塑性ヒンジ部３４における回転変形によって拘束が緩和され、耐震杭３１に生じる部材力は大幅に低減する。したがって、塑性ヒンジ部３４を介して上部杭本体３２と下部杭本体３３がピン接合に近い状態で接合されることとなる。
【００６６】
図６は、地震時の自由振動による強制変形が杭に作用した際の部材力を示した図で、実線が塑性ヒンジ部３４を設けない場合の杭の曲げモーメント及びせん断力、破線が塑性ヒンジ部３４を設けた場合の耐震杭３１の曲げモーメント及びせん断力をそれぞれ表している。この図に示すように、塑性ヒンジ部３４を設けないときは軟弱層４１と中間層４２との境界近傍で大きな部材力が発生するが、本実施形態に係る塑性ヒンジ部３４を設けることによって、耐震杭３１に生じる部材力が大幅に低減される。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態に係る耐震杭３１によれば、地盤状況などによって大きな強制変形を受けるような場合であっても、所定位置に設けられた塑性ヒンジ部３４によって耐震杭３１に作用する部材力は大幅に低減し、かくして、地盤の自由振動による破壊を防止することができる。
【００６８】
本実施形態では、塑性ヒンジ部３４を低降伏点鋼材からなる鉄筋３６を用いて低降伏点となるように構成したが、場合によっては、普通鉄筋を用いて塑性ヒンジ部を構成してもかまわない。かかる場合には、塑性ヒンジ部の対応位置に配筋する普通鉄筋の鉄筋量を減少させて低剛性となるように構成することが考えられる。
【００６９】
また、本実施形態では、上部杭本体３２、下部杭本体３３及び塑性ヒンジ部３４を全てＲＣで構成してなる耐震杭３１、すなわちＲＣ耐震杭で本発明の耐震杭を構成したが、場合によっては、図７に示すように、上部杭本体５２、下部杭本体５３及びそれらの間に配置される塑性ヒンジ部５４をそれぞれ中空鋼管で構成するとともにそれらを材軸方向に相互に接合してなる鋼管耐震杭５１を本発明の耐震杭としてもかまわない。
【００７０】
ここで、かかる塑性ヒンジ部５４に用いる中空鋼管は、例えば、低降伏点鋼材からなる鋼管を用いて降伏点を低くしたり、通常よりも肉厚の薄い鋼管や径の小さい鋼管を用いて剛性を低くしたりすることによって構成することが考えられる。
【００７１】
また、上述したように塑性ヒンジ部と上部杭本体及び下部杭本体とを同じ材料で構成してなるＲＣ耐震杭や鋼管耐震杭を本発明の耐震杭としてもよいが、場合によっては、異なる材料のものを組み合わせてなる複合耐震杭で本発明の耐震杭を構成してもかまわない。
【００７２】
なお、かかる複合耐震杭の作用効果は上述した耐震杭３１の作用効果と同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００７３】
（第３実施形態）
【００７４】
次に、第３実施形態に係る耐震杭について説明する。なお、第１実施形態乃至第２実施形態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。
【００７５】
図８は、本実施形態に係る耐震杭６１を示した図であり、同図に示すように、本実施形態に係る耐震杭６１は、上部杭本体６２と下部杭本体６３との間に塑性ヒンジ部６４を設けるとともに、上部杭本体６２の杭頭側にも塑性ヒンジ部６５を設けてある。
【００７６】
なお、耐震杭６１は上部構造物の基礎部材に接合することとなるが、耐震杭６１の杭頭側に設けた塑性ヒンジ部６５と上部構造物の基礎部材とをどのように接合するかは任意であり、杭頭側に設けた塑性ヒンジ部６５と基礎部材とを剛接合してもかまわない。
【００７７】
上部杭本体６２及び下部杭本体６３は普通鉄筋を用いたＲＣで構成してあるとともに、塑性ヒンジ部６４、６５は低降伏点鋼材からなる鉄筋を用いたＲＣで構成してある。
【００７８】
上部杭本体６２と下部杭本体６３との間の塑性ヒンジ部６４をどの位置に設けるかは、第３実施形態と同様にして、周辺地盤から強制変形を受けたときに該強制変形によって発生するであろう杭の部材力を最も低減することができる位置に設定すればよい。
【００７９】
耐震杭６１は、図８に示すように第２実施形態同様、軟弱層４１、４１の間に存在する剛性の高い中間層４２を貫通して支持地盤４３まで打ち込んである。軟弱層４１と中間層４２との境界ではＮ値が急変しており、このように地盤のＮ値が急変する箇所では、地盤の振動振幅も急変し、その箇所を境に杭が受ける強制変形量が大きく異なる。すなわち、該箇所にて大きな曲げモーメントが発生することが考えられるので、例えば同図に示す境界位置に塑性ヒンジ部６４を設けることが考えられる。
【００８０】
本実施形態に係る耐震杭６１を構築するには、図９に示すように、まず、鉄筋籠７１を掘削孔１８内に挿入する。ここで、鉄筋籠７１は、塑性ヒンジ部６４、６５の対応位置に配筋する鉄筋を低降伏点鋼材からなる鉄筋７２で構成してあるとともに、上部杭本体６２及び下部杭本体６３の対応位置に配筋する鉄筋を普通鉄筋７３で構成してある。
【００８１】
次に、掘削孔１８内にコンクリートを打設する。
【００８２】
このように構築された耐震杭６１においては、地震時に上部構造物の慣性力が地震時水平力として耐震杭６１の杭頭に作用するが、上部杭本体６２の杭頭側に設けた塑性ヒンジ部６５は、かかる地震時水平力を受けたときに塑性化して回転変形が生じ、杭頭には曲げモーメントが殆ど作用しない。
【００８３】
一方、地震時においては、耐震杭６１は上述したような地震時水平力を杭頭で受けて部材力が発生するが、かかる上部構造物の慣性力に起因した部材力のみならず、周辺の地盤から受ける強制変形に起因した部材力も発生する。
【００８４】
すなわち、地震時における地盤の自由振動による強制変形が耐震杭６１に作用するが、かかる強制変形により上部杭本体６２と下部杭本体６３との間に設けた塑性ヒンジ部６４は塑性化して回転変形が生じるため、地盤からの強制変形による拘束が緩和され、耐震杭６１に生じる部材力が大幅に低減する。
【００８５】
要するに、本実施形態に係る耐震杭６１は、塑性ヒンジ部６５を介して上部構造物の基礎部材にピン接合に近い状態で接合されるとともに、塑性ヒンジ部６４を介して上部杭本体３２と下部杭本体６３もピン接合に近い状態で接合されることとなる。
【００８６】
以上説明したように、本実施形態に係る耐震杭６１によれば、上部杭本体６２の杭頭側に設けた塑性ヒンジ部６５によって耐震杭６１の頭部及び基礎部材に作用していた曲げモーメントが大幅に低減されるとともに、地盤状況などによって耐震杭６１が大きな強制変形を受けるような場合であっても、所定位置に設けられた塑性ヒンジ部６４によって耐震杭６１に作用する部材力は大幅に低減し、かくして、頭部及び基礎部材の曲げ破壊並びに中間部における耐震杭６１の破壊を防止することができる。
【００８７】
本実施形態では、塑性ヒンジ部６４、６５を低降伏点鋼材からなる鉄筋７２を用いて低降伏点となるように構成したが、場合によっては、普通鉄筋を用いて塑性ヒンジ部を構成してもかまわない。かかる場合には、塑性ヒンジ部の対応位置に配筋する普通鉄筋の鉄筋量を減少させて低剛性となるように構成することが考えられる。
【００８８】
また、本実施形態では、上部杭本体６２、下部杭本体６３及び塑性ヒンジ部６４、６５を全てＲＣで構成してなる耐震杭６１、すなわちＲＣ耐震杭で本発明の耐震杭を構成したが、場合によっては、上部杭本体、下部杭本体、それらの間に配置される塑性ヒンジ部及び上部杭本体の杭頭側に配置される塑性ヒンジ部をそれぞれ中空鋼管で構成するとともにそれらを材軸方向に相互に接合してなる鋼管耐震杭を本発明の耐震杭としてもかまわない。
【００８９】
ここで、かかる塑性ヒンジ部に用いる中空鋼管は、例えば、低降伏点鋼材からなる鋼管を用いて降伏点を低くしたり、通常よりも肉厚の薄い鋼管や径の小さい鋼管を用いて剛性を低くしたりすることによって構成することが考えられる。
【００９０】
また、上述したように塑性ヒンジ部と上部杭本体及び下部杭本体とを同じ材料で構成してなるＲＣ耐震杭や鋼管耐震杭を本発明の耐震杭としてもよいが、場合によっては、異なる材料のものを組み合わせてなる複合耐震杭で本発明の耐震杭を構成してもかまわない。
【００９１】
なお、かかる複合耐震杭の作用効果は上述した耐震杭６１の作用効果と同様であるので、ここではその説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】第１実施形態に係る耐震杭を示した図であり、(a)は側面図、(b)は施工図。
【図２】第１実施形態に係る杭頭の接合構造の作用を示した図。
【図３】第１実施形態の変形例に係る耐震杭を示した斜視図。
【図４】第２実施形態に係る耐震杭を示した図であり、(a)は側面図、(b)は施工図。
【図５】第２実施形態に係る耐震杭の作用を示した図。
【図６】第２実施形態に係る耐震杭の作用を示した図。
【図７】第２実施形態の変形例に係る耐震杭を示した斜視図。
【図８】第３実施形態に係る耐震杭を示した全体図。
【図９】第３実施形態に係る耐震杭を示した施工図。
【符号の説明】
【００９３】
１１、３１、６１            耐震杭
１２、２２                  杭本体
１３、２３、６５            塑性ヒンジ部
１５、３５、７１            鉄筋籠
１６、３６、７２            鉄筋
１８                        掘削孔
２１                        複合耐震杭（耐震杭）
２５                        中空鋼管
３２、５２、６２            上部杭本体
３３、５３、６３            下部杭本体
３４、５４、６４            塑性ヒンジ部
５１                        鋼管耐震杭（耐震杭）
【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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