(57)【要約】【課題】  本発明は、杭頭部と上部構造体をピン結合させた際にもせん断力をスムーズに伝達でき、杭頭の耐震性能を向上させる杭頭接合部の構造を提供する。【解決手段】  上部構造体と杭頭部２ａとの間には、杭頭応力緩和装置３及びせん断力伝達部材１２が配置され、杭頭応力緩和装置３は、上部構造体と杭頭部２ａとの間で軸力を伝達しつつ両者間の相対回転を許容する。一方、せん断力伝達部材１２は、杭頭応力緩和装置３及び内側リング１４でせん断補強した杭頭部２ａを、上端部が基礎床版１に固定された外側リング１３の内方に挿入した状態で外側リング１３と内側リング１４がせん断伝達プレート１５を介して接触し、その伝達位置が杭頭応力緩和装置３の回転中心に一致することから、ピン結合の機能を阻害することなく、上部構造体に生じるせん断力を外側リング１３から内側リング１４を介して杭体２に伝達することが可能となる。【選択図】  図１
2005133482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭頭部と上部構造体との間に介装されており、
滑り面を球面の一部とした球座とそれに嵌着した蓋体を備え、
前記杭頭部と前記上部構造体との間で軸力を伝達しつつそれらの相対回転を許容する杭頭応力緩和装置と、
前記杭頭部及び前記杭頭応力緩和装置を囲うように配置されており、
杭頭部近傍の外周面に設置される内側リング、該内側リングの外周面で周方向に一様に固着されるせん断伝達プレート、及び該せん断伝達プレートが外周面に固着されている状態の前記内側リングを内包できる内径を有し、少なくとも上端部が前記上部構造体に固定され、内周面が前記せん断伝達プレートに接面するように設置される外側リングを備え、
前記杭頭部を補剛しつつ前記杭頭部に上部構造体からのせん断力を伝達するせん断力伝達部材により構成されることを特徴とする杭頭接合部の構造。
【請求項２】
請求項１に記載の杭頭接合部の構造において、
前記せん断伝達プレートが、前記杭頭応力緩和装置の回転中心点と同一の水平レベルに配置されることを特徴とする杭頭接合部の構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭頭接合部の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、地震時等において杭頭接合部に生じる大きな曲げ応力を効率よく負担できる方法には、杭頭部と上部構造体の基礎とを剛結合とするのではなくピン結合の形態として構成し、それらの相対回転を許容する構造が広く知られている。
これらピン結合には、例えば、特許文献１に示すように、滑り面を球面の一部とした球座とそれに嵌着した蓋体を備える杭頭応力緩和装置を適用し、前記球座を杭頭部の上端面に、また、前記蓋体を上部構造体の下面に強固に固定する構造が知られている。
【特許文献１】特開２００３−２７４９９号公報（図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述するような杭頭部と上部構造体がピン結合する構造において、地震時で上部構造体が水平挙動を示す際に生じるせん断力の杭体への伝達量は、杭体自身の軸力に比例して変動する。このため、地震時に低軸力となるような杭体が上部構造体を支持する複数の杭体の中に混在している場合には、低軸力の杭体にはせん断力が十分に伝達できず、一方で、高軸力の杭体に過度なせん断力が集中して作用することとなり、上部構造体を支持する全ての杭体に対して杭頭接合部の安全性が十分確保できないといった課題が生じていた。したがって、杭頭接合部に杭頭応力緩和装置を適用するには、構造物に制限を受ける場合があった。
【０００４】
上記事情に鑑み、本発明は、杭頭部と上部構造体をピン結合させた際にもせん断力をスムーズに伝達でき、杭頭の耐震性能を向上させる杭頭接合部の構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の杭頭接合部の構造は、杭頭部と上部構造体との間に介装されており、滑り面を球面の一部とした球座とそれに嵌着した蓋体を備え、前記杭頭部と前記上部構造体との間で軸力を伝達しつつそれらの相対回転を許容する杭頭応力緩和装置と、前記杭頭部及び前記杭頭応力緩和装置を囲うように配置されており、杭頭部近傍の外周面に設置される内側リング、該内側リングの外周面で周方向に一様に固着されるせん断伝達プレート、及び該せん断伝達プレートが外周面に固着されている状態の前記内側リングを内包できる内径を有し、少なくとも上端部が前記上部構造体に固定され、内周面が前記せん断伝達プレートに接面するように設置される外側リングを備え、前記杭頭部を補剛しつつ前記杭頭部に上部構造体からのせん断力を伝達するせん断力伝達部材により構成されることを特徴としている。
【０００６】
請求項２記載の杭頭接合部の構造は、前記せん断伝達プレートが、前記杭頭応力緩和装置の回転中心点と同一の水平レベルに配置されることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１記載の杭頭接合部の構造によれば、地震時等において、上部構造体と杭頭部との間に生じる相対回転は杭頭応力緩和装置により許容されることから、杭頭部の曲げモーメントが大幅に低減され、また上部構造体の水平挙動により生じるせん断力は、せん断力伝達部材を介して杭頭部にスムーズに伝達されることから、杭頭接合部の耐震性能を大幅に向上することが可能となる。
【０００８】
さらに、地震時等における前記上部構造体の水平挙動により生じるせん断力が、杭頭応力緩和装置を介することなくせん断力伝達部材を介して直接杭頭部に伝達されることから、杭頭部に作用するせん断力の伝達量が杭体の軸力に依存されず、地震時に低軸力となるような杭体が上部構造体を支持する複数の杭体の中に混在している場合にも、杭体の負担するせん断力を全ての杭体に平滑化でき、高軸力の杭体への過度なせん断力の集中を抑制することが可能となる。
【０００９】
したがって、杭体の軸力に応じてせん断力伝達部材と杭頭応力緩和装置とを併用させることにより、何れの構造物にも杭頭接合部に杭頭応力緩和装置を設置することができるため、杭頭応力緩和装置の適用範囲を大幅に拡大することが可能になるとともに、これに伴い、杭頭接合部の耐震性向上及び杭頭応力緩和装置を用いることによる基礎構造に係る建設コストの大幅削減を実現することが可能となる。
【００１０】
請求項２記載の杭頭接合部の構造によれば、地震時等において、杭頭応力緩和装置を用いることによる杭頭部に対する上部構造体の回転中心と、せん断力伝達部材を用いることによる上部構造体から杭頭部に作用するせん断力の作用点が同一の水平レベルとなるから、地震等が発生して杭頭部と上部構造体との間に相対回転を生じた際にも、杭頭部と上部構造体との間でせん断力の伝達を同時にかつスムーズに行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の杭頭接合部の構造を図１に示す。本発明は、上部構造体と杭頭部との間に、軸力を伝達しながら地震時に生じる両者間の相対回転を許容し、杭頭部の曲げモーメントを大幅に低減する杭頭応力緩和装置と、杭頭部のせん断耐力を補強しながら地震時において上部構造体の水平挙動により杭頭接合部に生じるせん断力を杭頭部に伝達し、杭頭部と上部構造体の相対水平変位を拘束するせん断力伝達部材の両者を設置することにより、杭頭接合部の耐震性向上及び安全性を確保するものである。
【００１２】
図１に示すように、上部構造体を構成する基礎床版１と杭体２よりなる杭頭部２ａとの間には、杭頭応力緩和装置３及びせん断力伝達部材１２が配置されている。なお、前記杭体２には、地盤中の図示しない支持層に杭先端を支持されて鉛直状に構築された場所打ちコンクリート杭を用いているが、必ずしもこれにこだわるものではない。
【００１３】
前記杭頭応力緩和装置３は、地震等の発生により基礎床版１と杭頭部２ａとの間に生じる相対回転を許容するもので、実質的には両者をピン結合する連結装置であり、滑り面を球面の一部とした球座４と、該球座４に嵌着し全方向に揺動可能に支持される蓋体５と、それらを連結する高力ボルト６、ナット７および球面状の座金８を備えている。
【００１４】
これらは、球座４及び蓋体５が高力ボルト６及びナット７を介して連結された状態において、球座４に対して蓋体５の揺動が全方向に可能な構成となっていることから、球座４を杭頭部２ａの上端面に、また蓋体５を基礎床版１の下端面に固定することにより、基礎床版１とせん断力伝達部材１２を備えた杭頭部２ａとの間で軸力を伝達しつつ両者間の相対回転を許容するものである。
以下に、前記球座４とせん断力伝達部材１２との接合構造、また前記蓋体５と基礎床版１との接合構造を詳述する。
【００１５】
前記球座４は、外周フランジ部に周方向に間隔をあけて複数のボルト孔４ａが形成されており、これらボルト孔４ａには球座アンカーボルト１０が挿通されている。該球座アンカーボルト１０の上端側は、球座４の外周フランジ部から上方へ突出しており、ナット１０ａがねじ合わされている。また、該球座アンカーボルト１０の下端側は、球座４が杭頭部２ａの上端面の所定位置に載置された状態で、杭体２の内方に埋設されている。
このような接合構造により、球座４は杭頭部２ａの上端面に固定されている。なお、球座４のレベル調整、及び球座４から杭頭部２ａへの軸力伝達をよりスムーズに行うことを目的に、杭頭部２ａの天端面と球座４との間には無収縮モルタル１１が注入されている。
【００１６】
また、前記蓋体５は、外周フランジ部に周方向に間隔をあけて複数のボルト孔５ａが形成されおり、これらボルト孔５ａには蓋体アンカーボルト９が挿通されている。該蓋体アンカーボルト９の下端側は、蓋体５の外周フランジ部から下方へ突出しており、この突出部にはナット９ａがねじ合わされている。また、蓋体アンカーボルト９の上端側は、前記基礎底版１の中に埋設されており、これにより、蓋体５は基礎床版１に固定されている。
このような構成により、前記杭頭応力緩和装置３を介して基礎底版１と杭体２の杭頭部２ａとを連結した、杭頭接合部の構造が形成されるものである。
【００１７】
一方、前記せん断力伝達部材１２は、地震等により基礎床版１と杭頭部２ａとの間に生じる水平変位を拘束するもので、前記杭頭部２ａ及び杭頭応力緩和装置３を囲う用に配置されており、外側リング１３、内側リング１４、及びせん断伝達プレート１５により構成されている。
【００１８】
内側リング１４は、鋼管により成形されており杭体２の杭頭部２ａ近傍、つまり杭頭部２ａの上端部から所定の高さ位置にかけて外周面を覆うように設置されて、杭頭部２ａのせん断耐力を補強する機能を有している。なお、該内側リング１４と杭頭部２ａの外周面との間には無収縮モルタル１６が充填されており、内側リング１４から杭頭部２ａへのせん断力の伝達がスムーズに行われる構成となっている。
【００１９】
また、該内側リング１４の外周面には、該内側リング１４と同様なリング状に成形した鋼材よりなるせん断伝達プレート１５が、内側リング１４の所定高さ位置に固着されている。なお、前記せん断伝達プレート１５は、必ずしも上述する構成にこだわるものではなく、内側リング１４と相似形の曲面を有する鋼板に成形し、周方向に所定の離間間隔をもって複数固着しても良い。
【００２０】
さらに、前記外側リング１３は、該せん断伝達プレート１５が外周面に固着されている状態の前記内側リング１４を内包できる内径を有する鋼管により成形されており、外周面が全長に渡り前記上部構造体を構成する基礎床版１の下端に埋設され、また、内周面が前記せん断伝達プレート１５に接面する状態で前記杭頭部２ａ及び杭頭応力緩和装置３を内包するように設置されている。
【００２１】
これらは、前記杭頭応力緩和装置３及び前記内側リング１４によりせん断耐力を補強された杭頭部２ａが、前記基礎床版１に固定された外側リング１３の内方に挿入されるとともに、該外側リング１３と内側リング１４がせん断伝達プレート１５を介して接触する構成となっている。これにより、地震等による上部構造体を構成する基礎床版１の水平挙動により生じるせん断力を、杭頭応力緩和装置３を介すことなく基礎床版１に固定された外側リング１３から杭頭部２ａの杭頭部を補剛している内側リング１４を介して杭頭部２ａに伝達し、上部構造体を構成する基礎床版１と杭頭部との相対変位を杭頭部２ａのせん断耐力により拘束するものである。
【００２２】
なお、本実施の形態では、外側リング１３の外周面が全長にわたり基礎床版１の下端に埋設されていることから、地震等による上部構造体を構成する基礎床版１の水平挙動により生じるせん断力を外側リング１３全体で分散して伝達されるため、外側リング１３自身に変形等が生じにくく、また効率よくせん断伝達プレート１５を介して内側リング１４へせん断力を伝達できる構成となっている。
しかし、基礎床版１に対する外側リング１３の設置方法は、必ずしもこれにこだわるものではなく、外側リング１３がせん断方向の外力を受けた際にも剛な部材であれば、少なくとも上端部が前記上部構造体を構成する基礎床版１の下端面に固定されていれば良い。
【００２３】
また、前記内側リング１４及び外側リング１３は、必ずしも鋼管造にこだわるものではなく、押圧力が作用した際にも変形や破壊を生じることのない剛部材により成形されれば、何れを用いても良い。
【００２４】
ところで、前記せん断伝達プレート１５の取り付けた高さは、図１に示すように、地震時等における杭頭部２ａに対する上部構造体を伴う杭頭応力緩和装置３の回転中心点、つまり、杭頭応力緩和装置３を構成する球座４に備えられている球面の曲率中心点Ｏと同一の水平レベルとしている。
このような構成とすることで、地震時等において杭頭部２ａと上部構造体との間に生じる相対回転は、杭頭応力緩和装置３を構成する球座４に備えられている球面に沿って挙動する。つまり、杭頭部２ａからみて上部構造体は、球座４の曲率中心点Ｏを中心とした球面運動として挙動する。
一方で、地震等により上部構造体にせん断力が生じてこれをせん断力伝達部材１２を介して杭頭部２ａに伝達する際には、前記せん断力伝達部材１２が外側リング１３と内側リング１４とをせん断伝達プレート１５を介して接触する構成としていることから、作用点はせん断伝達プレート１５の位置する高さとなる。
【００２５】
したがって、地震等により上部構造体が杭頭部２ａに対して回転した際にも杭頭部２ａに対して伝達されるせん断力の作用点は鉛直に変位するだけで平面的には常に定位置に保持されることとなるため、地震等が発生して杭頭部２ａと上部構造体との間に相対回転に生じた際にも、鉛直な接触面で接している杭頭部２ａと上部構造体との間の相対回転が、杭頭部２ａと上部構造体との間でのせん断力の伝達を阻害することがなく、杭頭部２ａと上部構造体との間の相対回転及びせん断力の伝達の両者の挙動を同時にかつスムーズに行うことができるものである。
【００２６】
上述する構成の杭頭接合部の構造は、通常時において、上部構造体等の鉛直荷重を基礎底版１から杭頭応力緩和装置３を介してスムーズに杭頭部２ａに伝達する。
【００２７】
一方、地震時において、基礎底版１を含む上部構造体に水平力を作用されると、基礎底版１と杭頭部２ａとの間に相対回転角が生じる。これに対しては、杭頭応力緩和装置３の球座４と蓋体５との接合面の回転すべりによりこれらの相対変位を吸収しながら、軸力を杭頭部２ａに伝達する。
また、相対水平変位に対しては、前記せん断力伝達部材１２が杭頭接合部に生じたせん断力を基礎床版１に固定された外側リング１３から杭頭部２ａに嵌着された内側リング１４を介して杭頭部２ａに直接的に伝達し、杭体２のせん断耐力で抵抗する。
【００２８】
このように、杭頭応力緩和装置３及びせん断力伝達部材１２を備えた杭頭接合部の構造は、地震時において杭頭部の曲げモーメントが大幅に低減できるのみでなく、杭頭接合部に生じるせん断力を杭頭部にスムーズに伝達できる構成を備えるものである。
【００２９】
このような杭頭応力緩和装置３及びせん断力伝達部材１２を用いた杭頭接合部の構造の構築方法を以下に示す。
（第１の工程）
図２（ａ）に示すように、地盤中の図示しない支持層に支持されるよう鉛直状に前記杭体２を構築した後、杭頭部２ａの周りを掘削し、ピット１７を形成する。
【００３０】
（第２の工程）
前記杭体２の芯出しを行い、前記球座アンカーボルト１０の下端側が杭体２に埋設されるように球座アンカーボルト１０を配筋した上でコンクリートを打設して硬化させ、図２（ｂ）に示すように、球座アンカーボルト１０の上端側が上端面より突出した杭頭部２ａを構築する。
次に、図２（ｃ）に示すように、前記球座４のボルト孔４ａを前記球座アンカーボルト１０に合わせるように、杭頭応力緩和装置３を杭頭部２ａの上端面に載置し、該球座アンカーボルト１０にナット１０ａをねじ合わせて両者を固定する。また、前記蓋体５のボルト孔５ａに蓋体アンカーボルト９を層通し、蓋体５の下方に突出する蓋体アンカーボルト９の下端側にナット９ａをねじ合わせてこれを固定する。
この後、前記球座４の底面と杭頭部２ａの上端面との間に無収縮モルタル１１を充填し、両者の隙間を埋める。
【００３１】
（第３の工程）
図３（ａ）に示すように、前記ピット１７の底部に仮支持させるようにして、前記杭体２の杭頭部２ａ近傍の外周面を覆うように、あらかじめ外周面にせん断伝達プレート１５が固着している内側リング１４を配置するとともに、これらを内包するように前記外側リング１３を建て込み、前記内側リング１４と杭体２の外周面との間に無収縮モルタル１６を充填する。
このとき、前記ピット１７の底部に埋め戻し砂１８等を敷設しておくことで、内側リング１４及び外側リング１３の高さ位置を調整する。また、前記せん断伝達プレート１５が介装されることにより該せん断伝達プレート１５の下方に形成された前記内側リング１４の内周面と前記外側リング１３の外周面との間の空隙部には、止水材２０を配置する。
【００３２】
この後、図３（ｂ）に示すように、前記ピット１７に捨てコンクリート１９を打設した上で、前記外側リング１３及び蓋体アンカーボルト９の上端側が基礎床版１中に埋設されるよう、該基礎床版１に係る配筋を実施するとともにコンクリート型枠を構築し、コンクリートを打設する。
これにより、図３（ｃ）に示すように、基礎床版１が構築されると同時に、該基礎床版１に杭頭応力緩和装置３が固定される、また該杭頭応力緩和装置３及び杭頭部２ａを覆うように、せん断力伝達部材１２が配置される。
【００３３】
上述する構成によれば、杭頭接合部の構造は、地震時等において、上部構造体と杭頭部２ａとの間に生じる相対回転は杭頭応力緩和装置３により許容されることから、杭頭部２ａの曲げモーメントが大幅に低減され、また上部構造体の水平挙動により杭頭接合部に生じるせん断力は、せん断力伝達部材１２を介して杭頭部２ａにスムーズに伝達されることから、上部構造体の相対水平変位は杭体２のせん断耐力により拘束されるため、杭頭接合部の耐震性能を大幅に向上することが可能となる。
【００３４】
さらに、地震時等における前記上部構造体の水平挙動により杭頭接合部に生じるせん断力が、杭頭応力緩和装置３を介することなくせん断力伝達部材１２を介して直接伝達されることから、杭頭部２ａに作用するせん断力の伝達量が杭体２の軸力に依存されないため、地震時に低軸力となるような杭体２が上部構造体を支持する複数の杭体２の中に混在している場合にも、杭体２の負担するせん断力を全ての杭体２に平滑化でき、高軸力の杭体２への過度なせん断力の集中を抑制することが可能となる。
【００３５】
したがって、杭体２の軸力に応じてせん断力伝達部材と杭頭応力緩和装置３を併用させることにより、何れの構造物にも杭頭接合部に杭頭応力緩和装置３を設置することができるため、杭頭応力緩和装置３の適用範囲を大幅に拡大することが可能になるとともに、これに伴い、杭頭接合部の耐震性向上及び杭頭応力緩和装置３を用いることによる基礎構造に係る建設コストの大幅削減を実現することが可能となる。
【００３６】
また、杭頭応力緩和装置３を用いることによる杭頭部２ａに対する上部構造体の回転中心と、せん断力伝達部材を用いることによる上部構造体から杭頭部２ａに作用するせん断力の作用点が同一水平レベルとなるから、地震等で杭頭部２ａと上部構造体との間に相対回転が生じた際にも、杭頭部２ａと上部構造体との間で軸力とせん断力の伝達を、同時にかつスムーズに行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る杭頭接合部の構造の概略を示す図である。
【図２】本発明に係る杭頭接合部の構造の構築方法（その１）を示す図である。
【図３】本発明に係る杭頭接合部の構造の構築方法（その２）を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  基礎床版
２  杭体
３  杭頭応力緩和装置
４  球座
５  蓋体
６  高力ボルト
７  ナット
８  座金
９  蓋体アンカーボルト
１０  球座アンカーボルト
１１  無収縮モルタル
１２  せん断力伝達部材
１３  外側リング
１４  内側リング
１５  せん断伝達プレート
１６  無収縮モルタル
１７  ピット
１８  埋め戻し砂
１９  捨てコンクリート
２０  止水材
【図１】
2005133482.tif 000003
【図２】
2005133482.tif 000004
【図３】
2005133482.tif 000005