(57)【要約】【課題】逆打ち支柱のスタッドの逆打ち支柱からコンクリート杭へのせん断力の伝達性能を有効に発揮させることを課題とする。【解決手段】コンクリート杭３０に下部が埋設され、当該埋設部分の外周面に複数のスタッド２１が設けられた逆打ち支柱２０であって、複数のスタッド２１が、前記埋設部分の上下両側がそれらの間よりも本数が多くなるように配置されていることを特徴とする。【選択図】図１３
2013119714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート杭に下部が埋設され、当該埋設部分の外周面に複数のスタッドが設けられた逆打ち支柱であって、
前記複数のスタッドが、前記埋設部分の上下両側がそれらの間よりも本数が多くなるように配置されていることを特徴とする逆打ち支柱。
【請求項２】
横列された前記スタッドの本数が前記埋設部分の上下両側へいくにつれて多くなるように、又は、縦列された前記スタッドの間隔が前記埋設部分の上下両側へいくにつれて狭まるように、前記複数のスタッドが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の逆打ち支柱。
【請求項３】
コンクリート杭に下部が埋設され、当該埋設部分の外周面に複数のスタッドが設けられた逆打ち支柱のスタッドの配置方法であって、
前記複数のスタッドを、前記埋設部分の上下両側がそれらの間よりも本数が多くなるように配置することを特徴とする逆打ち支柱のスタッドの配置方法。
【請求項４】
コンクリート杭に下部が埋設され、当該埋設部分の外周面に複数のスタッドが設けられた逆打ち支柱のスタッドの配置方法であって、
前記埋設部分と前記コンクリート杭との接合面におけるせん断力の分布を解析し、前記複数のスタッドを、前記せん断力が大きい箇所ほど本数が多くなるように配置することを特徴とする逆打ち支柱のスタッドの配置方法。
【請求項５】
前記逆打ち支柱と前記コンクリート杭との剛性比に基づいて前記せん断力の分布を解析することを特徴とする請求項４に記載の逆打ち支柱のスタッドの配置方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆打ち支柱、及び、逆打ち支柱のスタッドの配置方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
逆打ち工法では、場所打ちのコンクリート杭を打設し、そのコンクリート杭に下端が埋設されるように鉄骨の逆打ち支柱（構真柱）を建入れしている。そのようにして建入れられた逆打ち支柱には軸力が作用し、該軸力は、逆打ち支柱の先端から支圧力として、また、逆打ち支柱の周面からせん断力として、コンクリート杭に伝達される。そのため、逆打ち支柱の周面にスタッドを設けることにより、逆打ち支柱からコンクリート杭へのせん断力の伝達性能を高め、逆打ち支柱の耐力を高めている。
【０００３】
ここで、逆打ち支柱とコンクリート杭との接合面におけるせん断応力の分布を評価する方法が知られている（例えば、特許文献1参照）。特許文献１に記載の評価方法では、逆打ち支柱の埋設部分の上下両側が中央側よりも鉛直方向の相対変位（ずれ）が大きくなることに鑑み、上記せん断応力の分布を、逆打ち支柱の埋設部分の上下両側が中央側よりも大きくなるような関数で近似することにより算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２５５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、逆打ち支柱のスタッドは、必要な本数だけ均等に配置していたが、上述のようなせん断応力の分布になっていることから、逆打ち支柱の埋設部分の上下端に近づくほどスタッドの応力の負担が大きくなる一方、逆打ち支柱の埋設部分の中央に近づくほどスタッドの応力の負担が小さくなる。このため、逆打ち支柱に作用する軸力により上下両側のスタッドは早期に降伏する一方、中央側のスタッドはせん断抵抗力を発揮しないという状況になる。即ち、全てのスタッドのせん断力の伝達性能を有効に発揮させることができていなかった。
【０００６】
本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、逆打ち支柱のスタッドの逆打ち支柱からコンクリート杭へのせん断力の伝達性能を有効に発揮させることを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る逆打ち支柱は、コンクリート杭に下部が埋設され、当該埋設部分の外周面に複数のスタッドが設けられた逆打ち支柱であって、前記複数のスタッドが、前記埋設部分の上下両側がそれらの間よりも本数が多くなるように配置されていることを特徴とする。
【０００８】
前記逆打ち支柱において、横列された前記スタッドの本数が前記埋設部分の上下両側へいくにつれて多くなるように、又は、縦列された前記スタッドの間隔が前記埋設部分の上下両側へいくにつれて狭まるように、前記複数のスタッドが配置されてもよい。
【０００９】
また、本発明に係る逆打ち支柱のスタッドの配置方法は、コンクリート杭に下部が埋設され、当該埋設部分の外周面に複数のスタッドが設けられた逆打ち支柱のスタッドの配置方法であって、前記複数のスタッドを、前記埋設部分の上下両側がそれらの間よりも本数が多くなるように配置することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る逆打ち支柱のスタッドの配置方法は、コンクリート杭に下部が埋設され、当該埋設部分の外周面に複数のスタッドが設けられた逆打ち支柱のスタッドの配置方法であって、前記埋設部分と前記コンクリート杭との接合面におけるせん断応力の分布を解析し、前記複数のスタッドを、前記せん断応力が大きい箇所ほど本数が多くなるように配置することを特徴とする。
【００１１】
前記逆打ち支柱のスタッドの配置方法において、前記逆打ち支柱と前記コンクリート杭との剛性比に基づいて前記せん断応力の分布を解析してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、逆打ち支柱のスタッドの逆打ち支柱からコンクリート杭へのせん断力の伝達性能を有効に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態に係る逆打ち支柱の下部を示す斜視図（部分投影図）である。
【図２】逆打ち支柱からコンクリート杭へ伝達されるせん断力を模式化するための機構を示す図である。
【図３】逆打ち支柱に作用する軸力ｐＳ、鉛直ひずみεＳ、及び鉛直変位δＳを示す図である。
【図４】コンクリート杭に作用する軸力ｐＣ、鉛直ひずみεＣ、及び鉛直変位δＣを示す図である。
【図５】コンクリート杭と逆打ち支柱の相対変位、及び単位面積あたりのせん断応力を示す図である。
【図６】逆打ち支柱とコンクリート杭との接合面における単位面積あたりのせん断応力を解析する際の条件を示す表である。
【図７】鉛直荷重（ｋＮ）と鉛直変位（ｍｍ）との関係を示すグラフである。
【図８】各解析条件での深さ（ｍｍ）とせん断応力（Ｎ／ｍｍ２）との関係を示すグラフである。
【図９】各解析条件での深さ（ｍｍ）とせん断応力（Ｎ／ｍｍ２）との関係を示すグラフである。
【図１０】各解析条件での深さ（ｍｍ）とせん断応力（Ｎ／ｍｍ２）との関係を示すグラフである。
【図１１】各解析条件での深さ（ｍｍ）とせん断応力（Ｎ／ｍｍ２）との関係を示すグラフである。
【図１２】従来の逆打ち支柱とせん断応力との関係を示す図である。
【図１３】本実施形態に係る逆打ち支柱とせん断応力との関係を示す図である。
【図１４】他の実施形態に係る逆打ち支柱とせん断応力との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係る逆打ち支柱２０の下部を示す図である。この図に示すように、逆打ち支柱２０の下部は、クロスＨ型鋼からなり、そのフランジ２２の外面にはスタッド２１が設けられている。この逆打ち支柱２０の下部は、鉄筋コンクリート製の場所打ちのコンクリート杭３０に埋設されている。
【００１５】
逆打ち支柱２０に地上躯体の荷重が軸力として作用すると、この軸力は逆打ち支柱２０とコンクリート杭３０を構成するコンクリートとの付着力、逆打ち支柱２０の先端部における支圧力、及び、スタッド２１のせん断抵抗力によりコンクリート杭３０に伝達される。
【００１６】
ここで、スタッド２１は、逆打ち支柱２０とコンクリート杭３０との接合面におけるせん断応力の分布を考慮して配置されているところ、まず、このせん断応力の分布について説明する。図２は、該せん断応力を模式化するための機構５０を示す図である。この図の中央に示す要素５２は逆打ち支柱２０を示し、この要素５２の両側に位置する要素５１はコンクリート杭３０を示し、要素５３はスタッド２１を示している。また、図３は、逆打ち支柱２０に作用する軸力ｐＳ、鉛直ひずみεＳ、及び鉛直変位δＳを示す図であり、図４は、コンクリート杭３０に作用する軸力ｐＣ、鉛直ひずみεＣ、及び鉛直変位δＣを示す図である。
【００１７】
機構５０では、逆打ち支柱２０に作用する軸力ｐＳはスタッド２１を介してコンクリート杭３０に伝達されるため、図３の軸力分布のグラフに示すように、逆打ち支柱２０の埋設部分における最上部において最大となり、最下部において０となる。なお、図３の軸力分布のグラフでは、軸力ｐＳと深さの間に比例関係がある場合（すなわち、グラフ上、直線となる場合）を示している。また、逆打ち支柱２０の各部の鉛直ひずみεＳは、軸力ｐＳに比例すると考えられる。このため、逆打ち支柱２０の各深さにおける鉛直ひずみεＳは図３のひずみ分布のグラフに示すように接合部における最上部において最大となり、最下部において０となる。さらに、逆打ち支柱２０の鉛直変位δＳは、鉛直ひずみεＳの積分値であるため、図３の変位を示すグラフのように、接合部における最上部において最大となり、最下部において０となる。
【００１８】
また、これと同様に、コンクリート杭３０に作用する軸力は、図４の軸力分布のグラフに示すように、その最下部において最大となり、最上部において０となる。なお、上記の逆打ち支柱２０の場合と同様に、図４の軸力分布のグラフでは、軸力ｐＣと深さの間に比例関係がある場合（すなわち、グラフ上、直線となる場合）を示している。また、コンクリート杭３０の各深さにおける鉛直ひずみεＣは、図４のひずみ分布のグラフに示すように、その最下部において最大となり、最上部において０となる。コンクリート杭３０の鉛直変位δＣは、鉛直ひずみεＣの積分値であるため、図４の変位を示すグラフのように、接合部における最下部において最大となり、最上部において０となる。
【００１９】
ここで、スタッド２１により伝達される単位面積あたりのせん断力は、コンクリート杭３０と逆打ち支柱２０のスタッド２１により連結されている部分の相対変位に応じて決定され、相対変位が大きいほど伝達されるせん断力が大きく、相対変位が小さいほど伝達されるせん断力は小さくなる。
【００２０】
そこで、上記の逆打ち支柱２０とコンクリート杭３０のスタッド２１により連結されている各要素の変位の差をとることにより相対変位を求めると、図５のグラフに示すように、逆打ち支柱２０の埋設部分の下端及び上端において、相対変位が最大となり、中間部において最小値をとることとなる。上記のようにスタッド２１により伝達されるせん断力は、逆打ち支柱２０とコンクリート杭３０のスタッド２１により連結されている部分の相対変位が大きいほど伝達されるせん断力が大きく、相対変位が小さいほど伝達されるせん断力は小さくなるため、伝達されるせん断力も相対変位と同様に、逆打ち支柱２０の埋設部分の下端及び杭の上端において最大となり、中間部において最小値をとることとなる。
【００２１】
また、コンクリート杭３０と逆打ち支柱２０との付着により伝達される単位面積あたりのせん断力を考える場合、この付着により伝達される単位面積あたりのせん断力はコンクリート杭３０と逆打ち支柱２０との相対変位が大きいほど伝達される単位面積あたりのせん断力が大きく、相対変位が小さいほど伝達される単位面積あたりのせん断力は小さくなると考えられる。このため、上記のスタッド２１により伝達される単位面積あたりのせん断力と同様に、逆打ち支柱２０の埋設部分の下端及び上端において最大となり、中間部において最小値をとることとなる。
【００２２】
以下、逆打ち支柱２０とコンクリート杭３０との接合面における単位面積あたりのせん断応力について、数値解析（ＦＥＭ解析）により算出することによって、上記の検討の妥当性を検討したので説明する。
【００２３】
本検討では、逆打ち支柱２０とコンクリート杭３０との剛性比（逆打ち支柱２０の剛性のコンクリート杭３０に対する比）を考慮して、逆打ち支柱２０とコンクリート杭３０との接合面における単位面積あたりのせん断応力を解析する。解析条件は、図６の表に示すとおりであり、剛性比（逆打ち支柱２０／コンクリート杭３０）を０．１６６、０．２０８、０．３７７、０．６０４とした各条件について検討を行った。なお、本検討は、要素５３（スタッド２１）を３列として行った。
【００２４】
図７は、鉛直荷重（ｋＮ）と鉛直変位（ｍｍ）との関係を示すグラフであり、図８〜図１１は、各解析条件での深さ（ｍｍ）とせん断応力（Ｎ／ｍｍ２）との関係を示すグラフである。
【００２５】
図７のグラフに示すように、鉛直変位（逆打ち支柱２０の沈下量）が１〜２ｍｍ程度までは、鉛直荷重と鉛直変位とには線形性の関係があるが、３ｍｍを超えると非線形性の関係が現れる。これは、スタッド２１の１〜２ｍｍ程度までの変形は、弾性範囲の変形であるが、それ以上の変形は、弾性範囲を超える変形であるためと考えられる。ここで、実際の設計は、材料の変形が弾性範囲に入るように行われるため、１〜２ｍｍ程度の変形が生じる場合について考慮して行えばよい。
【００２６】
図８〜図１１のグラフに示すように、上記剛性比を０．１６６〜０．６０４と変動させた結果、剛性比が低くなるほど、逆打ち支柱２０の埋設部分における中間部のせん断応力が０になる範囲が広くなり、図１０及び図１１のグラフに示すように、剛性比が０．３７７、０．６０４の場合は、せん断応力が０になる範囲は存在しなかった。
【００２７】
以上のせん断応力の分布の検討結果に鑑み、以下説明するようにスタッド２１を配置する。図１２に示す従来の逆打ち支柱のように、スタッド２１を均等に配したのでは、せん断応力が大きい逆打ち支柱２０の埋設部分の上下両側ではスタッド２１の応力負担が過大になって早期に降伏する一方、せん断応力が小さい中央側ではスタッド２１の応力負担が過小になって無駄が生じる。従って、スタッド２１の逆打ち支柱２０からコンクリート杭３０へのせん断力の伝達性能を効率よく発揮させることができず、逆打ち支柱２０の耐力を効率よく向上させることができない。
【００２８】
これに対して、図１３に示す本実施形態では、せん断応力が大きい逆打ち支柱２０の埋設部分の上下両側に中央側よりも多数のスタッド２１を配置している。これにより、各スタッド２１の応力負担が均等化されるため、上下両側のスタッド２１の降伏を抑制できる。従って、スタッド２１の逆打ち支柱２０からコンクリート杭３０へのせん断力の伝達性能を効率よく発揮させることができ、逆打ち支柱２０の耐力を効率よく向上させることができる。また、逆打ち支柱２０の耐力の向上に寄与しない又は貢献が少ないスタッド２１の本数を減らすことにより、スタッド２１の本数を必要最小限に抑えることができ、コストを低減できる。
【００２９】
また、逆打ち支柱２０の径を大きくすれば逆打ち支柱２０の耐力を向上させることができるが、その場合には、コンクリートのかぶり厚さを確保しなければならないことから、コンクリート杭３０の径を拡大する必要がある。これに対して、本実施形態に係る逆打ち支柱２０では、スタッド２１の配置によりスタッド２１の逆打ち支柱２０からコンクリート杭３０へのせん断力の伝達性能を向上させているため、コンクリート杭３０の径を拡大させることなく、逆打ち支柱２０の耐力を向上させることができる。
【００３０】
なお、逆打ち支柱２０の埋設部分の上下両側が中央側よりも多数になるようにスタッド２１を配置するためには、図１３に示すように、上下両側にいくにつれて横列されたスタッド２１の本数が増えるようにしたり、上下両側にいくにつれてスタッド２１の間隔が狭くなるようにしたり、さらには、中央側にはスタッド２１を設けないようにしたりすればよい。ここで、逆打ち支柱２０のフランジ２２の幅はコンクリートのかぶり厚さへの影響が小さいため、フランジ２２の幅を広げて横列されたスタッド２１の本数を増やした場合でもコンクリート杭３０の径を拡大させる必要はない。
【００３１】
また、上述したように、逆打ち支柱２０とコンクリート杭３０との剛性比が低くなるほど、逆打ち支柱２０の埋設部分の中間部のせん断力が０になる範囲が広くなる。このため、上記剛性比が０．１６６のように低い場合には、図１４に示すように、逆打ち支柱２０の埋設部分の中間部にはスタッド２１を配置せずに、上下両側にスタッド２１を集約させることにより、スタッド２１の逆打ち支柱２０からコンクリート杭３０へのせん断力の伝達性能をより一層効率よく発揮させることができる。
【００３２】
なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、上述の実施形態では、逆打ち支柱２０の下部をクロスＨ型鋼により構成したが、これに限らず、Ｈ型鋼や角鋼管など適宜な鋼材を用いることができる。また、上述の実施形態では、上下のスタッド２１の本数を等しくしたが、上下のスタッド２１の本数に差があってもよく、上下のスタッド２１の本数は、せん断力の分布に応じて適宜設定すればよい。
【符号の説明】
【００３３】
２０  逆打ち支柱、２１  スタッド、２２  フランジ、３０  コンクリート杭、５０  機構、５１、５２、５３  要素
【図１】
2013119714.tif 000003
【図６】
2013119714.tif 000004
【図１２】
2013119714.tif 000005
【図１３】
2013119714.tif 000006
【図１４】
2013119714.tif 000007
【図２】
2013119714.tif 000008
【図３】
2013119714.tif 000009
【図４】
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【図５】
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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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