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日本建築学会大会学術講演梗概集（関東） 2006年 9 月

鉛直載加を受けたパイルキャップの耐震性能評価○中沼 弘貴*1
小林 恒一*3

正会員

パイルキャップ
1.

単杭

鉛直載荷

はじめに既製コンクリート杭の高支持力化に伴い、柱から杭へ伝達される荷重も増加する傾向にある。このため長期荷重レベルでもパイルキャップに長期許容圧縮応力を超える鉛直応力が作用する場合も考えられる。したがって、このような応力状態での杭頭接合部から杭への応力伝達機構を明らかにすることが必要である。そこで鉛直荷重に着目し、①杭頭接合部の耐力の確認 ②杭頭周辺部に補強材を配した場合の耐力の確認 の 2 点を目的としたパイルキャップ載荷実験を実施した。
2. 実験概要

図−1

図−2

載荷装置

図−1 に載荷装置を示す。試験体を逆さに配置して載表−1荷を行った。なお試験体を逆さにしたのはパイルキャッ
プの杭側のひび割れ観測を行うためであり、実験には影試験体NO.1(標準型)
NO.2

響がない。杭の上にジャッキ、球座を設置して軸力のみ(標準型+補強筋)を試験体に加えた。加力は荷重制御とし杭の長期荷重のNO.3

3000KN、6000KN、7500KN を最大荷重とする 3 サイクルで加力した。図−2 に試験体 NO.2 の形状を示す。現在の設計では杭の径からパイルキャップの寸法を決め、配筋はベース筋を D16＠100 とし袴筋と帯筋を D13＠300 としている。一般的な配筋をした試験体 NO.1 を標準型とし、標準型に補強筋を加えたものを試験体 NO.2とし設計した。経済型としベース筋をφ9＠150 のワイヤーメッシュ筋に変更したものを試験体 NO.4 とし、経済型の配筋に補強筋を加えものを試験体 NO.3 として設計した。表−1 に試験体緒元、表−2（a）コンクリート（b）鉄筋 の材料特性を示す。
実験結果

ると同時に側面中央部からひび割れが入り、側面のひび割れが縦に貫通した時点で帯筋と外側のベース筋が1000µ〜2000µ 伸びた。
（ベース筋の歪に関しては 4−2で示す。
）その後帯筋とベース筋は荷重に比例して伸び最初に帯筋が降伏し、次に外側のベース筋が降伏した。
最終的に試験体 NO.4 は破壊に至った。他の試験体は最大荷重を 7500KN としたために破壊には至らなかった。

なし
Ｄ13@50l=150mmφ720
Ｄ13@100
l=300mm
φ720

φ9@150（9本）【共通因子】
杭材
パイルキャップ
埋め込み長
はかま筋
帯筋なし

備考（NO.1と比較）

・スパイラル筋（l=150mm）を使用
・ベース筋にワイヤーメッシュに変更
・スパイラル筋（l=300mm）を使用
・ベース筋をワイヤーメッシュに変更

ＳＣ杭（φ600,SKK490,t=90mm,t s =19mm,Ｌ=500mm）
1.2m×1.2m×1.2m、Fc=24N/mm2
100mm
Ｄ13@300（5本）
Ｄ13@300（3本）

表−2(a) コンクリート
割線剛性*1
試験体
4(×10 MPa)
NO.1
2.72NO.2
2.72NO.3
2.71NO.42.71

材料特性

圧縮強度（MPa）

割裂引張強度（MPa）

最大荷重時歪（％）

28.00

2.590.19*1

供試体

降伏応力度（MPa）
SD345
366.5
SD345
385.3
SD345394.0
SD345366.5
SKK490397.7
種類

D16 ベース筋
D13 帯筋 袴筋
D13 スパイラル筋
φ9 メッシュ筋
鋼管

1/3σｂ時割線剛性

ヤング係数
破断強度
降伏歪（μ） （×105MPa） （MPa）
2021
1.81519.3
2148
1.81
517.7
2259
1.78565.6
3754
2.10543.6
4326
1.71515.2*2 引張試験による見かけの値

3500
3000250020001500

考察

1000

4−1 コンクリート歪コンクリート歪（実験 値）
コンクリート歪（計算 値）

NO.1 標準型

500

図−3 に 3000KN までの有効断面積率のグラフを示す。
有効断面積率＝

D16@200（6本）(b) 鉄筋全ての試験体において上面に放射線状のひび割れが入

4.

NO.4
（経済型 ）

スパイラル筋

φ9@150（9本）

試験体形状（NO.2）

試験体緒元

ベース筋

D16@200（6本）（経済型+補強筋)

荷重 （KN）

3.

岸田 慎司*2
田中 佑二郎*3

NO.4 経済設計型

00.7

（1）

図−3Evaluation study on seismic performance of compressed pile-cup
at axial loading.

―429―

0.8

0.9

11.11.2

コンクリート有効断面積率1.3

図−4 試験体断面積（配筋を省略）NAKANUMA Hiroki, KISHIDA Shinji,KOBAYASHI Koichi, TANAKA Yujiro

（1）に示す式の計算値とは弾性計算で求められる歪でる。試験体 NO.1 は 6500KN で帯筋が降伏し、試験体ある。実験値を計算値で割ることで、荷重を負担していNO.2 は 7500KN まで荷重を加えても降伏した鉄筋がなるパイルキャップの断面積の割合を求めている。有効断く 7500KN 以上である。試験体 NO.3 は 5500KN で帯筋面積率＝1 の状態は、図−4 に示す斜線部のようにパイが降伏し、試験体 NO.4 は 5000KN で帯筋が降伏した。

ルキャップが全断面で力を負担している状態を示す。図このことから標準型では杭の短期荷重では鉄筋が降伏し−3 のグラフから計測を行った中央部では、パイルキャないことがわかる。

ップ全体で応力伝達を行っている。図−5 は 3000KN 時

5.の袴筋歪を示す。袴筋歪は圧縮 100μ以下で小さく均等1）すべての試験体において杭の短期荷重 6000KN ではに圧縮されている。鉄筋と同様にコンクリートも均等に破壊に至っていなく、標準型にスパイラル筋で補強した圧縮されていることがわかる。このことからパイルキャ試験体 NO.2 の耐力が大きいことが確認できた。

ップは、中央部だけでなくすべての断面で荷重を負担し2）すべての試験体において長期荷重 3000KN までは、ているとわかる。

コンクリートが全断面で圧縮力を負担していることが確

ベース筋歪認できた。

図−6 は、試験体 NO.1 のベース筋歪（グラフの計測

3）スパイラル筋はめり込み量と上面のひび割れに影響点を図−7 に黒丸で示す。）を示し、図−7 に試験体NO.1がないが、帯筋同様に拘束効果があると考えられる。

6500KN のひび割れ状況を示す。ベース筋は側面荷重 （KN）

4−2

結論や上面にひび割れの発生した 4000KN ではベース筋歪に変動はない。6500KN を超え、ひび割れが図−7 に示したようにひび割れが貫通すると歪が 2000µ 大きくなる。

4−3ひび割れ貫通

7000
6000
40003000

図−5スパイラル筋歪80005000

このことからベース筋は、上面のひび割れに対して効果がなく拘束効果があるとわかる。

9000

袴筋歪

2000（単位μ）

1000

降伏歪

図−8 は、試験体 NO.2 スパイラル筋歪（グラフの計

0500

荷重 （KN）

6000KN のひび割れ状況を示す。4000KN で側面から上面に到達するひび割れが発生し、1000KN 加えて100µ 歪む程度である。6000KN を超え、図-9 に示した

2000(μ)

2500

8000
7000
ひび割れ貫通6000

側面から上面に伝わる4000程度の効果がある。このことからスパイラル筋は上面の3000ひび割れに効果が少なく、ベース筋同様にひび割れが貫1000ひび割れ発生

20000

通すると効果が現れるとわかる。

0NO.1

めり込み量を図−9 に示す。めり込み量は、杭がパイ6500KNNO.2

図−7

ひび割れ状況

ルキャップにめり込んだ量を正として示す値である。
― パイルキャップ変位)

スパイラル筋の有る試験体 NO.2 と標準型試験体 NO.1

表−3
ひび割れ発生荷重と降伏荷重は同じような形状を示す。このことからスパイラル筋は試験体杭のめり込みに効果がないとわかる。

NO.1
NO.2
NO.3
NO.4

4−5 耐力杭の短期荷重である 6000KN では、どの試験体も破壊に至っていない。装置の関係上全ての試験体に破壊まで荷重を加えていないため、鉄筋が最初に降伏した時点で比較する。表−3 に試験体のひび割れ発生荷重と降伏荷ひび割れ発生荷重（KN）
5000
4500
5500
4500

降伏荷重（KN）
6500
7500
5500
5000500

図−86000KN

荷重 （KN）

4−4 めり込み量＝ 杭頭変位

1500

ベース筋歪

9000

5000

ようにひび割れが貫通すると 1000KN 加えて 300μ歪む(めり込み量1000

図−6測点を図−7 に黒丸で示す。）を示し、図−7 に試験体
NO.2

2000

09000

1000

1500

2000

スパイラル筋歪NO.1 標準型
NO.2 標準型＋補強筋

8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000001

図−923

杭のめり込み量（ｍｍ）

参考文献

1）日本建築学会、鉄筋コンクリート構造 計算基準・同解説、1999 年
2）小林恒一、田中佑二郎他、 鋼管杭で支持されたパイルキャップの重を示す。ひび割れはすべて 5000KN 前後で発生してい耐力実験、日本建築学会大会学術講演梗概集、P.325〜326、2005 年 9 月*1 首都大学東京大学院都市環境科学研究科建築学専攻*2 芝浦工業大学工学部建築学科 助教授・博士（工学）*3 ジャパンパイル（株）* 1 Tokyo Metropolitan University* 2 Associate Professor, Shibaura Institute Technology ,Dr.Eng* 3 JAPAN PILE CORPORATION―430―2500(μ)

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