日本建築学会大会学術講演梗概集
（東 海）
年 月

基礎ｽﾗﾌﾞと接合したPHC杭の曲げ性能に関する実験的研究(その3 頭部拘束を高 めた実験とその結 果)PHC杭杭頭部ｱﾝｶｰ筋

杭頭接合部
ｽﾀｯﾄﾞｱﾝｶｰ

杭頭固定度
ｱﾝﾎﾞﾝﾄﾞｱﾝｶｰ

１．はじめに前報 1) では、 靱性を期待 することが難しい PHC 杭
基礎について 、地震時の地中での杭体の変形を想定し 、変形性能を改善するための新たな杭頭接合方法を提案、基礎スラブを接合した状態で、杭種、作用軸力、杭頭接合方法等を換えた曲げ変形性能に関する実験の結果を報告した 。しかし 、基礎スラブの回転が大きく 、杭頭曲げモーメントが予想以上に小さくなり杭中間部の曲げ破壊となったこと、高軸力の試験体が脆性的な破壊をしたため、大きな変形まで検討することが出来なかったことなど、不十分な点があった。そのため、本報告では、基礎スラブの拘束を高め、高軸力の試験体に SC 杭、鋼管杭を用いて同様の実験を行った結果について、全体の概要(その３)と杭頭接合部の挙動につ い て (そ の ４ )報 告 す る 。 以 下 、 前 報 の 実 験 を 「 '01年 」、今回を「 '02 年」と称する。
２．試験体
試験体は '01 年同様 、PHC 杭 300 φ C 種 、軸力 294kN( 30tf 長期)を標準としたが、極限支持力を意図した軸力 883kN ( 90tf ) に 対 し て は 、 SC 杭 318.5 φ t=6mm( SKK400 )、鋼管杭 318.5 φ t=10.3mm を用いた。 '02 年
６体の試験体一覧を表 -1 に、詳細を図 -1 に示した。
-'02

FCCCSCUC
Usc90
Usp90

AkN
2940CCCCSCB883

スタッドアンカー

C200SC318 .5φｘ10 .3（SK K 4 00）
PL‑2 5中央に１００φ穴明D139本7575200

2,050

3,50020025150

25

PL‑2 5x 200 x 200
PL‑2 5P‑
L 2 5 x5 00 x50 0

アンボンドアンカー
P‑16x50φ(SN490B)
L

1 20φ

10 0φ

アンボンド

UC,UC90
Usc90
9本

D13150

P‑
L 25
P‑
L 25
P‑
L 25x 31 8 . 5φAB

断面図

Usp90
9本500

断面図

C正会員○小嶋一好 *1
同 永井興史郎 *2 同 前田耕喜 *3
同 平川恭章 *4
同 小椋仁志 *5

断面図

Usp90-2'01 年同 様 、基 礎スラ ブへ の埋 め 込みは杭 頭固定を想定した試験体 FC の 30cm 以外は全て 5cm とした。
杭頭部アンカー筋は仮想柱の短期耐力が杭材の短期許容 耐 力 を 上 回 る配 筋 と し、 材 質 は SD345 相 当 の鉄 筋と した 。 杭 頭 部 ア ン カ ー 筋 詳 細 を 図 -2 に 示 し た 。 基礎スラブも '01 年 試験体と同 様である 。試験体記 号 Fは 30cm 埋め込み、 C は 5cm 埋め込みで共にアンカー
筋無し、 S はスタッドアンカー、 U はアンボンドアンカーを示す 。次の記号 C は PHC 杭 C 種 、sc は SC 杭 、spは鋼管杭を示している。最後の記号 90 は作用軸力( tf )を示し、標準の軸力 294kN の場合は略した。
３．試験装置・計測
加力方法も、後述の図 -3 に示す ように、 '01 年と同様、地中の杭の応力・変形を近似的に模擬した１次不静定梁の１方向載荷方式 1) を採用し、載荷点位置は杭頭の曲げﾓｰﾒﾝﾄの増大をねらっ て '01 年に 比べて 20cm
基礎ス ラブ寄りに変えた(図 -3 の L1=2000,L2=3300)。
載荷ステップは、軸力作用時の杭材の短期許容、ひび割れ、鋼材降伏、破壊モーメント荷重の設計値などを考慮して決めた。短期許容ﾓｰﾒﾝﾄ荷重を超えた新規荷重に対しては、次ステップ荷重までの中間荷重でも載荷した。測定項目は、載荷重と支点反力、杭体の変形・ひずみ、杭頭部アンカー筋のひずみ、基礎スラブ・杭頭部の回転角、導入軸力の変動であるが、今回の実験ではさらに基礎スラブコンクリート内の圧縮ひずみを測定する
ため 、杭頭部端版近くにモールドゲージを埋め込んだ 。
４．ひび割れ、終局時荷重'01 年と同 様に各実 験 の載 荷点 におけ る杭 体ひび割れモーメント Mcr ( kN ･ m )、破壊 モーメン ト Mu に対応す る載 荷重 Pcr ( kN )、 Pu 、 杭頭 モー メント M1、杭中間部モーメント M2、杭載荷点変位δ( mm )、Mcr 、Muに達したときの杭体のせん断力 Qcr (kN )、 Qu と文献 2)
によって求めた終局せん断耐力 Qsu を表 -2 に示した。
Pcr はコン クリートひずみが 停留し始めた時とし、 Puは載荷点の曲げ圧縮による被りコンクリートの破壊荷重とした。図 -3 に M1、 M2、 Q を求めた力学モデルを示 す 。 各 試 験 体 の ひ び 割 れ は 、 CC 、 SC 、 UC で は 載荷点下端付近から生じ、基礎スラブ表面、杭頭部へと 進 行 し 、 最 後 に 載 荷 点 (杭 上 面 )付 近 で の 曲 げ 圧 縮破壊となった。曲げ破壊後も軸力を保持していた。
-2'02

McrM
Pcr
FC 92.6 60.8
CC 74.2 3.2
SC 73.8 50.6
UC02.8 50.8
Usc90 235.2 54.0
Usp90 234.4 60.3

M277.5
90.4
60.4
96.4
97.0
92.

9. 0
8.8
7.95.86
6.34
22.94

Qcr
Pu
69.
5 .5
46.8
5.8
55.5 44.7
73.6 56.4
75.5 380.6
76.2 395.

Mu
M
M2
89.9 32.7
0.0
44.2
88.5 25.
49.9 63.7
2 2. 34 .9
89.2 374.2

Qu
35.46.3
3 .95 72.
35.78 06.8
47.30 06.8
55.75 277.0
94.0 28 .7

Bending test on Prestressed Hi-strength spun Concrete pile with pile cap (Part 3)
KOJIMA Kazuyoshi et al.

Qsu
40.9
5.4
5.4
5.4400Ｐ350

CCFCSCUC
Usc90
Usp90

USP90

300
25000200

拘束バネＰＬ１δ
Ｍ２Ｒ1Ｌ２Ｐ ：載荷重
Ｒ１ ：反力Ｍ１ Ｍ２ ：ＰとＲ１ から求まる
δ ：載荷点変位
Ｑ ：せん断力 ( Ｍ１ ＋Ｍ２ ) / Ｌ１Ｎ ：軸力-3203040UC90SC50FC
SCCC

CC00

Ｍ１ＱUC

FC50Ｎ

Ｎ

USC90

UCUC0UAUA2SA

500002030405060(mm)7080-4P
一 方 、 FC で は 、 杭 頭 部 上 面 ( 引 張 側 ) が ひ び 割 れ( P=55.2kN )、次に載荷点(杭下面の引張側)にひび割れが生じ、最終は杭頭部のせん断ひび割れを生じたが、下端の圧壊に伴う曲げ圧縮破壊となった。
Usc90 、 Usp90 は 、 Pcr (鋼 管 降 伏)荷 重 以 前 に基 礎 ス
ラブ表面の杭接合部より上に放射状のひび割れが生
じ 、 Pu 荷 重 近 く で一 部 破 壊 し た 。 一方 、杭 体は 載 荷点の鋼管の引張降伏の後も載荷重の増大とともに変形も増大し、軸力導入用の鋼線が杭内壁に接触するおそれがあるため載荷を中止した。
Usc90 、 Usp90 と FC を除く全ての実験において、 Pcr
荷 重 で は 基 礎 ス ラ ブ 表 面 の ひ び 割 れ は 見 ら れ ず 、 Pu
荷重近くで杭接合部の上側の基礎スラブ表面にひび割れが生じた。そのひび割れ幅は 0.1 〜 0.5mm 程度で基礎スラブの破壊は見られなかった。試験体 FC は Pu
でもひび割れは見られなかった 。試験体 Usc90 、Usp90
は、実験後基礎スラブのひび割れ部をはつり調べた
結果、全て被りコンクリート部の表面破壊であり、鉄筋内のコンクリートは健全であった。
５．載荷重ー載荷点変位関係
各 実験 の 載荷重 P ( kN )・載 荷 点変位 δ ( mm )の関 係を図 -4 に示した。 '01 年 の実験 では、従 来から採用されて い るスタッ ドアンカー を用いた A 種杭の試 験 体
SA は、破 壊までの変位量がアンボンド アンカーを 用いた UA1 、UA2 に比べて小さい 。また 、C 種杭の SC 、アンカー筋無し埋め込み 5cm の CC 、同じく埋め込み30cm の FC は、破壊までの変位量がアンボンドアンカーを用いた UC に比べて小さい。一方、アンボンドアンカーを用いた UC0 と UC90 には軸力の影響が出ており、軸力のない UC0 が UC90 に対して、最大荷重は小さいが変形性能があることがわかる。
'02 年の軸力 N=294kN の実験では、破壊までの変位*１㈱平田建築構造研究所*２摂南大学工学部教授

9000- 5 SC,UC
量は UC が大きく、 FC 、 SC 、 CC は同程度である。破壊時載荷重は UC と FC がほぼ同程度で、 SC 、 CC と小さくなっている。 N=883kN の Usc90 、 Usp90 は変位量も載荷重も十分大きい 。初期剛性は CC 、FC、UC 、SCと も ほ ぼ 同 じ で あ り 、 Usc90 、 Usp90 は 若 干 高 め で ある。 '01 年と '02 年の実験を比較すると、基礎スラブの回転剛 性を高め た '02 年の初 期剛性の 方 が全体に 大きくなっている。
'02 年の実験における 載荷重と支点反力から求めたS
CとUCの曲げ モー メン ト 分布 を図 -5に示し た。55kNは載荷点ひびわれまでの分布を代表しており、UCの値が頭部でやや小さく、載荷点でやや大きい傾向にある。
載荷点でのひび割れモーメントはUCがSCに比べ大きい。ひび割れ荷重は、載荷点付近の引張側ひずみに停留・低下が見られた時の荷重としたが、その時のひずみはSCが約500μ、UCが800μとかなりの差がありこの影響に よるもの と考え られ る。2段 目の アン カー 筋まで降伏した時の荷重は、SCとUCではほぼ同じ92kN程度であり、その時の曲げモーメント値の大小関係は55kN荷重時と同様な分布を示している。
アンカ ー筋が降 伏した後の 杭頭部曲 げﾓｰﾒﾝﾄはSCの場合増大するのに対して、UCの場合はほとんど増大しないが 、載荷点 の曲げﾓｰﾒﾝﾄは、 UCの方 が大 きい。 最大荷重時の載荷点に近い圧縮ひずみはいずれもほぼ1500μ程度であった。
参考文献
1)小嶋一好、平川恭章他：基礎ｽﾗﾌﾞと接合した PHC 杭の曲げ性能に関する実験的研究(その１、２)、日本建築学会大会学術講演梗概集、 2002.8
2)後藤、柴田：遠心力 PC (PHC )杭せん断耐力算定式、日本建築学会大会
学術講演梗概集、 1985.10

Hirata Structual Engineering Corporation
工博*３鹿島建設㈱*４㈱竹中工務店*５㈱ｼﾞｵﾄｯﾌﾟ技術開発本部

Prof,Faculty of Engineering,Setsunan University,Dr.Eng.
Kajima Corporation
Takenaka Corporation

工博

GEOTOP Corporation,Dr.Eng.