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日本建築学会大会学術講演梗概集（北海道） 2013 年 8 月

先端および中間部に拡径部を有する杭の支持力に関する解析的検討（その２）中間拡径部の抵抗力○田口 智也*1
田中 昌史*3
松木 和彦*5

正会員
同
同場所打ち杭支持力

遠心模型実験
引抜き抵抗

飯田 努*2
高橋 孝二*4

正会員
同3 次元 FEM

1．はじめに
前報 1)に引き続き，3 次元有限要素法による遠心模型実に示すように，拡径部の支圧面積（=拡径部断面積－軸部験 2）のシミュレーション解析について，中間拡径部の負では拡径比の違いによる差は小さいが，解析では特にモ担荷重と，拡径部の抵抗力に与える地盤の影響範囲につデル A の拡径比 1.5 の負担荷重度が大きく，拡径比によ断面積）を負担面積として算定した。押込みは実験結果いて報告する。検討はその 1 と同様に拡径比の異なるる影響が強い評価となっている。モデル B は拡径比によCASE3 と CASE8 を対象に行った。

る荷重度の差はほとんどなく、拡径比の影響は実験結果

2．中間拡径部の荷重負担
図 1 に中間拡径部の負担荷重を示す。負担荷重は拡径部と同程度である。

上下の軸力差として評価した。押込みではモデル A（境径比の影響が顕著にみられるが、モデル A はこの傾向を界要素）の結果が実験結果に対して拡径比 1.5（CASE8）ある程度は表現できている。モデル B は押込みと同様にで 7 割程度，拡径比 2.2（CASE3）では最大で 2 倍程度大拡径比の影響が小さい評価となっている。

引抜きにおいては，実験結果では押込みとは異なり拡きな負担荷重となっている。モデル B（剛性低下要素）は

図 3 は杭頭荷重に対する中間拡径部の負担割合である。

実験より若干小さな負担で推移している。引抜きにおい押込みのモデル A は拡径比 1.5、2.2 のいずれも 0.35 となてはモデル A が実験結果を概ね評価できている。モデルっており，実験結果よりかなり大きい。モデル B は拡径

B は拡径比 1.5 では過小，拡径比 2.2 は過大評価となって比 2.2 で実験結果と同程度の 0.20 となっているが，拡径いるが，変位の小さい範囲では概ね対応している。

比 1.5 は実験結果の 7 割程度の負担となっている。引抜き

図 2 に中間拡径部の負担荷重度を示す。荷重度は図 2 中負担荷重負担荷重（（ MN））

16

試験-1.5
モデルA-1.5
モデルB-1.5【CASE8】
CASE8】【CASE3CASE3】
1284

は両者共にモデル A が概ね実験結果を評価できているが，試験-2.2
モデルA-2.2
モデルB-2.28.0【CASE3CASE3】

1.0

試験-1.5
モデルA-1.5
モデルB-1.50.90.8【CASE8】
CASE8】

0.7

負担割合

試験-2.2
モデルA-2.2
モデルB-2.210.0（ MN/m2）
負担荷重度
負担荷重度（206.04.0

試験-2.2
モデルA-2.2
モデルB-2.2

試験-1.5
モデルA-1.5
モデルB-1.5【CASE3CASE3】【CASE8】
CASE8】

0.60.50.4
0.30.22.00.1
00.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.000.06

δ/Da)押込みa)押込み【CASE3CASE3】
軸部
拡径部

0.08

0.000.10

試験-1.5
モデルA-1.5
モデルB-1.5【CASE8】
CASE8】

420.02

0.04

0.06

0.08

0.10

δ/Da)押込み

5.0

負担荷重度
負担荷重度（（ MN/m2）

試験-2.2
モデルA-2.2
モデルB-2.2

60.04

δ/D1080.02

1.0
試験-2.2
モデルA-2.2
モデルB-2.24.0【CASE3CASE3】

試験-1.5
モデルA-1.5
モデルB-1.5

試験-2.2
モデルA-2.2
モデルB-2.2

0.9
0.80.7【CASE8】
CASE8】

負担割合0.00（MN）
負担荷重
負担荷重（）

0.0

0.0

3.0

2.0

試験-1.5
モデルA-1.5
モデルB-1.5【CASE3CASE3】【CASE8】
CASE8】

0.6
0.5
0.4
0.3

1.0

0.2
0.1

0.0

00.00

0.02

0.04

0.06

0.08

δ/Db)引抜き
図 1 中間拡径部の負担荷重

0.10

0.00.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

δ/Dδ/Db)引抜き
図 2 中間拡径部の負担荷重度b)引抜き
図 3 中間拡径部の荷重負担割合

Analytical Examination for Bearing Capacity of Piles with Enlarged Base and Intermediate Node
Part 2 The Resistance of Enlarged Intermediate Node
TAGUCHI Tomoya, IIDA Tsutomu, TANAKA Masafumi, TAKAHASHI Koji and MATSUKI Kazuhiko― 485 ―

引抜きの実験結果は変位の増大に伴い，中間拡径部の負ことが推察される。一方，引抜きでは図中に示した応力担割合は増加する傾向がみられるのに対し，解析ではモ比 0.4 以上の範囲は押込みと同様の傾向が見られるが，応デル A,B ともに一定変位以上では負担率が一定値となっ力比が 0.1 程度の影響範囲は押込みほど拡径比による差はている。

大きくない。これは引抜きでは拡径部の抵抗力に対する3．拡径部抵抗の影響範囲
拡径部の抵抗に与える地盤の影響範囲について，モデ軸部周面摩擦の影響が押込みに比べて大きいためだと考ル A を用いて杭の鉛直変位が拡径部径の 10％の時点を対

図 6 の塑性ひずみは 0.01 を超える大ひずみが生じる範象に，検討を行った。図 4 に地盤の鉛直変位比，図 5 に囲は拡径部周辺に集中しており，また拡径比の大きいケ鉛直応力比，図 6 に塑性ひずみのコンター図をそれぞれースのほうが広い範囲にわたっている。

示す。それぞれの図は文献

3）

えらえる。

を参考に変位比は杭の変位以上より，拡径部抵抗に影響する地盤の範囲は拡径比量に対する鉛直変位の比率，応力比は中間拡径部の負担や載荷方向によって異なることがわかり，拡径部の抵抗荷重度に対する鉛直応力の比率とし，塑性ひずみは 0 かを評価するためには影響範囲の適切な評価が重要である。

ら 0.1 までを評価した。

4．まとめ
拡径部を有する杭の 3 次元有限要素法による遠心模型実験のシミュレーション解析により，以下の知見を得た。
1） 中間拡径部の負担荷重は引抜きについては概ね評価できる。また，押込みでは特にモデル A の実験結果との差が大きく，モデル化の見直しが必要である。
2） 中間拡径部の抵抗力に与える地盤の影響範囲は拡径比や載荷方向によって異なる。
今後も引き続き原位置載荷試験も含めて，解析モデルの検証を行う予定である。

図 4 より変位比の大きい影響範囲は拡径比の大きなCASE3 の方が広い。しかし，変位比が 0.1 以上の範囲は拡径比に依らずほぼ一定で中間拡径部から先端拡径部まで一体で挙動する様子が見られる。引抜きも同様で，地表面まで変位が到達している。また引抜きの水平方向の影響範囲は押込みに比べて 3 割程度狭い範囲におさまっている。
図 5 の押込みの鉛直応力では拡径比の影響は明確で，拡径比 2.2 では 1.5 の 2 倍以上広い範囲に杭の荷重度の10％以上の応力が伝達されている。拡径部の拡径幅（(拡径部径-軸部径)/2）に対する割合で示すと両者ともに約 9倍となり，応力の影響範囲は拡径部の拡径幅と関係する
拡径比 2.2 1.5

2.21.5
拡径比2.2押込み

引抜き押込み図 4 変位比コンター図
*1
*3*5

戸田建設
大洋基礎
三井住友建設*2 ジャパンパイル*4 西松建設

1.5【参考文献】
1）新井ほか：先端および中間部に拡径部を有する杭の支持力に関する解析的検討（その 1）, 日本建築学会大会学術講演梗概集, 2013.8（投稿中）
2）金子ほか：先端および中間拡径部を有する杭の支持力特性に関する遠心模型実験(その 1)～(その 3), 日本建築学会大会学術講演梗概集,pp.419424, 2012.9.
3）鈴木ほか：拡底杭・節付き杭の鉛直荷重～変位の関係と抵抗力の評価,
日本建築学会構造系論文集 第 656 号, pp. 847-1856, 2010.10

2.2

引抜き

図 5 鉛直応力比コンター図1.5

拡径比2.2押込み

1.52.21.5

引抜き

図 6 塑性ひずみコンター図*1 TODA Corporation*2 JAPAN PILE Corporation*3 TAIYO Foundation Co., Ltd. *4 NISHIMATSU Construction*5 Sumitomo Mitsui Construction Co., Ltd.

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