第 47 回地盤工学研究発表会
2012 年 7 月

573

E - 04 （八戸）

杭頭縁切り工法における杭頭部の挙動に関する繰返しせん断実験（その２）
模型杭せん断室内実験

関西大学

学生会員○遠藤哲也
国際会員

学生会員

永井雅

国際会員

小椋仁志

伊藤淳志

ジャパンパイル

石川一真

エービーシ建材研究所

野瀬貴弘

１．はじめに

表１ 使用砂の諸元

杭基礎の耐震性を向上させるために、図 1 のごとく杭土粒子の密度 ρS 2.62 g/㎤
平均粒径 D50
0.59 ㎜
均等係数 UC
1.85
最小密度 ρmin
1.352 g/㎤
最大密度 ρmax
1.611 g/㎤

頭と基礎スラブとを結合せず、間に摩擦材を設置し、さらに砂や砂利などを介在させる方式を筆者等は「杭頭縁切り工法」と呼んでいる。この工法では、介在させる土質材料や摩擦材の材質を調整することで、杭に伝達される水平力を比較的簡便に制御することが出来るものと考える。本工法の開発を目的として、これまで床材料を主

図１ 杭頭縁切り工法概念図

体とした種々の摩擦材について、砂との摩擦せん断実験を行い、本工法に適した摩擦材の選定のための検討を行ってきた１）～３）。今回、前報４）で使用した杭頭部に曲げ変形を生じさせる実験装置を用い、さらに杭頭にクロロプレンゴム（以下、ゴムと略称）を設置した場合の挙動を検討するため、一連の繰返しせん断実験を行ったので、以下に報告する。
２．実験概要実験装置を図２に示す。杭と基礎スラブとの上下関係は逆にしてあり、基礎スラブ(H 鋼ベース)の上に厚さ 12㎜の摩擦材を固定してある。杭は直径φ48.8 ㎜、長さ250mm の機械構造用炭素鋼(S50C)を用いた。摩擦材は FRPを下地として、変性ビニルエステル樹脂を塗布し表面を図２ 実験装置 (単位:㎜)

UV 硬化させたもの（以下 FRP 板と称す）と、一般構造用

表２ 実験種類

圧延鋼材（SS400、表面は未処理、以下鋼板と称す）の２軸応力σ(N/㎟)ゴム-Fゴム-FRP板
5ゴム-F-10ゴム-FRP板
10ゴム-鋼ゴム-鋼板
5ゴム-鋼-10ゴム-鋼板
10ゴム-F-F
ゴム-FRP板-FRP板
5ゴム-鋼-鋼 ゴム-鋼板-鋼板
5ゴム-砂-Fゴム-砂-FRP板
5ゴム-砂-鋼ゴム-砂-鋼板
5
実験記号 使用材料の組合せ

種類を使用した。ゴムは免震工法の積層ゴムで使用されるクロロプレンゴムを採用した。砂を介在させる場合は、粒径 75 ㎛～1.2mm に調整した気乾状態の淀川砂を使用した。その諸元を表１に示す。今回行った実験種類を表２に示す。表中の使用材料の組合せは、先頭のものが杭側に設置した材料としている。実験は、H 鋼ベース上の摩擦材の他にゴム(幅 70×奥行 70×厚さ 12 ㎜)のみを設置する場合を基本とし、ゴムと摩擦材の間に小型の摩擦材(幅 80×奥行 80×厚さ 12 ㎜)を挟む場合、砂(厚さ 35 ㎜)1.0を敷設する場合の３通りの組合せとした。せん断実験は、ースに水平加力し、変位量が±15mm までの正負交番繰返し加力を３サイクル（毎分１㎜の変位速度を目標）実施した。
３．実験結果0.8
せん断応力比τ/σ

杭に 5 または 10N/㎟の軸応力を与えた後、静的に H 鋼ベ0.60.40.2-25-20-15-100.0-5-0.2 05-0.6

杭頭およびH鋼ベースの水平変位量をそれぞれSｐ 、Sｂとする。摩擦材がFRP板の場合のせん断応力比τ/σとSpおよび相対変位量(Sb-SP ）との関係を図３～図５に示す。

10152025-0.4-0.8-1.0
水平変位量(㎜)相対変位量(Sb-Sp)
杭頭変位量Sp

図３ τ/σ‐SP,(Sb-SP)関係 (ゴム‐F)

Cyclic Shear Tests of Pile Head Joint with Sliding Mechanism (Part2)
ENDO Tetsuya, NAGAI Masaru, ITO Atsushi (Kansai Univ.),
ISHIKAWA kazuma, OGURA Hitoshi (JAPAN PILE Corp.),NOSE Takahiro (ABC Research Laboratory for Building Materials Co., Ltd.)

1139

1.0

ここで、せん断応力τは、H 鋼ベースに作用するせん断鋼板の場合の１サイクル目のτ/σ‐(Sb-SP)関係をまとめて図６に示す。これらの図より、以下のことがわかる。
①SP は、Sb よりかなり小さく、ほぼ弾性的な挙動となっ0.8
せん断応力比τ/σ力を杭の断面積で除した値を採用した。また、摩擦材が0.60.40.2-25-20-15-100.0-5-0.2 05-0.6ている。②ゴム‐Fの場合における２サイクル目と３サイ-0.8

クル目のτ/σは、１サイクル目の値より大きく、２サイ-1.0水平変位量(㎜)

クル目と３サイクル目は似たような値で推移し、約 0.5まで増大している。③ゴム‐F‐Fの場合も同様の傾向で10152025-0.4
相対変位量(Sb-Sp)
杭頭変位量Sp

図４ τ/σ‐SP,(Sb-SP)関係(ゴム‐F‐F)あるが、τ/σは最大約 0.7 になる。④砂を介在させたゴム‐砂‐Fの実験では、繰返しに伴うτ/σの変化は比較1.0的小さく、最大で約 0.6 の値となった。⑤鋼板の場合、0.6

鋼＞ゴム‐鋼‐鋼＞ゴム‐鋼の順に大きくなっており、２、３サイクル目のτ/σは、FRP板の場合とほぼ同様な挙動を示していた。

せん断応力比τ/σ１サイクル目の正方向最大変位時のτ/σは、ゴム‐砂‐0.80.40.2-25-20-15-100.0-5-0.2 05-0.6-0.8

τ/σ-（Sb-SP）関係におけるS=10,0,-10 ㎜時のせん断-1.0
水平変位量(㎜)応力比をピーク値τ y/σとして、その推移を図７および図８に示した。両図より、摩擦材よる明確な違いは認め10152025-0.4
相対変位量(Sb-Sp)
杭頭変位量Sp

図５ τ/σ‐SP,(Sb-SP)関係(ゴム‐砂‐F)

られないが、軸応力が大きくなるとτy/σは小さくなる
1.0傾向がある。また、砂を介在させた場合のτ y/σは、１ているが、２サイクル目負方向加力以降は小さくなる。
これは、繰返し水平加力により砂の粒子破砕が進み摩擦係数が小さくなったためと考えられる。
ここで、図２に示す杭頭に貼り付けたひずみゲージの0.8
せん断応力比τ/σ

サイクル目までは砂を介在させない場合より大きくなっ

0.60.40.2-25-20-15-10

今回、杭頭にクロロプレンゴムを設置した繰返しせん断実験について報告した。その結果、前報４）で報告した
ゴムを設置しない場合の実験より、せん断応力比が小さく安定した滑りをすることが分かった。今後、ゴムの耐ゴム‐Fゴム‐F‐10ゴム‐鋼ゴム‐鋼‐100.80.60.40.20.0
1

最後に今回の実験を行うにあたり多大のご協力をいた

234567
ピーク値番号

8910111011

図７ τy/σの推移 (その１)

だいた関西大学卒業研究生の川田祐介氏、田端泰成氏に謝意を表する。
法」における摩擦材と砂との繰返し摩擦実験，日本建築学会大会講演梗2) 石川一真･小椋仁志･伊藤淳志･野瀬貴

弘：模型杭を用いた「杭頭縁切り工法」における摩擦材と砂の繰返し摩擦実験，第 44 回地盤工学研究発表会，pp.1171～1172，2009.8 3) 遠藤
哲也･石川一真･小椋仁志･伊藤淳志･野瀬貴弘：模型杭を用いた「杭頭縁切り工法」における摩擦材の繰返し摩擦実験，第 45 回地盤工学研究発表
4) 遠藤哲也･石川一真･小椋仁志･伊藤淳

志･野瀬貴弘：杭頭縁切り工法における杭頭部の挙動に関する繰返しせん
断実験，第 46 回地盤工学研究発表会，pp.1297-1298，2011.5

せん断応力比ピーク値τy/σ1.01) 伊藤淳志･小林恒一･小椋仁志･野瀬貴弘：「杭頭縁切り工会，pp.1207～1208，2010.8

ゴム‐鋼ゴム‐鋼‐鋼ゴム‐砂‐鋼1.0ある。

概集，pp.615～616，2008.925

図６ １サイクル目のτ/σ‐(Sb-SP)関係 (鋼板)

久性や設置方法などについてさらに検討していく予定で

参考文献

20-1.0相対変位量(Sb-Sp)(㎜)

せん断応力比ピーク値τy/σ

４．おわりに15-0.8近いため、この工法はピン支承に近いものと考えることができる。

10-0.6た場合の理論上の曲げモーメントに対する比を杭頭固定時の杭頭固定度は、0.01～0.10 となっており、ほぼ 0 に5-0.4

測定値から曲げモーメントを求め、杭頭を完全固定とし度として算出した。全実験の１サイクル目の正側 S=10 ㎜

0.0-5-0.2 0

ゴム‐F‐Fゴム‐鋼‐鋼
ゴム‐砂‐F
ゴム‐砂‐鋼

0.80.60.40.20.01234567
ピーク値番号89

図８ τy/σの推移 (その２)1140