20215

日本建築学会大会学術講演梗概集（北陸） 2019 年 9 月

既製コンクリート杭の機械式継手における引張耐力の検証（その 3 梁モデルによる引張有効率）

既製コンクリート杭ペアリング ジョイント正会員 ○熊谷全田
正会員
石川

機械式継手
引張耐力
トリプル プレート ジョイント

1. はじめに雄二＊1
和之＊2
一真＊1,＊2

宮坂
正会員 八田

怜奈＊1
宏志＊2

ここで、

その 2 では、日本ヒューム株式会社製の杭径 600mm のNt

PHC 杭 C 種同士を継ぐ金具について、引張力を与えた際のAe：換算断面積

降伏荷重を実験的に求めた。しかしパイルメーカーが異なると、

fb：コンクリートの短期許容曲げ引張応力度

PC 鋼材の配筋仕様や端部金具の仕様も異なる。また、PHC杭の杭径は 300mm から 1200mm まであり、杭種も A・B・C 種：PHC 杭の短期許容引張耐力

σce ：有効プレストレス
3.2 端板が伝達する力 Ptがある。さらに、同様の継手構造をもつ既製コンクリート杭とし端板が伝達する力 Pt は以下の計算条件で求める。て PRC 杭もある。このため、引張試験結果と FEM 解析結果はPC 鋼材位置の曲げモーメント Mpc は、PC 鋼材より外側の概ね対応する結果を示すものの、各パイルメーカーの様々な端板を片持ち梁と考えて求める。（図 1 に示す端板の曲げ仕様の端部金具の降伏荷重の全てを、FEM 解析で推定するモーメント図は、図 2 に示す鉄骨の埋込み型柱脚の例を参ことは現実的でない。

考にした。）

そこで、端部金具の降伏荷重を表計算ソフトで計算できるよPC 鋼材位置の端板の断面係数 Z は、瓢箪穴の欠損を考うに、推定式を構築した。その 3 では、許容応力度設計法に則慮する。（図 3 の赤線部分の断面係数とする。）

り、端板の一部が降伏した時点を短期時と考えて、端部金具の端板に発生した半径方向応力が、端板の短期許容応力度

短期許容引張耐力の推定式を示す。

σsy に達した時を短期時とする。（その 2 では、端板の降伏2. 推定式の概要

ひずみを短期許容曲げ応力度（（1.5/1.3）F））から求めたが、

図 1 は、PHC 杭の端板外周に作用した引張力 P が、どのよ

ここでは、短期許容応力度（σsy＝F）を用いる。）

うに PC 鋼材へ伝達されるかを模式的に示している。

Mpc＝Pt×ℓ（3）

σsy＝Mpc / Z
Pt＝σsy×Z / ℓ（4）方の補強バンドに伝達される。補強バンドは、縞鋼板や溝付鋼板、もしくはこれらにリング筋を取り付けたものであり、付着力やℓ＝（D1－PCD）/ 2（6）引張力 P の一部は、補強バンドの絞り部を経由してその下（5）2支圧力によってコンクリートに定着されている。定着によってコZ＝ℓpc'×tt / 6（7）ンクリートに生じた圧縮力は、圧縮ストラットにより PC 鋼材よりℓpc'＝ℓpc－（φ2 / 2+p+TP / 2）×N（8）内側の端板に流れ、PC 鋼材に伝達される。この力を補強バンℓpc＝PCD×π（9）ドが伝達する力 Pb とする。

ここで、一方、引張力 P は、PC 鋼材より外側の端板を経由すること

Mpc ：PC 鋼材位置の曲げモーメントによっても PC 鋼材へ伝達される。この力を端板が伝達する力

Pt：端板が伝達する力Pt とする。

ℓ：端板外周から PC 鋼材配置位置までの距離引張試験で得られた降伏荷重を Py とし、引張力 P を杭体のD1 ：端板外径

短期許容引張耐力 Nt とすると、端部金具の短期許容引張耐PCD：PC 鋼材の配置直径

力は、下式で表される。

Z

Py＝（Pb+Pt）×α＝Nt×a（1）：PC 鋼材位置の端板の断面係数（瓢箪穴の断面欠損を考慮する）

ここで、αは後述する実験係数である。a≧1 の時、端部金

σsy ：端板の短期許容応力度（＝F：基準強度）

具の短期許容引張耐力は杭体のそれを上回っているが、a＜1ℓpc ：PC 鋼材位置の周長（図 3 の青線の長さ）の時は下回っており、この時の a が端部金具の引張有効率でℓpc' ：PC 鋼材位置の有効周長（図 3 の赤線の長さ）ある。

tt

3. 推定式の詳細

φ2 ：座ぐり径（図 4 参照）

3.1 杭体の短期許容引張耐力 Ntp

杭体（PHC 杭）の短期許容引張耐力は、下式により算出する。
Nt＝（fb+σce）×Ae：座ぐり芯～タップ芯の距離（図 4 参照）

TP ：タップ径（図 4 参照）
N（2）：端板の板厚Verification of tensile strength on the mechanical joints of precast
concrete piles (Part3 The effective ratios calculated by beam model)― 429 ―

：PC 鋼材の本数
KUMAGAI Yuji, MIYASAKA Reina, ZENDA Kazuyuki,
HATTA Hirosi, ISHIKAWA Kazuma

3.3 補強バンドが伝達する力 Pb
Ppc

補強バンドが伝達する力 Pb は、補強バンドとコンクリートのP
Pt

CL
てこ反力
絞り部定着力、絞り部の影響を考慮した断面耐力の最小値とする。なPb
圧縮ストラット

お、紙面の都合により、詳細な推定式の記載は割愛する。

Pb

3.4 実験係数α
表 1 に、引張試験で用いた端部金具の Pb+Pt の計算結果をℓ示す。表 2 は、引張試験よる実測降伏荷重 Py と Pb+Pt との比Pt

曲げモーメント図較である。計算値 Pb+Pt は実測値 Py を過大評価しているため、

Mpc

実験係数αとして（Pb+Pt ）/Py の逆数を定めた。αの値は、PJ

図 2 鉄骨の埋込み型柱脚 1)

図 1 端板の曲げモーメント図が 0.796、TPJ が 0.865 である。
3.5 引張有効率 a
端部金具の短期許容引張耐力（Py＝（Pb+Pt）×α）と杭体の短期許容引張耐力 Nt から、引張有効率 a を求めた。これも表2 に示しており、今回の試験で用いた金具の引張有効率 a は、PJ は 41.0％、TPJ は 53.9％であった。
4. 杭体の軸力～曲げモーメント関係への反映
以上に示した推定式により、様々な端部金具の引張有効率を求めることができる。これを、梁モデルによる引張有効率と呼ぶことにする。ここでは、引張有効率 a を考慮した杭体の軸力
図 3 端板上面図

図 4 瓢箪穴詳細図～曲げモーメント関係について述べる。
図 5 に杭体の軸力～曲げモーメント関係図を示す。a≧1 の
表 1 Pb+Pt の計算結果
場合は、杭を継いで使用する時に杭体の短期許容曲げモーメPCDℓ pc
φ2 /2+ p + TP /2Nℓ pc 'tt
ZℓPt
Pb
P b +P t

ント関係を用いる。a＜1 の場合は、軸力圧縮側は杭体の短期許容曲げモーメント関係を用いるが、引張側はある曲げモーメント時の杭体の短期許容軸力を a 倍した値を、継手部の短期許容軸力として用いる。PHC 杭の場合は、端部金具の短期許容引張耐力③と杭体の短期許容曲げモーメントの切片⑦とを直線で結んだ線となる。

PJ
520mm
520×π＝1633.6mm
44.0mm
24本
1633.6－44.0×24＝577.6mm
19.0mm
577.6×192/6＝34754mm3(599－520)/2＝39.5mm
235×34754/39.5/1000＝206.8kN
966kN
966.0+206.8＝1172.8kNTPJ520mm
520×π＝1633.6mm
44.0mm
24本
1633.6－44.0×24＝577.6mm
16.0mm
577.6×16 2/6＝24645mm3(599－520)/2＝39.5mm
235×24645/39.5/1000＝146.6kN
1271kN
1271.0+146.6＝1417.6kN

5. まとめと今後の課題
表 2 Py と Pb+Pt の比較
端部金具の降伏荷重(kN)
引張試験による 梁モデルによる実測値
推定値
Py
P b +P t
93311721226
1417

継手の引張試験は、これまでに数例の実績があったが、杭体が破壊するまで載荷したのは、今回が初めてであった。まPJTPJた、端板のひずみを精度よく測定できたのも初めてだった。

比率P b +P t
Py

実験係数
α

杭体の短期許容引張耐力N t （kN）

1.256
1.156

0.7960.8652274

引張有効率a（％）
41.053.9

その結果、継手の終局引張耐力①（図 5 参照 以下同様）が杭体のそれ②を上回っていることを確認できた。その一方
1200で、端板のひずみから定めた継手の短期許容引張耐力③1000

曲げモーメント (kN・m)は杭体のそれ④を下回っていた。
引張試験結果に基づいて、端部金具の短期許容引張耐力を求める推定式を構築した。
継手の曲げ耐力については、曲げ試験によって継手の終局曲げ耐力⑤が杭体のそれ⑥を上回っていることが確認さ

800

⑤⑥600

400⑦
杭体の終局曲げモーメント
杭体の短期許容曲げモーメント200

れているが、試験の際に端板のひずみは計測されていない。
0-4000 -2000

しかし、試験数が十分にあることと、荷重～変位関係（曲げ02000①②④ ③40006000 8000 10000 12000 14000 16000
軸力 (kN)

モーメント～たわみ関係）の評価から、継手の短期許容曲げ
図 5 軸力～曲げモーメント関係の例
耐力は杭体のそれ⑦と同等以上と考えられてきた。今後は、引張耐力についても、試験数を増やすことにより、許容応力
参考文献
度ではなく終局耐力から評価するように改めることを検討す
1）日本建築学会：鋼コンクリート構造接合部の応力伝達と抵抗機構,p.106, 2011.2

る。
＊1

＊2

無溶接継手杭（PJ）工業会

＊1

継手研究会

Pair-ring Joint Association― 430 ―＊2

Triple Plate Joint Association