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日本建築学会大会学術講演梗概集（九州） 2016 年 8 月

片持ち梁方式曲げせん断試験による SC 杭の M-φ関係の評価

杭基礎二次設計

既製コンクリート杭（その１：試験計画）

正会員○塚越 俊裕

*

同

中井 正一

**

同

小椋 仁志

***

同中井 伸*

同
同

田中 佑二郎 ***
金子 治
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同
同

関口 徹
菅 一雅

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1. はじめに
現在、上部構造においては大地震に対する 2 次設計は一般化している。しかしながら基礎構造においては基礎の破壊によって人命が失われた事例がないため、2 次設計は一般化されていない。このため、基礎構造の 2 次設計手法の確立が急務となっている。
現状の既製コンクリート杭の性能については、強度データは多く蓄積されているが、杭の靱性を対象とした載荷試験はあまり行われていないため変形性能に関するデータは多くない。そこで、筆者らは既製杭の中でも靱性が高いとされる SC 杭（外殻鋼管付きコンクリート杭）を対象として単純梁方式の曲げ試験を行い、中空部分をコンクリートで充填したものなどの変形性能を確認した。1）しかし、単純梁方式の載荷方法では試験治具（軸力導図 1 試験装置図概要入）の安全の関係から大変形を伴う計測が困難であった。
そのため本研究では、片持ち梁方式の曲げせん断試験を実施し、試験結果から M‐φ関係および変形性能について評価する。
2. 試験計画
2.1. 試験方法
試験方法は図 1 のように試験体のスタブ部分を下にして反力フロアーに固定し、軸力導入用油圧ジャッキにより所定の軸力を導入後、アクチュエータで水平加力する。
載荷パターンは図 2 に示すような変位制御による正負交番載荷方式とし、図中の Py は SC 杭の降伏曲げモーメ

図 2 変位制御

ントを与える荷重、Pu は終局曲げモーメントを与える荷表 1 試験ケース重、δy は Py 時の載荷点の変位量としている。荷重サイクルは、1/3 Py~ Py までの載荷は各 1 サイクルとし、2δy 以

試験 No.

中詰めコンクリート

1234無し降の載荷は 3 サイクルとする。Pu を計測した後は 1 サイクルごととし、荷重が再び Py を下回った場合、試験終了とする。また、10δy まで Py を下回らなかった場合は、載荷装置の限界まで正側一方向に連続載荷する。
2.2. 試験種類
表 1 に試験ケースを示す。試験体は SC 杭の中空部分を有り

導入軸力(kN)
12501250
1875-6402.3. 計測項目

中詰めしていないもの 1 体、コンクリートで中詰めした

荷重計測は軸力導入用ジャッキの鉛直荷重と水平加力もの 3 体の計 4 体とした。試験体は全てを杭径 D=400mm,用アクチュエータの水平荷重の 2 つである。図 3 に計測

杭肉厚 T=60mm,鋼管厚 ts=6.0mm とした。表 1 に示す 4 種位置図を示す。変位計を用いて杭体水平変位を 5 断面(載類の試験には、事例の少ない引張方向の軸力を導入した荷点、中間点、杭頭付近 3 断面)で計測した。杭体鉛直変試験体も含まれている。なお T/D と ts/T は既存1）の単純梁方式との比較のため同じ比としている。

位は 4 断面(載荷点、杭頭付近 3 断面)で計測した。スタブにも確認用として鉛直変位を 4 点、側面に水平変位を 1

Evaluation of M-φ relationship of SC pile by the cantilever beam method
bending shear test (Part1. Test Plan)― 735 ―

Toshihiro TSUKAGOSHI, Shoichi NAKAI, Hitoshi OGURA,
Shin NAKAI, Yujiro TANAKA, Toru SEKIGUCHI,Osamu KANEKO, Kazumasa SUGA

点の計 6 点で計測した。杭頭付近の変位計は 50mm 間隔4.まとめでスタブ端面より設置した。鋼管のひずみはひずみゲージを用いて杭頭付近 4 断面で計測した。ひずみゲージはスタブ内部 25mm 地点に 1 点貼りつけ、そこから 50mm

本報では今回の試験の計画と結果の一部を述べた。
参考文献

1)

小椋仁志他:単純梁方式による SC 杭の M-φ関係の評価(その 1~その 3)
日本建築学会学術講演梗概集 pp429-430,431-432,433-434,2015

間隔で 3 点鋼管側面に貼り付けた。これらの計測器から得られる計測値から曲げモーメント M と曲率φを求めた。
曲げモーメントは軸力と水平荷重、載荷点の水平変位、鉛直変位を用いて P-δ 効果を考慮し算出した。
2.4. 材料試験結果
表 2 に試験体の杭体コンクリート、鋼管、中詰めコンクリートの強度、ヤング係数の材料試験値を示す。
表 2 材料試験値
杭体コンクリート

鋼管

中詰めコンクリート

強度(N/mm²)11744329.6

ヤング係数(N/mm²)

46,600209,60023,400

図 3 計測位置図
500(a) No.1

3. 試験結果

250

水平荷重 (kN)

写真 1~4 にそれぞれの試験 No.の試験体破壊状況、図 4に荷重-水平部材角関係を示す。
・試験 No.1（中詰め無し、軸力 1250kN）

0-250

水平荷重の最大値は、306kN であり、荷重ピークまでの履歴ループは比較的安定していることが分かる。しか-500-150500

写真 1 No.1 破壊状況

し、ピーク後の水平荷重の値が急激に減少しており履歴-100-50050

100150050

100150050

100150050100150

水平部材角 (1/1000 rad)(b) No.2

ループが安定しない。破壊状況は変形が大きく進まない
水平荷重 (kN)

250

段階で杭体のコンクリートが圧壊し鋼管が局部座屈した。
・試験 No.2（中詰め有り、軸力 1250kN）
中空部にコンクリートが中詰めしてあるため試験 No.1

0-250の中空のものと比べ水平荷重の最大値が 325kN と多少大きくなっており、履歴ループは荷重ピーク後も安定して
写真 2 No.2 破壊状況

いる。破壊状況は杭体コンクリートが圧壊。中詰コンクリート表面に曲げひび割れ。杭頭周辺で提灯座屈。

-50

水平部材角 (1/1000 rad)(c) No.3
水平荷重 (kN)

試験 No.2 に比べて軸力が 1.5 倍と大きいため水平荷重の最大値が 358kN と大きくなるがその後の減少は大きい。

0-250

破壊状況は試験 No.2 と同様。

-500-150500

・試験 No.4（中詰め有り、軸力-640kN）
写真 3 No.3 破壊状況

導入軸力が引張方向なので水平荷重は 228kN と圧縮軸

-100-50

水平部材角 (1/1000 rad)(d) No.4
250

水平荷重 (kN)

力の No.2, 3 のものに比べ小さい。しかし 10δy までの荷重の減少はなく、履歴ループは非常に安定しており、その後の連続載荷の段階では荷重が増加し続けている。破0-250

壊状況は杭体コンクリートの圧壊が試験 No.1, 2, 3 と異なり杭肉厚全体の圧壊ではなく外側の鋼管付近にとどまっ-500-150ている。
千葉大学大学院工学研究科
千葉大学名誉教授
ジャパンパイル（株）
戸田建設（株）-100

250・試験 No.3（中詰め有り、軸力 1875kN）

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-500-150500

写真 4 No.4 破壊状況
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Chiba University
Emeritus professor of Chiba University
Japan Pile Corporation
Toda Corporation-100-50

水平部材角 (1/1000 rad)

図 4 荷重-部材角