第 41 回地盤工学研究発表会
2006 年７月

714

H - 01 （鹿児島）
杭頭半固定接合部に用いるリング部材のせん断抵抗

杭 接合部 せん断試験

鹿島建設（株） 正会員 ○宮田章（株）奥村組

西松建設（株） 正会員

寿昭

五洋建設（株） 山浦 一郎

新井戸田建設（株） 国際会員 伊勢本 昇昭

舟木 秀尊

飛島建設（株） 堀田 潔

PCリング

１．はじめに杭頭半固定接合法として，図 1に示すようにリング部材(以下，PCリング)を杭頭に被せる方法を開発した１）。PCリングはコンクリート製で，

PCリング
定着筋

高強度ｽﾊﾟｲﾗﾙ筋
緩衝材

内部に高強度鉄筋のウルボンスパイラル筋（以下，高強度スパイラル筋），内面に鋼板リング，上部にPCリング定着筋が配置されている。杭とPCリングの隙間にモルタルを充填して一体化し， PCリングに地震時鋼板リング

杭モルタル水平力を負担させる構造である。本報告では，PCリングのせん断実験

図1 杭頭半固定接合法

及びせん断抵抗モデルについて述べる。
２．実験計画
試験体は表 1に示すように高強度スパイラル筋と PC リング定着筋を実験因子とした 2 体である。
試験体形状を図 2，加力方法を図 3に示す。
PC リングは外径 606mm，内径 420mm，高さ 150mm である。PC リングに水平力を加力するため，鋼管コンクリートの治具を置き，隙間に無収縮グラウト材を充填した。実験中に治具が浮き上がらないように圧縮力(50～100kN)を作用させ，水平力を正負交番漸増載荷した。鋼材引張試験結果を表 2に，コンクリート圧縮試験結果を表 3に示す。
３．実験結果表1 試験体一覧
PCリング
PCリング定着筋配筋 定着長(mm)№1 U7.1(6巻) 10-D13350№2 U9.0(6巻) 16-D16450
図2

PC リングに作用する水平力と，PC試験 高強度体 ｽﾊﾟｲﾗﾙ筋

で PC リングがひび割れた後，剛性低下している。水平力約 450kN 時に

表2 鋼材引張試験結果

図 6(c)の正加力側で計測した鋼板リン
グ水平ひずみが降伏した後，水平変位が増加し，終局に至った。
その他の挙動は試験体№1 と試験体№2 でほぼ同じであったので，以下，試験体№1 について示す。
水平力を受けて圧縮される PC リン

表3 コンクリート圧縮試験結果
圧縮強度 ヤング係数(N/mm2) (×103N/mm2)

着筋のひずみ挙動を図 5に示す。PC リ
ング定着筋は加力初期に圧縮ひずみを生じているが，PC リングひび割れ後，ひずみが減少し，引張ひずみに転じている。鋼板リング降伏以降，加力前面

0-500

№1010

水平変位 (mm)201000水平力 (kN)

水平力 (kN)

水平力 (kN)

1000

500-1000-10

試験体№1 №2 №1№2
PCリング 45.2 51.4 28.42 32.21
無収縮ｸﾞﾗｳﾄ 42.6 39.8 21.06 20.77
ﾊﾟｲﾙｷｬｯﾌﾟ 40.3 41.0 32.48 32.13

5000-500№2-1000-10△:ひび割れ発生○：鋼板リング降伏01020500 +10+2 +3

試験体形状(№1)

治具
Φ406.4t=12.7
ｺﾝｸﾘｰﾄFc24

圧縮力
正水平力

負PC リング内
ｺﾝｸﾘｰﾄ上端

0500

1000-6

図5計測位置
グラフ中の数値は加力サイクル

PC リング定着筋のひずみ挙動(№1)

Shear Resistance of Ring Shaped Member for use at Semi-rigid Connection of Pile Head1427

正+5ひずみ(×10 )MIYATA Akira (Kajima Corporation) et al.

試験体

図3 加力方法
水平力
負+4

正-500-1000-500

水平変位 (mm)

図4 水平力と水平変位の関係

負90

グ部分（加力前面）にある PC リング定

1000

降伏点 引張強さ ヤング係数 降伏ひず寸法(N/mm2) (N/mm2) (×103N/mm2) み(%)
3.0380483
208.10.186
U7.1 1434
1501
212.40.712
U9.0 1400
1484
206.70.718
D13446620
191.70.247
D16448624
193.1
0.250
D25382553
192.80.204

鋼板リング

900

関係を図 4に示す。水平力約 250kN

450

リング上 5cm で計測した水平変位の中央の PC リング定着筋が曲げ引張に抵

度スパイラル筋のひずみ差が小さ

ε (×10-6)

ひずみ ε (×10-6)

サイクルまでは鋼板リングと高強ひずみ

ル筋のひずみ分布を図 6に示す。+28000+360004000+4+5+22000+10-2000

く，同等の応力が発生している。高負加力側

中央+56000
4000
2000(a)鋼板リング+3+4+2+10-2000

正加力側

降伏ひずみ

負加力側

中心負 正正加力側(b) 高強度スパイラル筋

強度スパイラル筋は，鋼板リング降正加力側

鋼板リング及び高強度スパイラ

降伏ひずみ負加力側抗していると考えられる。

8000(c)計測位置

図6 ひずみ分布(№1)

伏以降もひずみが増加し，水平力に抵抗していることが分かる。
４．せん断抵抗モデル
PCリングの鋼板リング降伏時せん断抵抗モデルは図 7に示す

中心線水平力ように加力前面と加力側面に分けて考える２）。

90 度

加力
前面加力前面は，図 8 に示すように中心線長を長辺とする矩形に置換する。図 5で示したPCリング定着筋のひずみ挙動からコンク

加力側面リートとPCリング定着筋が曲げに抵抗し，また鋼板リングがせ

図7 せん断抵抗モデル 図8 加力前面の矩形置換

ん断に抵抗するとした場合の各耐力を累加した次式でせん断抵

ｺﾝｸﾘｰﾄ式1HaXn

第一項は，図 9(a)に示す加力前面のPCリング定着筋本数naにBp

引張定着筋引張力Tb（PCリング側付着耐力）と応力中心間距離を乗じた曲げモーメントをPCリングせいHaで除している。第二項は加力前面の鋼板リング等価幅Bpに肉厚tsと降伏点τp，さらに図σc≦(2/3)Fc

Tbd

引張定着筋

9(b)に示すように三角形のせん断応力分布を仮定 ３） した係数 (a)コンクリートと PC リング定着筋0.5 を乗じている。
負加力側面は図 10(a)に示す 2 つのレベルで評価した
式2

Rb2＝1.65ad√σB・σy /1.5＋(3/4)τc・Ac

式3

水平力が作用するHs範囲における鋼板リング
Rb1は，の断面積ts・Hsに降伏点σpを乗じ，Hs範囲の高強度ス(b)鋼板リング

図9 加力前面の抵抗モデル
加力側面
ダウエル効果が正Hs

抵抗力Rb1と抵抗力Rb2の内，小さい方の値とする。
Rb1＝2（σp・ts・Hs＋Nu・σu・au）

τp

Ra＝na・Tb・（d－Xn/3）/Ha＋0.5τp・Bp・tsts

PCﾘﾝｸﾞ

抗力Raを算定する。

左右二箇所期待できる範囲

Rb1

Rb2(a)Rb1とRb2の計算レベル(b) Rb1 (c) PCリング定着筋

図10 加力側面のせん断抵抗力

パイラル筋量Nu に断面積au と高強度スパイラル筋の応力度σuを乗じた値を加算し，図 10(b)に示すように加力側面左右で抵抗する

表4 せん断抵抗力算定値

ことから 2 倍している。なお，前述したように鋼板リングと高強度スパイラル

試験結果 算定値
試験比状態
Re(kN) Ra+Rb(kN) Re/(Ra+Rb)
体筋が同等のひずみを生じていたことからσu＝σpとする。Rb2の第一項は加力側面にあるPCリング定着筋のダウエル強度式４）で，adが加力側面にあるPCリング
定着筋全断面積，σyが降伏点，σBがコンクリート圧縮強度である。Rb2の第二項はPCリング内径を直径とする円の短期許容せん断力で，τcがコンクリートの№1№2

降伏
最大降伏
最大449.23
633.90451.22863.90349.12605.87
391.12787.12

1.29
1.05
1.15
1.10

短期許容せん断応力度，Acは面積である。
終局耐力時せん断抵抗力はコンクリート短期許容応力度を圧縮強度，σuを降伏点，式 3 第一項を 1.5 倍して算定する。
せん断抵抗力算定値を表 4に示す。降伏時及び終局時ともに算定値は試験結果を安全側に評価できている。
５．おわりに杭頭半固定接合部に用いるリング部材をせん断実験した結果，ひび割れ後にリング部材の鋼板リングが降伏し，終局に至った。実験結果を基に提案したせん断抵抗モデルは実験結果を安全側に評価できていることを確認した。
なお，本研究は鹿島建設，奥村組，五洋建設，戸田建設，飛島建設，西松建設，長谷工コーポレーション，松井建設，三井住友建設，高周波熱錬による共同研究の一環として実施した。関係各位に謝意を表す。
【参考文献】
１）宮田他：半固定杭頭接合法の開発 その５ 杭頭接合部の構造性能確認実験，日本建築学会大会，pp.635-636，2003.9２）黒正他：水平力を受ける杭と基礎の結合部に関する研究（その４）フーチングの破壊実験及び耐力略算法の考察，日本建築学会大会，pp.2737-2738，昭和 58.9３）宮田他：PHC 杭とフーチングとの接合部の挙動，日本建築学会大会，pp.1359-1360，1989.10４）日本建築学会編：場所打ち同等型プレキャストコンクリート構造設計指針(案)・同解説，2002.101428