第 41 回地盤工学研究発表会
2006 年７月

716

H - 01 （鹿児島）
杭頭半固定接合部の圧縮試験

半固定接合部

圧縮試験

㈱奥村組

正会員

○秦雅史、戸田建設㈱国際会員㈱長谷工ｺｰﾎﾟﾚｰｼｮﾝ

鴨川直昌、西松建設㈱三井住友建設㈱青山隆行、松井建設㈱

正会員

保井美敏
武内義夫
小林仁

１．はじめに杭頭回転の固定度を緩和する杭頭半固定接合法とパイルキャップ

して図１に示すようにリング部材（以下、ＰＣリン緩衝材

絞り部

グと称する）を杭頭に被せる方法を開発した１）２）。

緩衝材

パイルキャップ
絞り部

この接合法では、杭天端にドーナツ状の緩衝材（発ＰＣリング

泡ポリエチレン）を設置して杭径断面を杭頭部にお鋼板リング

杭頭モルタル

杭杭頭モルタル杭部

いて絞ることにより、杭頭の固定度をより低減させる効果がある。本報告は、杭頭半固定接合部の絞り(a) 杭頭半固定接合法１）部について構造性能を確認するために実施した圧縮(b) 圧縮試験体
試験体

図１ 杭頭接合部の形状試験の結果及び圧縮特性モデルについて述べる。

表１ 試験体一覧

２．実験計画
試験体数は表１に示す５体で、試験パラメータは、杭頭モルタル強度、絞り部を補強する拘束筋の有無、偏心載荷とし、無筋で鋼板がない試験も行った。主水準の試
験体（No.1）を図２に示す。杭頭No.

パラメータ01234無筋、鋼板なし

ｺﾝｸﾘｰﾄ強度

杭頭部
ﾓﾙﾀﾙ強度

絞り部
高さ(mm)

拘束筋有無

絞り部径／杭径

絞り部径／絞り部高さ

偏心量(mm)

0なし

主水準
偏心載荷

Fc24

Fc50

100.7Fc36

杭頭部ﾓﾙﾀﾙ強度

28140ありなし

拘束筋

0

半固定接合部にはＰＣリングを模擬して鋼板を設置している。また、接合部には厚さ 10 mm のU6.4 2巻8-D16

補強筋

U6.4@50 ｽﾊﾟｲﾗﾙ

発泡ポリエチレンを敷設して絞り部を設けている。コンクリート圧縮試験結果を表２に、鋼材引張試験結果を表３に示す。

加力方法を図３に示す。油圧ジャッキから球座を介して試験体が最大耐力で破壊するまで単調増加載荷した。載荷位置は No.0、No.1、No.3、No.4 については試験体の中心位置とし、

杭頭モルタル

鋼板 t=2.3（SS400)

U6.4@50 ｽﾊﾟｲﾗﾙ

No.2 については中心から一方向に 140 mm 偏心させた位置とした。なお、偏心載荷については、試験体の損傷と共に球座鋼板
発泡ﾎﾟﾘｴﾁﾚﾝ

補強筋に回転が生じたため、最大耐力に達する前に除荷した。試験

発泡ﾎﾟﾘｴﾁﾚﾝ

では、載荷荷重、試験体の変形、鋼板のひずみ、絞り部内部
8-D16

補強筋量
pg=1.27％
pw=0.30％のひずみ、拘束筋のひずみについて計測した。
３．実験結果図２ 試験体図（No.1）

圧縮強度の試験結果一覧を表４に、応力度（載荷軸力／絞り部面積）とひずみ（試験体全体）関係を図４に示す。No.1、

表２ コンクリート圧縮試験結果

No.3、No.4 は、最大荷重／絞り部面積が 56.2 〜59.0 N/mm2と2なり、テストピースの圧縮強度 20.3 N/mm に対して 2.80〜2.94No.

倍の値となった。絞り部の支圧効果３）に加えて、補強筋の効果

0
1,2,3,4
1,2,34で圧縮強度が上昇していると考えられる。No.2 の偏心載荷の試U6.4 2巻部位
杭部コンクリート
杭頭モルタル

圧縮強度
2

ヤング係数
32(N/mm )(×10 N/mm )

20.3
20.1
59.1
43.5

24.0
24.0
27.7
21.0

表３ 鋼材引張試験結果
鉛直ジャッキ

材料

球座
試験体

偏心載荷

図３ 加力方法
Compression Test of Semi-rigid Connection of Pile HeadSHIN Masafumi (Okumura Corporation) et al.

1431

D16PL2.3U6.4

降伏点 引張強さ ヤング係数(N/mm2) (N/mm2) (103N/mm2)
341491
177.9283351191.01460
1484199.9

降伏ひずみ（％）
0.192
0.1480.730

験では最大耐力まで載荷できなかったが、最大荷表４ 試験結果一覧

重／絞り部面積が 44.3 N/mm2となり、テストピースの圧縮強度に対して 2.20 倍の値まで確認しNo.

パラメータた。絞り部を拘束筋で補強したNo.3 と杭頭部モ

01234

無筋、鋼板なし
主水準
偏心
拘束筋
モルタル強度

ルタル強度を低めにしたNo.4 については、主水準と比較して殆ど影響がないことを確認した。無筋コンクリートのNo.0 では、最大荷重／絞り部面積が 27.3 N/mm2となり、テストピースの圧縮※

最大荷重

最大荷重／絞り部面積

コンクリート(kN)(N/mm2)強度との比16783600※(2726)3633
3461

27.358.5※(44.3)
59.0
56.2

1.342.91※(2.20)
2.942.80

No.2試験は球座の回転が限界に達して除荷したため終局まで載荷していない強度に対して 1.34 倍の値となった。

60

試験体の絞り部まわりには、No.0 を除いてＰＣリングを模擬した鋼板を巻いており、鋼板の働きを確認するために表面の周方向ひずみ50に示す。中心載荷した試験体の鋼板リングのひずみは、試験体コンク2リートに縦ひび割れが発生する 25〜30 N/mm 付近から増加している。
これは縦ひび割れの発生に伴ってコンクリートが面外に拡がろうとするのを鋼板が拘束したことによるものと推察される。
破壊性状は縦ひび割れがパイルキャップ及び杭体で発生した後、横応力度(N／mm2)（フープテンション）を計測した。応力度と鋼板ひずみの関係を図５4030No1 主水準

20No2 偏心No3 拘束筋ひび割れが発生した。試験体はすべて杭体側（下部躯体）の破壊によNo4 ﾓﾙﾀﾙ3610って終局に至った。試験後の破壊状況を図６に示す。杭体の補強筋がNo.0 無筋

00.000パイルキャップ側（上部躯体）に比べて内側に配筋されている等によって、杭体かぶり部が割裂状に破壊した。その際、No.3 においては杭体側の高強度せん断補強筋が破断した。

0.002

0.004 0.006
ひずみ度

0.0080.010

図４ 応力度−ひずみ関係

４．圧縮特性モデル

60

応力度（荷重／絞り部面積）と接合
502ｅ関数法を用いたモデル化と比較した応力度(N/mm )部コンクリートのひずみ関係についてものを図７に示す。式１のモデル化での最大強度は一般部と絞り部の断面積の比を杭部の圧縮強度に乗じて２倍に、最大強度時のひずみを 0.003 とした。

4030No.1鋼板

20北側ひずみ
東側ひずみ
南側ひずみ
西側ひずみ

10

最大強度以降については応力度を一定0としている。接合部の応力度とひずみ

02000

4000

6000の関係はコンクリート強度の２倍の範ひずみ（×10-6)

囲において試験結果を評価できている。

図５ 鋼板の応力度−ひずみ関係、η =σσ、ξ =B

接合部コンクリートひずみ ：εεε050

式１4540、最大強度時のひずみ ：ε０＝0.003

最大強度（ｼﾘﾝﾀﾞ強度２倍）：σＢ＝40.2 (N/mm2)、絞り部の応力度：σ (N/mm2)

５．おわりに杭頭半固定接合部を模擬した試験体について圧縮試験を行った結果、コンクリート断面を絞った杭頭部は支圧効果や補強筋の効果によって応力度(N／mm2)

η = 6.75 × (e −0.812⋅ξ − e −1.218⋅ξ )図６ No.1 試験後の破壊状況

35302520No1 主水準

15No3 拘束筋

力度とひずみの関係について、ｅ関数法を用いたモデル化を提案し、

10

No4 ﾓﾙﾀﾙ36

その評価値が実験値とよく対応していることを確認した。

5

十分な圧縮強度を有していることがわかった。また、絞り部の圧縮応

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、長谷工ｺｰﾎﾟﾚｰｼｮﾝ、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】

00.000ｅ関数モデル
ﾃｽﾄﾋﾟｰｽ強度

0.002

0.004
ひずみ0.006

0.008

図７ 応力度−ひずみ関係

１）宮田、新井、伊勢本、舟木、山浦、堀田：杭頭半固定接合部に用いるリング部材のせん断抵抗,第 41 回地盤工学研究発表会（投稿中）
２）新井、金子、堀田、岡野、吉松、中岡：杭頭半固定接合部に用いる定着筋の引抜試験,第 41 回地盤工学研究発表会（投稿中）３）日本建築学会編：鉄筋コンクリート終局強度設計に関する資料、コンクリートの支圧強度（１）、pp90-97、1987

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