20177

日本建築学会大会学術講演梗概集（関東） 2006年 9 月

場所打ち杭用杭頭半固定工法の開発
その 3 杭頭回転ばねモデル
正会員○宮田場所打ち杭杭頭接合部

曲げモーメント

回転角
１．はじめに加藤政利

同青山隆行 ＊４

同吉川清峰 ＊５ 同舟木秀尊 ＊６

曲げモーメントM PT
終局状態

は， 図 1 に示すように杭頭曲げに対Mu

して絞り部圧縮力と引張定着筋引張力で抵抗する ２） 。本My

頭半固定接合法

１）村田義行 ＊２＊３

同

絞り部 引張定着筋圧縮力 引張力

著者等が開発した引張軸力伝達可能な場所打ち杭用杭章 ＊１ 同報では，杭頭回転ばねモデルを提案し，実験結果 ２） との降伏時離間時

M1

比較検討結果について述べる。

絞り部

K1

２．杭頭回転ばねモデルの提案

θyθ u 回転角θ PT

杭頭回転ばねモデルは杭頭接合部の曲げモーメント
図1

MPT と回転角θ PT の関係で表し，図 2 に示す３折れ線で表杭頭曲げの伝達

図2

杭頭回転ばねモデルータの算定法について説明する。

Kb

K 1 は，絞り部が離間するまでの初期回転剛性で，図仮想円柱

Hb

現する。以下，３折れ線を規定するK 1 ，M 1 などのパラメ

Kc
Hc

3 に示すパイルキャップ内に想定した仮想円柱，コンク

Hp

Kb

リート，杭体の各部分における回転剛性K b ，K c ，K p を用部分
径
仮想円柱
PCリング内径コンクリート
杭径
杭体
絞り部径

いて式 1 で算定する ３） 。
K 1 ＝1/(1/ K b +1/ K c+ 1/ K p )----------------------式 1

杭体部分
コンクリート部分

ここで，K b ，K c ，K p は各部分のヤング率に断面二次モ

図3ーメントを乗じ，長さで除した値である。各部分の径は，絞り部からパイルキャップへ圧縮応力が広がることを想応力σ定し，図中の表に示すように仮定した。また，仮想円柱

σ B /ν 2

初期回転剛性の算定範囲の長さH b は 3 節に示すように実験結果との対応が良い長σ=さであった杭径とする。

(σ B −0.812 ε / ε Be− e −1.218ε / ε B
ν2離間時曲げモーメントM 1 は絞り部に引張応力が発生εBしない最大曲げモーメントであり，式 2 で算定する。
M 1 ＝N PT ・ν･D/8

図4---------------------------------式 2)

ひずみεコンクリートの応力－ひずみ関係

ここで，N PT は杭頭軸力，νは絞り部径を杭径Dで除しするバイリニアーでモデル化する。

た絞り係数である。

降伏時回転角θ y は，杭頭接合部のヒンジ領域におけるK 1 とM 1 の算定にあたり引張定着筋を考慮すべきであるが，算定法を簡略にするため，ここでは無視した。
降伏時曲げモーメントM yは，下記①～③の仮定で算定長さを絞り部径とし，かつヒンジ領域で曲率一定と仮定して，M y時の曲率φ yを用いて次式で算定する ６） 。
----------------------------------- 式 3

θ y ＝φ y・ν･D

した曲げモーメントM－曲率Φ関係において，引張定着終局時曲げモーメントM u はM－Φ関係の最大曲げモ筋の降伏時，又はコンクリート圧縮応力が 0.85σ B に達しーメントとし，限界杭頭回転角θ u は実験 ２） で確認した

た時 ５） の曲げモーメントの内，小さい値とする。
① 絞り部径を直径とする円形断面。

0.04radとする。

② コンクリートの応力－ひずみ関係は図 4 に示すe３．実験結果との比較。ただし，圧縮強度σ B に実験結果 ２） から離間時曲げモーメントM 1 を評価する

は杭体，モルタル，パイルキャップの最小圧縮強ため，図 5 に示す絞り部ひずみS T が図 6 に示すようにMPT度を用いる。の増加に対して変化しない状態を離間と考えた。また，関数でモデル化する

４）③ 引張定着筋の応力－ひずみ関係は降伏点を折点と絞り部コンクリート圧縮応力で決まる降伏時曲げモーメ

Development of semi-rigid Connections for Cast-in-place Pile HeadPart 3 Rotational Characteristics of Pile HeadMIYATA Akira, MURATA Yoshiyuki
KATO Masatoshi, AOYAMA Takayuki
YOSHIKAWA Kiyomine and FUNAKI Hidetaka―353―

ST

ントM y は図 7 に示す方法で求めた。すなわち，コンクリSCSTSCート材料試験の応力－ひずみ関係で 0.85σ B におけるひずみ-1098×10 -6 と同じひずみが圧縮側絞り部ひずみS C に生じる時の曲げモーメントをM yとした。

（a）鉛直断面図5
杭頭曲げﾓｰﾒﾝﾄM PT(kNm)の比較を 表 1，図 9 に示す。離間時曲げモーメント，降伏時曲げモーメント及び終局曲げモーメントは実験結果を低く評価しているが，軸力方向（引張･圧縮）や杭径によらず実験結果との対応関係は概ね良い。
４．おわりに

200
1000-80

ルは実験結果の曲げモーメントより低い評価値であるが，軸力や杭径によらず概ね評価できていることを確認した。
[参考文献]

σB0.85σ B

200 -1098 -2000-4000-6ひずみ(×10 )

図71000-2000-6

絞り部ひずみS T（×10 ）200151.6

1000-2000-10000-6

絞り部ひずみS C（×10 ）K 1 =1.35×10 6 kNm/radのモデル化，建築学会大会，構造Ⅰ，pp.639-640，2003.94) 秦他：杭頭半固定接合部の圧縮試験，第 41 回地盤工学研究発表会，2006.7，（投稿中）5) 岡田：最新コンクリート工学，オーム社，昭 61.3
6) 日本建築学会：鉄筋コンクリート造建物の耐震性能評価
指針（案）･同解説，2004.1

800
400
00.000№20.0050.010

杭頭回転角θPT(rad)K 1 =1.87×10 5 kNm/rad
杭頭曲げﾓｰﾒﾝﾄM PT(kNm)

杭頭曲げﾓｰﾒﾝﾄM PT(kNm)

3) 狩野他：半固定杭頭接合法の開発 その７ 杭頭接合部

400
20000.000№40.0050.010

杭頭回転角θPT(rad)図8

初期回転剛性の比較

降伏時回転角θy(rad)終局時曲げモーメントMu(kNm)

0№10.04

杭頭回転角θPT(rad)評価
122.62496.5548.86
129.67

実験224.11
613.0672.20
151.61800
0-800-0.02 0.00

№20.020.04杭頭回転角θPT(rad)評価
0.00360.00490.00340.0033

実験
0.00400.00640.00470.0027

評価
230.38638.7486.22
210.35200
0-200-0.02 0.00

№30.020.04

杭頭回転角θPT(rad)杭頭曲げﾓｰﾒﾝﾄM PT(kNm)

杭頭曲げﾓｰﾒﾝﾄM PT(kNm)

400

降伏時曲げモーメントMy(kNm)

杭頭曲げﾓｰﾒﾝﾄM PT(kNm)

初期回転剛性K1(×105kNm/rad)
評価
実験
―
―
1.35
1.00
―
―
1.87
1.50

杭頭曲げﾓｰﾒﾝﾄM PT(kNm)

杭頭回転ばねモデル評価結果と実験結果との比較

離間時曲げ試験 モーメントM (kNm)
1体№
評価
実験――
194.99134.902――
342.9666.30
40.02-100

圧縮降伏時曲げモーメントの算定方法（№4）

2006.9，(投稿中)

表1

離間時

№4（a）コンクリート材料試験 （b）絞り部の圧縮ひずみ

杭頭接合部の曲げせん断実験，建築学会大会，構造Ⅰ，-400-0.02 0.00

200

離間時の判定

40

その１
その２0

絞り部ひずみS T（×10 ）02) 横松他：場所打ち杭用杭頭半固定工法の開発-40-62応力(N/mm )転角関係を表す杭頭回転ばねモデルを提案した。本モデ開発概要，建築学会大会，構造Ⅰ，2006.9，(投稿中)

離間時

図6

場所打ち杭用杭頭半固定接合部の曲げモーメント―回1) 吉松他：場所打ち杭用杭頭半固定工法の開発№2

杭頭曲げﾓｰﾒﾝﾄM PT(kNm)

す。同図をみると，M PT －θ PT 関係の初期剛性と良い対応関係にある。杭頭回転ばねモデル評価結果と実験結果と（b）平面

絞り部ひずみ計測位置
杭頭曲げﾓｰﾒﾝﾄM PT(kNm)

初期回転剛性の評価結果と実験結果の比較を図 8 に示実験332.36762.81
110.76262.12－－●モデル実験
降伏時
（モデル）
● 降伏時
（実験）

4000-400-0.02 0.00

№40.020.04

杭頭回転角θPT(rad)

図 9 杭頭接合部の曲げモーメント―回転角関係の比較*1 鹿島建設（株）技術研究所*1 Kajima Technical Research Institute, Kajima Corporetion*2 高周波熱錬（株）*2 Neturen Co., Ltd.
*3 五洋建設（株）建築本部建築ｴﾝｼﾞﾆｱﾘﾝｸﾞ部*3 Engineering Div., Architectural Divisions Group, Penta-Ocean Construction Co.,Ltd.
*4 三井住友建設（株）建築本部設計ｾﾝﾀｰ構造ﾃﾞｻﾞｲﾝﾃﾞｨﾋﾞｼﾞｮﾝ *4 Architectural Design Center Structural Design Div., Sumitomo Mitsui Construction*5 飛島建設（株）構造設計部*5 Structural Engineering Dept., Tobishima Corporation*6（株）奥村組 技術研究所*6 Technical Research Institute, Okumura Corporation―354―