20340

日本建築学会大会学術講演梗概集（九州） 2016 年 8 月

地盤変位を作用させた杭頭半固定杭の挙動に関する検討
正会員
同
同
杭頭接合部
地盤変位

半固定
地盤反力係数○郡司田村
中沢康浩*1
玲*3
楓太*5

同
同会員外

宮田小田
奥平章*2
稔*4
紀章*6

場所打ちコンクリート杭解析
杭頭半固定杭の検討に用いた杭頭回転ばねの曲げモー

1. はじめに地震時における杭の設計では，建物から作用する慣性メント(M)-回転角(θ)関係を図 4 に示す。M-θ関係は，図力に加えて，地盤変位による影響を考慮する設計が必要

3 中に示す軸力の影響を考慮して設定したものであり，文な場合もある 1)。作用軸力に応じた杭頭回転特性を有する献 4)に示される特性を用いている。

杭頭半固定工法は，地盤変位を考慮する場合に杭頭固定工法と比較して設計上留意すべき点が増えると予測され

3. 検討結果
検討モデルに図 2 の相対変位分布を作用させた際の曲る。そこで本論では，地盤変位を考慮した杭頭半固定杭げモーメント深度分布を図 5 に，せん断力深度分布を図 6の設計を行う場合の基礎検討として，地盤変位のみを作に示す。なお，比較のため当該杭 1 本に地盤変位を作用用させた杭頭半固定杭の挙動解析結果について報告する。 させた場合の結果（以降，単杭モデル）も併せて示す。
曲げモーメントの深度分布を見ると，杭頭固定と比較し2. 検討条件
検討地盤の概要を図 1 および表 1 に示す。検討地盤は， て杭頭半固定の場合，全体的に地盤ばねの違いによる杭相対変位分布(mm)N値
Vs値(m/s)
杭頭接合条件の影響が明確となるように，図 1 に示すよー0を参考に表 1 に示す値に設定した。表中には，後述する地盤ばね算定用の変形係数を併記した。なお，本論では液状化を考慮していない。

布は，修正 R-O モデルを用いた逐次非線形解析を行い算深度(GL‐m)検討に用いた工学的基盤に対する各層の最大相対変位分布（以降，相対変位分布）を図 2 に示す。相対変位分

101015152030を作成した。
検討モデルの概要を図 3 に示す。検討モデルは図 3 に示すように 1 構面を取り出し，各杭を剛性の高い基礎梁で連結した。図 3 中に示す軸力は，建物の解析結果から得られた終局時検討用軸力である。杭体は弾性梁要素でモデル化し，地盤ばねを介して相対変位分布（図 2）を作

150

202535354040

図 1 地盤条件

神戸NS位相

図 2 相対変位分布

表 1 地盤定数
2下端深度(GL-m)

主たる
土質N値

1020303434m以深

粘性土
砂質土
砂質土
砂質土
砂礫

288860E0(kN/m )【基礎指針】
1,4005,6005,600
5,600
42,0002ES(kN/m )【Francis式】
54,218182,744
223,670
246,723
968,915Vs(m/s) γ(kN/m3)

ν105.6
183.4
202.9
213.1
422.3

0.49
0.48
0.48
0.48
0.48

16.0
17.0
17.0
17.0
19.0

・相対変位分布の作用方向
・建物の解析方向
‐5,752(kN) 7,262(kN) 7,369(kN) 7,335(kN) 17,148(kN)
剛な梁

杭頭回転ばねP1P2P3P4P5△△△△△

圧縮軸力の大きい側杭 P5 の挙動に着目して検討を行った。
検討ケースの概要を表 2 に示す。本論では，地盤ばねとして基礎指針による地盤ばね 1)，Francis の式による地盤ばね 2)の 2 種類を用い，解析は全て線形で検討した。

10030用させた。相対変位分布の作用方向は，建物の解析方向と同方向とした。本論では，引張軸力の大きい側杭 P1，50▼工学的基盤て（桁行方向 6m×4 スパン，梁間方向 12m×1 スパン）の整形な RC 造であり，桁行方向のみ設計して検討モデル

06005

震波は「極めて稀に発生する地震動」（位相特性：八戸位分布を用いて検討を行った。想定した建物は，15 階建

400525ルでの相対変位が最大となった神戸 NS 位相による相対変2000定した。各層の動的変形特性は文献 3)に従って設定し，地NS，神戸 NS，乱数）を用いた。解析結果から，地表レベ

10 20 30 40 50 00

深度(GL‐m)

うな単純な三層地盤とした。各層の地盤定数は文献 1,2,3）【杭体仕様（全杭共通）】
地盤変位 杭体モデル：弾性
杭径(m)：1.8
杭長(m)：34
地盤ばね
EpIp(kNm2)：13,371,752

杭（弾性梁要素）

図 3 検討モデルの概要

Analytical considerations about behaviors of semi-rigid pile head connections by ground deformation
GUNJI Yasuhiro, MIYATA Akira, TAMURA Rei, ODA Minoru, NAKAZAWA Futa, OKUHIRA Noriaki― 679 ―

表 2 検討ケース

基礎指針

固定

Francisの式

20000
圧縮軸力側

15000

055510101015151520202525

10000

202530

10000

3035
引張軸力側

5000

40

00.01

M(kNm)
05000 10000

0.020.03

P1

P5case1（半固定）
case3（固定）
単杭（半固定）case1（半固定）
case3（固定）
単杭（半固定）30P5P13535case2（半固定）
case4（固定）
単杭（半固定）40case2（半固定）
case4（固定）
単杭（半固定）40(b) Francis の式(a) 基礎指針
図 5 曲げモーメント分布

P1P50M(kNm)
05000 10000 ‐5000
0‐50000Francisの式

4杭頭接合部M(kNm)

M(kNm)
5000

10000 0基礎指針

半固定

23M(kNm)
50000

地盤ばねの種類

深度(GL‐m)

1杭頭条件

深度(GL‐m)case‐20000.04

杭頭回転角(rad)

図 4 杭頭 M-θ関係

0Q(kN)
200400 ‐20000Q(kN)
200400Q(kN)
0‐20000

2000 ‐20000

55頭曲げーメントの差異が小さい傾向であった。

1001010

引張軸力側の P1 では，地盤ばねの違いに

155151520020202552525

よらず杭頭固定の場合に対して杭頭半固定の場合で，杭頭曲げモーメントが 70～80%程度小さくなっていた。一方，圧縮軸力側の P5では，地盤ばねによって傾向が異なっており，地盤ばねを基礎指針とした場合の杭頭曲げモ

30深度(GL‐m)

5深度(GL‐m)

5300P13540ーメントは，杭頭固定よりも杭頭半固定の方

50case1（半固定）
case3（固定）
単杭（半固定）

3540

2000

30P1

P5case1（半固定）
case3（固定）
単杭（半固定）Q(kN)
0P5case2（半固定）
case4（固定）
単杭（半固定）3540case2（半固定）
case4（固定）
単杭（半固定）(b) Francis の式(a) 基礎指針
図 6 せん断力分布が 10%程度大きくなっていた。
せん断力の深度分布を見ると，特に地盤ばねを基礎指軸力側では反対に小さい結果となっていた。この違いは，針とした場合の杭頭付近のせん断力は，杭頭半固定の場

単杭モデルの場合，前述した荷重の移行による影響を考合に，圧縮軸力側の P5 で杭頭固定の場合よりも大きくな慮できないため生じたと考えられる。っていた。これは，剛な基礎梁で連結した検討モデルが杭頭同一変位を強制していることと，各杭の杭頭回転ば

4. まとめ
単純な地盤条件下ではあるが，杭頭半固定杭に地盤変ね（剛性）が異なることに起因して，圧縮側へ荷重の移位のみを作用させた解析を行い，以下の知見が得られた。

行が生じたことを示唆している。

・杭頭回転剛性の違いによって荷重の移行が生じる場合

これらより，荷重が引張軸力側では杭頭回転剛性が小があり，それらを考慮した検討を行う必要がある。

さいことに加えて圧縮側への移行で減少し，圧縮軸力側・単杭モデルの検討では，荷重移行の影響を直接的に考では杭頭回転剛性が引張軸力側よりも大きいことに加え慮できないので，特に配慮が必要である。て引張側からの移行で増加するため，前述した杭頭モー

なお，今後は慣性力と重ね合わせた際の影響等に関しメントの大小関係が生じたと考えられる。但し，地盤ばての検証も必要と考えている。また，本検討はキャプテ

ねが Francis の式の場合には，圧縮軸力側で前述した杭頭ンパイル協会の活動の一環として行ったものである。

曲げモーメントの大小関係が生じていないことから，地【参考文献】
1)日本建築学会：建築基礎構造設計指針，2001.10
2)日本建築学会：建物と地盤の動的相互作用を考慮した応答解析と耐震設計，2006.2
3)建築行政情報センター：2015 年版建築物の構造関係技術基準解説書，2015.64)吉松他：場所打ち杭用半固定工法の開発 その 1～9，日本建築学会学術講演梗概集，B-1，pp349-365，2006.9

盤ばねの大きさによる影響が大きいと言える。
杭頭半固定杭について，単杭モデルの結果と比較すると，地盤ばねの違いによらず引張軸力側では連結モデルよりも単杭モデルの杭頭曲げモーメントが大きく，圧縮*1 西松建設*2 鹿島建設*3 長谷工コーポレーション*4 三井住友建設*5 東急建設*6 東亜建設工業*1 NISHIMATSU Construction Co., Ltd.
*2 KAJIMA Corporation*3 HASEKO Corporation*4 SUMITOMO MITSUI Construction Co., Ltd*5 TOKYU Construction Co., Ltd.
*6 TOA Corporation― 680 ―