20210

日本建築学会大会学術講演梗概集（北海道） 2022 年 9 月

軸力を受ける節を有する杭の非線形 FEM 解析
正会員
同同
既製コンクリート杭
軸力杭体
解析

○高橋杉本
藤本

豪*
訓祥**
効

節杭
終局性状

1. はじめに
近年、様々な要因から杭体に高い支持能力が求められることから、高軸力下における杭体の挙動把握が重要となっている。
節を有する杭（以下、節杭）では、節付け根部の圧縮応力集中が既往の研究で報告されている。しかしながら、杭体の設計ではそれは特に考慮されていない。
本研究は、節杭の力学的性状の把握を目的とし、軸応力下における節付近の応力状態に関する知見を得ること(b)軸部断面を目的とし、解析的手法により検討したものである。
2. 解析手法
解析は、軸径および厚さを固定し、節部の大きさをパラメータとし非線形で行った。解析対象とした杭（以下、試験体）の寸法形状等を表-1、図-1 に示す。
（a）モデル全体表-1No.

寸法形状

図-2軸径:D

厚さ:t

節部径:Ｄ2 節高さ:h

節幅:S 節斜部幅:w1 節頂部幅:w2 コンクリート強度:Fc

(mm)

(mm)

（mm)

(mm)

(mm)

(mm)

(mm(N/mm2)

38432963232416481444848

1-2448641926767

1-3480802408080

1-032051.2

解析モデル図3. 解析結果

0（節無し）

1-1(c)節部断面軸応力-変位関係を図-3 に示す。各試験体の挙動に顕著85な差はなかった。初期剛性に関しては、節部の大きな試験体（No.1-2、No.1-3）が、他の試験体と比べ、若干高くなった。

※本解析は実験予定の試験体と同じく、φ500 の杭を 16/25 に縮尺した寸法としている。

0（節無し）
1-0
1-1
1-21-3計算値

10090

軸応力（N/mm2）

8070605040302010000.5

図-311.5変位（ｍｍ）

22.53

軸応力-変位関係

節部周辺のひび割れ状況を図-4 に、節頂部における軸図-1

応力-主ひずみ関係を図-5 に示す。節頂部において、最小寸法形状

解析モデル図を図-2 に示す。解析は、モデル下部を支主ひずみ（圧縮ひずみ）は、各試験体とも、軸応力度持し、モデル頂部に強制変位を加え破壊に至るまで行っ

40N/mm2 程度時に、約 80～100μとなった。これは、軸部た。

ひずみ度（約 1000μ）の 1/10 程度であることから、節頂

Nonlinear FEM Analysis of Nodular Piles which Receives theAxis Power.

*TAKAHASHI Go**SUGIMOTO Kuniyoshi***FUJIMOTO Isao

― 419 ―

部の軸力負担が小さいことを示している。

4. まとめ

軸応力と最大主ひずみ（引張ひずみ）の関係において今回の検討により、以下の知見を得ることが出来た。

軸応力 30N/mm2 あたりから剛性低下する傾向が見られ、図１）杭体全体での軸応力に対する変形性状の挙動に顕著-4 に示したひび割れ状況（縦ひび割れ）と整合している。

な違いはなかった。ただし、初期剛性については、節付け根部における各軸応力レベル時の最小主ひずみを表-2 に、軸応力-主ひずみ関係を図-6 に示す。節付け根

節の大きさに相関して若干高くなった。
２）節頂部の最小主ひずみは、軸部に対して 1/10 程度の部の最小主ひずみは、節無し杭と比べ大きく、その値はひずみ度となり、軸力の負担は小さい。

節の大きさと相関している。最大主ひずみは、節無し杭

３）節頂部では、周方向に引張ひずみが大きく生じ、軸と比べ、若干大きい値となった。これは、節部の周方向応力 30N/mm2 程度でひび割れが発生している結果と変形とひび割れ発生が影響しているものと考えられる。

なった。これは、節部がポアソン効果による軸部変形を拘束するためと考えられる。

表-2４）節付け根部では、節無し杭と比べ圧縮ひずみが大き

軸力比毎の最小主ひずみ一覧（節付け根部）
0.2

軸力比

0.30.4くなり、その傾向は節部の大きさに相関している。

0.5

試験体値

比率値

比率値

比率値

比率５）30N/mm2 程度で発生した節頂部のひび割れは、その後0（節無し）-415

1.00-623

1.00-834

1.00-1050

1.00

節部全体に進展し、軸応力 50N/mm2 近くで節付け根部

1-0-477

1.15-725

1.16-981

1.18-1243

1.18に達していることから、その時点で節による拘束効

1-1-558

1.35-856

1.37-1167

1.40-1490

1.42

果は失われているものと推測できる。

1-2-6031.45-927

1.49-1268

1.52-1641

1.56

1-3-651

1.57-1000

1.60-1240

1.49-1742

1.66

参考文献
1) 日本建築学会：鉄筋コンクリート構造計算規準・同解説,20182) 本間裕介、小椋仁志:拡頭節杭の軸力伝達機構の検討,日本建築学会大会学術講演梗概集，2003
3) 本間裕介、冨永晃司、徐挺:ソイルセメント埋込み杭工法で施工された節杭の水平載荷試験,地盤工学研究発表会,
2004,pp-1511-1512
4) 高橋豪、久世直哉:高強度コンクリート杭における終局性状に関する試験方法の検討,
日本建築学会大会学術講演梗集,2017,pp-517-518
5) 高橋豪、久世直哉:節を有する既製コンクリート杭の力学的性状,

2(a)軸応力度 30N/mm 付近
図-42(b)軸応力度 50N/mm 付近

日本建築学会大会学術講演梗概集，2018,pp.613-614

節部近傍のひび割れ状況（試験体 No.1-1）

6) 高橋豪、久世直哉:軸力を受ける節を有する杭の力学的性状,
日本建築学会大会学術講演梗概集，2019,pp.229-230

軸応力（N/mm2）

軸応力（N/mm2）

60

1-0
1-140

1-2

60

1-040

1-1100

100

80

80

600（節無し）
1-040

1-1-80-400

最小主ひずみ（μ）(a)最小主ひずみ
図-540

0500

1000

1500

2000

0-6000

最大主ひずみ（μ）(b)最大主ひずみ

1-1
1-2
1-30

-4000-2000
最小主ひずみ（μ）(a)最小主ひずみ

軸応力-主ひずみ関係（節頂部）*ベターリビングつくば建築試験研究センター
兼：横浜国立大学 博士課程後期**横浜国立大学大学院，准教授，博士（工学）***ベターリビングつくば建築試験研究センター

1-040

1-3

1-3-1200（節無し）

20200060

1-21-2201-320

軸応力（N/mm2）8080

σ-ε（節付け根）

σ-ε（節付け根）

σ-ε（節頂部）
100

軸応力（N/mm2）

σ-ε（節頂部）
100

図-6001000

2000

3000

最大主ひずみ（μ）(b)最大主ひずみ

軸応力-主ひずみ関係（節付け根部）*Center for Better Living Tsukuba Building Research and Test Laboratory, andDoctoral Student., Yokohama National University**Assoc. Prof., Yokohama National University***Center for Better Living Tsukuba Building Research and Test Laboratory― 420 ―