20288

日本建築学会大会学術講演梗概集（北陸） 2010年 9 月

高軸力下における杭頭半剛接合法の構造性能に関する研究(その１ 実験概要)
杭頭接合部
ＰＨＣ杭半剛接合
パイルキャップ○ 青島一樹 *正会員

堀井良浩 *
小林治男 * *安達俊夫 * * *

同同同

杭基礎
耐震設計

１．はじめにࡄࠗ࡞ࠠࡖ࠶ࡊࡄࠗ࡞ࠠࡖ࠶ࡊ

筆者らは，既製コンクリート杭の杭頭半剛接合法である改良型簡易接合法を考案し，杭頭部の構造性能を実験的に明らかにし，その設計手法を提案している 1）。しかしながら，既製コンクリート杭の分野では，従来の２倍以上の支持力を有する工法（以後，高支持力杭と称す）が多数開発され，普及が進んでいる 2）。今回，高支持力杭に改良型簡易接合法を採用した際の構造性能を把握するために，最大で 60N/mm 2 の軸応力下における静的構造実験を実施した。
その１では，構造実験の概要について述べる。

ၮ␆ࠦࡦࠢ࡝࡯࠻ၮ␆㈩╭߼ࠅㄟߺᶋ߈਄߇ࠅ㨪mm
mm࿾⋚࿾⋚࠹࡯ࡄ࡯⁁ߩⓨ㓗㧔ⷺᐲ㧩㧕ᝥߡ㩄㩧㩂㩢㨺㩎ᦛߍࡕ࡯ࡔࡦ࠻ᣢ⵾ࠦࡦࠢ࡝࡯࠻᧮

㧔C㧕ធวㇱߩ᭎ⷐ図1㧔D㧕᧮㗡ߩ࿁ォ⁁ᴫ

改良型簡易接合法の概要

２．改良型簡易接合法の回転機構
パイルキャップ試験体の諸元
ｺﾝｸﾘｰﾄ強度 ﾔﾝｸﾞ係数 ﾎﾟｱｿﾝ比 数量

W×B×ｈ(mm)σB(N/mm )E(N/mm )22ν体

F1‑1〜3 600×600×300

150

0.50

38.5

31,4670.23

3

F2‑1〜3 750×750×350

225

0.75

37.0

30,1670.23

3

F3‑1〜4 900×900×450

300

1.00

37.3

30,1000.22

4H（mm）

W：幅，B：奥行き，ｈ：高さ，H：へりあき寸法，D：杭径᧮㗡ធวㇱ㧔ᐩㇱǾ㗂ㇱǾ㧕᧼ෘOOߩ㍑⵾ဳᨒ

㩔㩩㨼㩣㩁㨶㨹㩖㩩᧮㗡ធวㇱ᧼ෘOOߩ㍑⵾ဳᨒ

߭ߕߺࠥ࡯ࠫ㩔㩩㨼㩣㩁㨶㨹㩖㩩ၮ␆╭5&&"ⵍࠅෘߐOO⽶Ꮺ╭5&&"ⵍࠅෘߐOO

試験体は，パイルキャップと杭から構成されている。表1 にパイルキャップ試験体の諸元を示す。図 2 にパイルキャップ試験体の形状と配筋の一例を示す。パイルキャップ試験体は，へりあき寸法を変えて３種類（F1 〜 F3），合計 10 体作製した。へりあき寸法は，F1<F2<F3 の関係にあり，F2（H / D ＝ 0.75, H :へりあき寸法，D ：杭径）が一般的なパイルキャップ寸法を想定した試験体である。パイルキャップ試験体の中央部には，テーパー状の凹部（テーパー角度:1/10rad，杭頭部の直径：303mm，深さ:50mm）を厚さ 1 . 2 m m の鋼製の捨て型枠を用いて設けている。実験時に，この凹部に試験杭を鉛直に設置することで，改良型簡易接合法による杭頭接合部を構築した。パイルキャップの配筋は，基礎筋と帯筋とも D13 ＠ 150mm とし，全ての試験体で共通とした。
表 2 に杭試験体の諸元を示す。図 3 に杭試験体の概要を示す。杭試験体は，種別を変えて４種類（P1 〜 P4），合計８本作製した。いずれの試験体も杭径 300mm，肉厚 60mm，杭長 1750mm であり，杭頭から 1500mm の位置に加力用のPC 鋼棒を設置した。杭頭部に中詰めコンクリートは打設していない。P 1 は，パイルキャップの損傷限界と終局限界を把握するために作製した加力用の SC 杭であり，最大荷重に至っても杭が降伏しない仕様（S N 4 9 0 材，鋼管厚名称

３．試験体と実験ケース

表1

ﾊﾟｲﾙｷｬｯﾌﾟ寸法 へりあき H/Dᱜടജᣇะ߳ࠅ޽߈

図 1(a)に改良型簡易接合法の概要を示す。補強鉄筋を用いずに，杭頭をパイルキャップへ 100mm 程度根入れし，根入れした杭頭の外周部と基礎コンクリートおよび捨てコンクリートとの境界面にテーパー状の空隙を設けたものである。図 1(b)に改良型簡易接合法の杭頭部が回転した状態を模式的に示す。引張側の杭端部が浮き上がりを生じると共に，押し込み側の杭端部はパイルキャップにめり込みが生じるものと考えられる。

߭ߕߺࠥ࡯ࠫࠬ࠲ࡉࠬ࠲ࡉ

図2㧔┙㕙㧕㧔ᐔ㕙㧕

パイルキャップ試験体の形状と配筋（F 3 試験体）
表2名称

杭試験体の諸元

杭径 肉厚 補強 ﾌﾟﾚｽﾄﾚｽ ｺﾝｸﾘｰﾄ強度 ﾔﾝｸﾞ係数 ﾎﾟｱｿﾝ比 数量mm mm ﾊﾞﾝﾄﾞ σ (N/mm2) σ (N/mm2) E(N/mm2)
ν
本種別eP1ࠪ࡯ࠬ▤Ǿ

B118.937,4340.21

P2‑1〜4 PHC‑C‑Fc8530060有り

1092.142,1800.21

4

P3‑1〜2 PHC‑C‑Fc10530060有り

10118.444,4920.22230060無し

10116.744,1560.23

1P4SC‑ｔ22‑Fc120 300

PHC‑C‑Fc105

60‑01┵᧼㨠OO5/⵬ᒝࡃࡦ࠼㨠OO55㧔2ߪ⵬ᒝࡃࡦ࠼ߥߒ㧕᳓ᐔടജ↪2%㍑᫔Ǿ#

ࠣ࡜࠙࠻᧚
2%㍑᫔Ǿᧄ᧮㗡ㇱ

図3ǾǾ஥㕙#ᢿ㕙

杭試験体の概要（P 2 〜4 試験体）

Study on Structural Performance of Semi-Rigid Pile Head Joint under High Axial Load

AOSHIMA Kazuki, HORII Yoshihiro,(Part1. Outline of Tests)

KOBAYASHI Haruo and ADACHI Toshio―575―

４．加力方法と計測項目
図 4 に加力方法の概要を示す。実験は，パイルキャップ
試験体を反力フロアーに固定し，杭試験体をパイルキャップに鉛直に設置する。次いで，軸力導入用の油圧ジャッキによって所定の一定軸力を導入し，杭先端部分を２台のアクチュエータで水平に加力した。杭先端の境界条件はピンローラーである。加力サイクルは，杭頭の回転角によって制御し，１ステップ１サイクルの繰り返し加力を基本とした。各試験体のステップ荷重は，予備解析結果に基づき設定し，最大回転角で 50 × 10 ‑3 rad 以上の加力を目標とした。図 4 中に杭の曲げモーメント分布と加力サイクルの概表3シリーズ

実験N o.

杭12345612実験ケースの一覧

P1試験体
ﾊﾟｲﾙｷｬｯﾌﾟ
F1‑1F1‑2F1‑3F2‑1F2‑2F2‑37F3‑189F3‑2F3‑310P2‑1111213141516P2‑3P2‑4P3‑1P3‑2P4P2‑2F3‑4［参考文献］
１） 青島一樹，島田博志，小室 努：改良型簡易接合法を採用した既製コンク
リート杭杭頭部の力学性状 , 日本建築学会構造系論文集 第 6 0 7 号，pp.125‑132，2006.9２） 桑原文夫，他：特集：高支持力杭の現状と課題，基礎工 Vol.36, No.12，
pp.2‑92，総合土木研究所，2008.12ԛ

㋦⋥෻ജࡈ࡟࡯ࡓ
Ԛ㪄㪊ടജᣇะᱜ⽶Ԙ⵬ᒝࡃࡦ࠼ԙ㧦߭ߕߺࠥ࡯ࠫ㧔❑ᮮ㧕㧦߭ߕߺࠥ࡯ࠫ㧔ᮮ㧕Ǿ㪍㪇㪋㪇
㪉㪇㪇㪄㪉㪇㪄㪋㪇
㪄㪍㪇㩇㩍㨹㩖㩩‫ޣ‬ടജࠨࠗࠢ࡞‫ޤ‬ࡠ࡯࡜࡯
ࡕ࡯ࡔࡦ࠻

ࡇࡦ᧮ࡇࡦ

Ǭ
᳓ᐔടജ↪ࠕࠢ࠴ࡘࠛ࡯࠲

ǰ


ゲജዉ౉↪
ᴤ࿶ࠫࡖ࠶ࠠ

N

ᄌ૏⸘

P

Ǭ

߭ߕߺࠥ࡯ࠫ

ࡄࠗ࡞ࠠࡖ࠶ࡊ
ǰ㧩㧔Ǭ Ǭ㧕‫ޓ‬TCF

᧮㗡ធวㇱ





᧮

‫ޣ‬࿁ォⷺߩ᷹ቯᣇᴺߣࠥ࡯ࠫ૏⟎‫ޤ‬



軸力
軸応力
N（kN）
σn(N/mm2)
900
20
1800
40
2700
60
900
20
1800
40
2700
60
225
5450
10680
15
900
20
1800
40
2700
60
225
5340
8450
10680
15
900
20
1350
30
1350
30
1800
40
1800
40180040要を示す。主な荷重および変位量の計測項目は，杭頭接合部の回転角と鉛直・水平変位，アクチュエータの荷重と加力点の水平変位，軸力導入用ジャッキの荷重である。杭頭接合部の回転角は，図 4 中に示すように水平加力軸方向の杭対面２点について鉛直変位（杭の押し込み・引き抜き量）を測定し，この差を測定スパンで除して求めた。主なひずみ量の測定項目は，パイルキャップの基礎筋と帯筋のひずみ（図 2 参照）と杭頭の補強バンドのひずみ（図 4 参照）である。また，加力ステップ毎に試験体のひび割れ発生状況の観察とひび割れ幅の測定を行った。

࿁ォⷺ䋨㬍㪈㪇 㫉㪸㪻䋩22mm）とした。P2 〜 P4 は，杭頭部の損傷限界と終局限界を把握するための試験杭である。P2 は，設計基準強度 85N/mm 2 の PHC 杭 ‑C 種であり，杭頭には端板と補強バンドが存在する。端板の仕様は，材質が SM400，厚さが 16mm である。補強バンドは，材質が SS400，厚さ 2.3mm，幅 150mmの縞鋼板である。P3 は設計基準強度 105N/mm 2 の PHC 杭 ‑C 種であり，端板および補強バンドの仕様は，P2 と同様である。P 4 は，補強バンドの効果を把握するための試験杭であり，補強バンドを設けていない。その他の仕様は P 3と同様である。表 2 には各試験体種別毎に実験当日におけるコンクリートの材料特性の平均値を示した。
表 3 に実験ケースの一覧を示す。実験はパイルキャップに着目したシリーズ１と杭頭部に着目したシリーズ２を実施した。シリーズ 1 では，加力用の P1 杭を用い，パイルキャップの仕様（F1 〜 F3）と軸応力（5 〜 60N/mm 2 ）をパラメータとして，９ケースの実験を行った。なお，実験No.7 では同一のパイルキャップを用い，軸応力を変えて複数回の加力を行った。シリーズ２では，F3 パイルキャップを用い，杭の仕様（P2 〜 P4）と軸応力（5 〜 40N/mm 2 ）をパラメータとして，７ケースの実験を行った。実験No.10 では，同一の杭を用い，軸応力を変えて複数回の加力を行った。

ࡄࠗ࡞ࠠࡖ࠶ࡊ᧮ǰMφࡄࠗ࡞ࠠࡖ࠶ࡊ‫ߍᦛޣ‬㩝㨺㩜㩧㩎ಽᏓ‫ޤ‬᳓ᐔ෻ജ᧚ࠬ࠲ࡉ෻ജࡈࡠࠕ࡯

図4
***
***

大成建設㈱ 技術センター
大成建設㈱ 設計本部
日本大学理工学部 教授・工博

加力方法の概要******―576―

Technology Center,Taisei Corporation
Design Division,Taisei Corporation
Prof.College of Science & Technology,Nihon Univ,Dr.Eng