PCa 柱の埋込み部に関する実験的研究その２ＰＣａ柱の埋込み部に関する実験的研究その２
An Experimental Study on Embedded Part in Precast Concrete Columns Part 2
平田裕一

YUICHIHIRATA江頭寛

HIROSHIEGASHIRA

彰

AKIRA

ITO

建築技術部

伊藤建築技術部

西成田

由

構造設計ディビジョン徳武茂隆

SHIGETAKA

構造設計ディビジョン牧田

瑞記

MIZUKIYU

NISHINARITA
TOKUTAKE

MAKITA

本研究で対象とする工法は，PCa 柱を基礎梁内部に埋込む形式となっている。埋込み部は，柱より大きな断面積を有しており，付着力を高めるため，両面リブ付き鋼管とスパイラル筋を用いている。スパイラル筋は，リブ付き鋼管の外側に配筋されている。リブ付き鋼管とスパイラル筋の耐荷挙動に及ぼす影響を検討するため，押抜き実験，引張実験および曲げせん断実験を行った。押抜き実験より，スパイラル筋の増大により最大耐力が大きくなることが確認された。引張実験の最大耐力は，RC 規準の短期付着力とほぼ同等であった。曲げせん断実験の最大耐力は，基礎梁計算耐力とほぼ一致し，埋込み外周部は終局まで大きな損傷を受けなかった。
キーワード：PCa 柱，埋込み部，押抜き実験，引張実験，曲げせん断実験

The construction method proposed in this paper is about precast concrete columns embedded to thefooting beam. The embedded part of the column has a larger cross-sectional area than the column itself,
and the steel pipe with ribs and the spiral reinforcing bars are used to have higher bond capacity. The
spiral reinforcing bars are arranged outside the steel pipe with ribs. In order to study influence of the steel
pipe with ribs and the spiral reinforcing bars on the strength of the embedded part, push out tests, tension
test and bending shear test were carried out. The push out tests shows that the spiral reinforcing bars
make the maximal strength larger. The tension test shows that the maximal strength is the same as theallowable bond capacity for temporary loading of the RC standard. The bending shear test shows that themaximal strength is the same as the calculated strength of the footing beam and that the embedded part
did not show any significant damage until the ultimate state.
Key Words: Precast Concrete Column, Embedded Part, Push Out Test, Tension Test, Bending Shear Test

１．はじめに断面積の部位が必要になる。本工法では，両面リブ付き鋼管により PCa 柱を拡径することで，この部分を構成し筆者らは，構造体の PCa 化の方法として，両面リブ付ている点に特徴がある。また，両面リブ付き鋼管の付着き鋼管を用いた PCa 柱の埋込み部に関する工法の開発を力を確保するために鋼管の外側にスパイラル筋を配置し進めている 1) 。構造躯体の標準的な PCa 化工法は，基礎ている。

梁までを在来工法で施工し，基礎梁天端より上位に架構

前報 2) で示した実験は，両面リブ付き鋼管の付着性能される上部構造を PCa 化することが多い。本研究で対象を確認するため行ったリブ面の要素付着実験と PCa 柱のとする PCa 化工法は， PCa 柱の下端を従来の基礎梁天端埋込み部の鉛直耐力を確認するために行った圧縮載荷実から耐圧版直上まで延長するものである。基礎梁のコン験である。両面リブ付き鋼管により圧縮耐力が著しく増クリート強度が PCa 柱より小さい場合，柱軸力を伝達す大することを確認している。

るため，基礎梁上部に柱と同強度の柱断面積より大きい

本報の実験は，前報に続いて本工法の埋込み部の付着1103三井住友建設技術開発センター報告

第 12 号および引張特性と曲げせん断伝達特性を確認するために行うものである。押抜きおよび引張実験とともに両面リブ付き鋼管を持つ PCa 柱を基礎梁に埋込み，スパイラル

上段筋で補強した T 形試験体による曲げせん断実験を実施し中段ている。

下段
外周部底面

２．本工法の概要
図-1に，本 PCa 工法の概要を在来工法と比較して示す。本工法は， PCa 柱を両面リブ付き鋼管により拡径(1) 押抜き試験体し，それを耐圧版直上まで延長するものである。 PCa 柱の建て方を耐圧版の打設後から行うため工期短縮が可能である。一般に基礎梁のコンクリート強度が，軸力伝達に必要な値より，架構として求められる値が小さい場
合，基礎梁の強度の打ち分けを行えば，施工コストを低減することができる。在来工法の場合，打ち分けには，上段

基礎梁の全せいに対する打継ぎ面が必要となる。このよ

中段

うな打継ぎ面は，施工上の理由から最小限に止めたいと下段考えられている。本工法では，埋込み部を耐圧版天端に設置するため，強度の打ち分けによる打継ぎ面が耐圧版の内部に限定される。これは施工性を向上し，コストの低減に寄与する。

(2) 引張試験体（在来工法）

図-2

試験体図（押抜き，引張）る。外周部コンクリートには， D16 の杭筋を12本配置し，スパイラル筋で補強している。押抜き試験の実験パ（本工法）

ラメータは，スパイラル筋の補強量である。加力方法
図-1

本工法の概要は，図 -2(1) に斜線で示した外周部底面を支持し，埋込み部上面を加力する押抜きせん断形式の単調載荷試験で３．押抜きおよび引張実験概要ある。計測項目は，埋込み部の抜出し量とスパイラル筋のひずみ量である。

本実験は，押抜き実験と引張実験の 2 種類の加力形式

図 -2(2) に示すように，引張実験の試験体は，フーチで行うものである。図-2に試験体を示す。また試験体一ングを模擬した外周部に PCa 柱を埋込んだものである。
外周部の大きさは， 650 ×650mmである。 PCa 柱の断覧を表-1に，補強筋の材料試験結果を表-2に示す。
図 -2(1) に示すように，押抜き実験の試験体は，直径面は， 275 ×275mmである。両面リブ付き鋼管の大きさ750mmの円形状の外周部のコンクリート内に，両面リブおよびスパイラル筋の配筋量は，押抜き試験体 P1 のも付き鋼管で補強された埋込み部を設置している。両面リのと共通である。 PCa 柱の主筋を加力用上梁に定着し，ブ付き鋼管は，直径400mmである。リブサイズは，高さ

杭主筋は加力用下梁に定着している。引張力は，加力用2.5mm ，角度17°である。試験体の縮尺は，約 1/4 であ上梁と下梁を介して与えている。

1042

PCa 柱の埋込み部に関する実験的研究その２計測項目は，加力用梁の変位，鋼管の抜出し量および表-1

鉄筋，鋼管のひずみである。鋼管の抜出し量は，鋼管に試験体名 コンクリート部位

外周部コンクリートと縁を切ったボルトを設置し，そのP1動きを計測している。ひずみは，柱主筋，鋼管，杭主P2筋，外周部縦筋に対して 3 深度で測定した。加力ルール

Tは，コンクリートの短期許容圧縮応力度から定まる軸力を設定し、その値の 1/2 とその値をそれぞれ 2 回与えた

表-2

試験体一覧（押抜き，引張）
割裂強度
ヤング率
圧縮強度密度スパイラル筋2422σB[N/mm ] ρ[t/m3] EC[×10 N/mm ] σct[N/mm ]U6.4＠50
57.4
2.24
2.95
SBPD1275/1420
28.5
2.23
2.22
2.54
U12.6＠50
54.7
2.25
2.90
SBPD1275/1420
27.8
2.23
2.28
2.50
36.2
2.34
2.96
2.66
U6.4＠50
33.4
2.31
2.75
2.70
SBPD1275/1420
30.2
2.25
2.59
2.57

埋込み部
外周部
埋込み部
外周部
埋込み部
耐圧版
外周部

補強筋材料試験結果一覧（押抜き，引張，曲げせん断）

降伏強度 降伏ひずみ
σy[N/mm2] εy[×10-6]
D10(SD295)
369
1993
D16(SD490)
524
3005
D16(熱処理)1081
5791
U10.7(ウルボン)
1364
6456
U6.4(スパイラル)
1397
7233
U12.6(スパイラル)
1288
7025
鉄筋後，終局まで引張載荷した。

４．押抜きおよび引張実験結果

5000

験体 P1 の初ひび割れは 1374kN である。ひび割れは鉛

4000
荷重(kN)

図-3に押抜き実験の荷重変形曲線を示す。図より，試直外周部の側面に鉛直方向に生じた。その後荷重変形曲線の曲率が著しく増大し，最大耐力 3047kN に至った。

引張強度σｔ[t/m3]
5017101161
146814421423

ヤング率
Es[×105N/mm2]
1.865
1.889
1.866
2.112
1.931
1.834

▼4325kN

P2

伸び率[%]
25.1
19.3
6.1
7.5
7.1
5.6

▼3473kN▼3047kN

3000

P1▼2418kN▼
2255kN初ひび割れ

2000▼1374kN初ひび割れ

なお，荷重変形曲線の曲率が増大する箇所の荷重値は10002418kN である。試験体 P2 の初ひび割れは 2255kN で00ある。その後徐々に剛性低下し，最大耐力は 3047kN に4812抜出し量(mm)なった。試験体 P2 の荷重変形曲線の曲率が増大し始め

図 -3 荷重変形曲線（押抜き）

る点の荷重は 3473kN である。図-4にスパイラル筋の荷重ひずみ曲線を示す。試験体 P1,P2 ともに下段のスパイ5000

ラル筋のひずみが大きく，中段，上段に行くに連れひず4000
荷重(kN)

P2みが小さくなっている。また試験体 P1 では荷重変形曲線で曲率が増大した点でひずみが著しく増大している。
図-5に引張試験の荷重変形曲線を示す。図中には，加下段
中段
上段

3000

▼3473kN
P1▼2418kN

2000
中段

上段

1000

下段

力用梁の変位と抜出し量を重ねて示している。図より，0-1000

RC 規準の短期許容応力度から算定した軸力の 1/2 の荷01000

2000

3000

4000

スパイラル筋ひずみ(μ)

重を少し超過した時点で初ひび割れが確認された。また

図 -4 荷重ひずみ曲線（押抜き）

荷重変形曲線において，抜出し量の曲率が大きくなる点
3000の荷重は， 1603kN であり，最大耐力は 1873kN であっ
荷重N(kN)た。図-6にスパイラル筋の荷重ひずみ曲線の包絡線を示す。図より，上段のスパイラル筋のひずみが大きく，有効に拘束していると考えられる。

2000▼1873kN▼1603kN▼短期Ns： 1170kN

1000▼

図-7に引張実験の柱主筋，鋼管，杭筋，外周部縦筋の▼短期Ns/2： 585kN595kN 初ひび割れ

ひずみモード図を示す。柱のひずみモードに対して，杭00筋，外周部縦筋は，逆勾配になっている。柱主筋と鋼管

4抜出し量

加力用梁変位

81216変位δ(mm)から外周部コンクリートを介して杭筋，外周部縦筋に力

図 -5 荷重変形曲線（引張）が伝達していることが分かる。特に外周部縦筋は，最大3000耐力近傍でひずみが大きい。これは，終局状態で抜け出荷重N(kN)そうとする埋込み部を外周部縦筋が拘束するためと思われる。写真-1に実験終了後の試験体の切断面を示す。写真より，終局状態では，埋込み部底部が大きくすべって2000

上段
中段
下段

▼短期Ns： 1170kN

1000▼短期Ns/2： 585kNおり，外周部縦筋を横切るすべり面が確認できる。
0-500

表-2に実験結果一覧を示す。表中には，参考としてRC 規準の鉄筋の許容付着応力度から算定される付着力

0500

1000

1500

2000

スパイラル筋ひずみ(μ)

を示した。表より，試験体の抜出し時耐力は，長期付着

図 -6 荷重ひずみ曲線（引張）3105

三井住友建設技術開発センター報告

最 大 耐 力 × 0.85

短 期 軸300300200200200200100100位置(mm)300位置(mm)300位置(mm)

位置(mm)

短 期 軸 力 /2

第 12 号

100力を超過した。押抜き試験体 P1,P2 では抜出し時耐力は短期付着力より大きい。これに対して引張試験Ｔでは，抜出し時耐力は，短期許容付着力の 83% である。最大耐力は 97%とほぼ同等の値となった。

100

押抜き実験の場合の耐力が大きい原因は，スパイラル
0-200002000

0-100001000

鋼管ひずみ(μ)

柱主筋ひずみ(μ)

0-100001000

杭筋ひずみ(μ)

0-20000筋による外周部コンクリートの拘束力が両面リブ付き鋼

2000

外周部縦筋ひずみ(μ)

管の垂直抗力として作用し，その摩擦力が付着力に累加しているためと思われる。

図 -7 各部位のひずみモード（引張）５．曲げせん断実験概要a)PCa 柱の埋込み部における水平力の伝達特性を把握す鋼管るために，基礎梁に両面リブ付き鋼管を有する PCa 柱を外周部縦筋埋込んだ T 形試験体による曲げせん断実験を行った。
図-8に，試験体図を示す。試験体は， 375 ×625mmの杭筋

(1)

切断面全体

(2)断面を有する基礎梁に，直径400mmの両面リブ付き鋼管a) 部 の 拡 大を有する PCa 柱を埋込んでいる。 PCa 柱埋込み外周部の写真 -1 引張試験体切断面配筋は，引張試験体と同じである。試験体は 1 体であり，縮尺は約 1/4 である。なお，本実験では PCa 柱埋込

表 -3 実験結果一覧（押抜き，引張）
外径試験体(mm)P1
円形750
P2円形750T
方形650

み部の応力伝達特性を確認するため柱に高強度コンクリ

鋼管径 スパイラル筋 実験最大 抜出し時の 長期付着 短期付着*)
(mm)
pw(%)
耐力(kN) 耐力(kN) 力(kN)*)
力(kN)4000.23047241812521877
4000.943253473123818564000.21873160312861929*)RC規準の許容応力度より算定ートを用い，主筋に熱処理を行った。主筋は明瞭な降伏点はなく降伏強度 1080N/mm2 から引張強度1160 N/mm2までなだらかに増加した。加力方法は基礎梁の反曲点をロ

図 -8 試験体（曲げせん断）

1064

PCa 柱の埋込み部に関する実験的研究その２

表 -4 材料強度一覧（曲げせん断）
圧縮強度σB[N/mm2]
埋込み部,柱147.5
耐圧版
38.0
外周部,基礎梁32.6

試験体名 コンクリート部位
MS

密度
ρ[t/m3]
2.57
2.34
2.31

ヤング率
割裂強度
スパイラル筋EC[×104N/mm2] σct[N/mm2]
4.70
7.60
U6.4＠50
3.023.33
SBPD1275/1420
2.882.72

表 -5 実験結果一覧（曲げせん断）
鋼管径(mm)
400

試験体MS

1000

1000300▼計算耐力669kN▼計算耐力669kN-500荷重(kN)

荷重(kN)

00-500▼669kN

6.7%(1/100)
接合部＋柱5.3%(1/150)

柱接合部

500

500
荷重(kN)

スパイラル筋 実験平均基礎梁計算*)
柱計算*)
pw(%)
最大耐力(kN) 曲げ耐力(kN) 曲げ耐力(kN)
0.2701713669*)技術基準解説書の曲げ強度式より算定

200

3.9%(1/200)
3.0%(1/400)

100

3.4%(1/800)▼669kN▲-738kN-1000-50-1000-25025

500-6-336

接合部変位(mm)

柱変位(mm)

図 -9 荷重変形曲線（曲げせん断）

0

図 -10 荷重変形曲線（埋込み外周部）

02468変位(mm)

図 -11 変形割合（曲げせん断）生じていない。

ーラー支持し，杭頭部をピン支持して柱の反曲点に正負交番漸増水平載荷を各振幅 2 サイクル行った。柱軸力はなお，実験終了後，試験体を切断し， PCa 柱埋込み部作用させていない。計測項目は図中の加力点と埋込み外にすべりが生じていないことを確認した。埋込み外周部周部の変位および鉄筋ひずみである。ひずみゲージ位置

コンクリートと両面リブ付き鋼管は一体として挙動しては引張試験体と同じである。

いたと思われる。
終局時までのひび割れ状況，外周部コンクリートの変６．曲げせん断実験結果

形状況，実験終了時にコンクリート切断面の状況などか
ら，埋込み外周部は大きな損傷を受けていない。柱水平力が両面リブ付き鋼管を有する埋込み部を介して基礎梁

表-4， 5 に試験体の材料強度および実験結果の一覧を示す。なお，補強筋の材料強度は , 表-3に示したものとに伝達されていることが確認された。

共通である。表中の基礎梁および柱の計算耐力は，技術基準解説書 3) に示されたはりの曲げ強度式から，加力点７．まとめ位置の水平力に換算した値である。また図-9に荷重と加力点位置の変形の関係を，図 -10 に荷重と図-8に示した

本研究で対象とする PCa 化工法は，両面リブ付き鋼管埋込み外周部の上部（ D3 ）と下部（ D9 ）の相対変位を用いて拡径した PCa 柱の埋込み部を耐圧版直上に設置の関係を示す。本試験体の初ひび割れは，部材角 1/400する形式のものである。本工法の埋込み部の付着およびで PCa 柱の柱脚部に曲げひび割れが生じている。続いて引張特性と曲げせん断伝達特性を確認するために押抜き1/200 を超えたところで，基礎梁フェイス部の曲げひびおよび引張実験と両面リブ付き鋼管を持つ PCa 柱を基礎割れおよび PCa 柱埋込み外周部の上面にひび割れが生じ梁に埋込みスパイラル筋で補強した T 形試験体による曲た。終局時は，柱脚部コンクリートの剥落および基礎梁げせん断実験を行った。実験結果より，以下のことが確の曲げひび割れが大きく進展した。なお，埋込み外周部認された。

側面では，ほとんどひび割れが生じておらず，終局時近①

押抜き実験より，スパイラル筋の配筋量が大きい傍において，鉛直方向のひび割れが確認された。実験最場合，押抜き耐力が大きくなる。押抜き実験の場

大耐力は，正負平均で 701kN である。これは，基礎梁曲合，軸力を受けるコンクリートは，放射状に著しくげ耐力とほぼ一致している。図 -11 に柱と PCa 柱埋込み膨張する。スパイラル筋はこの膨張を拘束する役割外周部の変形割合を示す。部材角 1/100 までの範囲で，を果たしている。実験結果では，下段のスパイラル全体変形に占める外周部の変形割合は， 3.0 ～ 6.7% と筋のひずみが大きく，下段の拘束効果が大きかっ小さい値で安定しており，外周部での急激な変形増大はた。スパイラル筋の配筋量の増大による耐力の増大

5107三井住友建設技術開発センター報告②第 12 号

は，外周部コンクリートに対する拘束力が増大し ,参考文献リブ面の摩擦力が累加したためと思われる。

1 ）徳武，平田他： PCa 柱の埋込み部に関する実験的研究（その１） , （その２） , 日本建築学会大会梗概

押抜き実験の抜出し時耐力は， RC 規準の鉄筋の集（北海道） , 2013.8, 構造Ⅳ, pp.715-718

短期許容応力度に両面リブ付き鋼管の表面積を乗じて得られる短期付着力より大きかった。これは，短2 ）平田他： PCa 柱の埋込み部に関する実験的研究 , 三

期付着力相当の押抜き力では鋼管が動かないことを

井住友建設技術開発センター報告 , No.11, 2013,示している。鋼管の抜出し時耐力は，鉄筋の許容付

pp.91-98
3 ）国土交通省住宅局建築指導課他：2007年版建築物の着応力度から推定した場合，十分な余力を有してい構造関係技術基準解説書ると思われる。
③

引張実験の抜出し時耐力は， RC 規準の鉄筋の長期許容付着より算定される長期付着力より大きかった。また，最大耐力は，短期付着力と同等であった。押抜き実験との耐力の違いは，加力方向よって外周部コンクリートの膨張量が異なることを反映していると思われる。鋼管の付着力が，加力方向の影響を受けるため，設計時に適切に考慮する必要があると思われる。

④

曲げせん断実験の最大耐力は，基礎梁の計算耐力とほぼ一致した。また，終局時までのひび割れ状
況，外周部コンクリートの変形状況，実験終了時にコンクリート切断面の状況などから，埋込み外周部は大きな損傷を受けておらず，鋼管の抜出しも見られない。柱水平力が埋込み部を介して基礎梁に伝達されていることが確認された。

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