JP4828397B2 - 杭頭接合構造及びそれに用いる接合材 - Google Patents

Description

本発明は、杭頭接合構造及びそれに用いる接合材に関する。

杭基礎には支持杭形式と摩擦杭形式とがあり、前者は、良質な支持層が地下深くにある場合に該支持層まで打ち込んだ杭の上に上部構造物を構築することによって、構造物重量を支持層で安定支持する形式であり、後者は、良質な支持層がない場合に周辺地盤との摩擦力によって上部構造物を支持する形式の基礎形式である。

これらの杭は、その杭頭にて上部構造物の基礎スラブや基礎梁に接合されるが、かかる接合部においては、長期荷重として圧縮力などが作用するほか、地震時には、上部構造物の転倒モーメントに起因する引抜き力、水平力に起因するせん断力あるいは曲げモーメントが作用する。

そして、上部構造物がきわめて大きな地震に遭遇した場合には、杭頭に過大なせん断力や曲げモーメントが作用し、杭の破壊ひいては上部構造物の倒壊といった事態を招くおそれがある。

また、杭頭接合部を設計する際、一般的には剛接とみなすことが多いが、杭の頭部と上部構造物とを完全に剛接合にすることは困難であって実際の固定度は１未満、例えば０．８〜０．９程度になることが多い。そのため、杭本体に生じる曲げモーメント分布が設計段階で予想していたものと異なるものとなり、杭の頭部に発生する曲げモーメントは設計値よりも小さくなるものの、杭の中間部においては曲げモーメントが大きくなるといった事態も想定され、上述した大地震時の過大な曲げモーメントと相まって、不測の箇所で杭が破壊する懸念もある。

そこで、最近では、杭頭で発生する曲げモーメントを低減すべく、杭頭の端板に立設された異形スタッドの一部を切削加工したり、杭頭鉄筋の一部を筒体（シース管、スリーブ）内に配置したり、アンカーボルトにアスファルトを塗布したりすることで、基礎スラブを構成するコンクリートと異形スタッドや杭頭鉄筋あるいはアンカーボルトとの付着力を弱めあるいは付着を切る、いわゆるアンボンド処理が行われるようになってきた。

かかるアンボンド処理を行うことにより、杭頭に発生する曲げモーメントを低減することが可能となる。

特開２０００−１４４７６３

特開２００２−３１７４５４

しかしながら、このようなアンボンド処理によって杭頭接合部の固定度を緩和し発生曲げモーメントを低減することができたとしても、固定度を算出するにあたっては、アンカーの本数、径、定着板の形状その他様々な条件を考慮せねばならないため、その手順は複雑となり、それゆえ適切な設計手法が未だ確立できていないのが現状である。

また、上述したアンボンド処理は、異形スタッドを切削加工したり筒体を配置したりするのに手間とコストがかかり、経済的な観点で改善の余地があった。そして何より、異形スタッド、鉄筋あるいはアンカーボルトといった鋼棒がコンクリートの中性化等によって経年的に腐食膨張するとともに該腐食膨張に起因してコンクリートとの付着が生じ、その結果、アンボンド状態を長期間維持することが困難であるという問題も生じていた。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、アンボンド処理を行わずとも杭頭接合部の固定度を低減させることが可能な杭頭接合構造及びそれに用いる接合材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る接合材は請求項１に記載したように、杭の頭部に設けられた端板と、該端板に立設され前記杭で支持される上部構造物の基礎部材に埋設されるアンカーボルトとからなるとともに、地震時水平力が前記上部構造物から前記杭の頭部に作用したとき、前記端板が面外に曲げ変形して前記杭の頭部が回転するように前記端板及び前記アンカーボルトを構成してなり、前記端板を、全体が円環状でそれぞれ扇状をなす複数の分割片で構成するとともに該分割片のそれぞれに前記アンカーボルトを立設したものである。

また、本発明に係る接合材は、前記杭の断面中心から前記杭の中空内面までの距離をｒ₁、前記杭の外面までの距離をｒ₂としたとき、前記杭の断面中心から前記アンカーボルトの材軸までの距離Ｒが、
Ｒ＜ｒ₁ 又は ｒ₂＜Ｒ
となるように、前記アンカーボルトを前記端板に立設したものである。

また、本発明に係る接合材は請求項３に記載したように、杭の頭部に設けられた端板と、該端板に立設され前記杭で支持される上部構造物の基礎部材に埋設されるアンカーボルトとからなるとともに、地震時水平力が前記上部構造物から前記杭の頭部に作用したとき、前記端板が面外に曲げ変形して前記杭の頭部が回転するように前記端板及び前記アンカーボルトを構成してなり、前記端板を円環状に形成するとともに内側縁部から半径方向外側に向かって延びるスリットを複数形成して構成し、該スリットで挟まれた舌状体に前記アンカーボルトを立設したものである。

また、本発明に係る接合材は、前記杭の断面中心から前記杭の中空内面までの距離をｒ ₁ としたとき、前記杭の断面中心から前記アンカーボルトの材軸までの距離Ｒが、
Ｒ＜ｒ ₁
となるように、前記アンカーボルトを前記端板に立設したものである。

また、本発明に係る杭頭接合構造は請求項５に記載したように、請求項１乃至請求項４のいずれか一記載の接合材を構成するアンカーボルトが前記杭で支持される上部構造物の基礎部材に埋設されるようにしたものである。

本発明に係る杭頭接合構造及びそれに用いる接合材は、地震時水平力が上部構造物から杭の頭部に作用したとき、該杭頭に設けられた端板が面外に曲げ変形して杭頭が回転するように接合材を構成してある。

このようにすると、杭頭の回転変形に対する発生曲げモーメント、換言すれば回転剛性は、端板の面外曲げ剛性として評価することができるため、端板の平面形状、厚み及び鋼材種類や、端板の変形拘束位置、すなわちアンカーボルトの設置位置といった端板及びアンカーボルトに関する諸データだけで杭頭の回転剛性を算出することが可能となり、かくして杭頭における固定度低減の程度を容易に把握することができる。

端板は上述したように、面外に曲げ変形して杭頭が回転するように構成するが、具体的には、かかる端板を、全体が円環状でそれぞれ扇状をなす複数の分割片で構成し、又は円環状に形成するとともに内側縁部から半径方向外側に向かって延びるスリットを複数形成して構成する。このようにすれば、アンカーボルトが立設される分割片やスリット間の舌状体がそれぞれ個別に面外曲げ変形するため、端板の曲げ変形が生じやすくなり、固定度の低減が容易になるとともに、個別に変形するがゆえに面外曲げ挙動が把握しやすくなり、杭頭の曲げ剛性をより正確に把握することが可能となる。

ここで、請求項１に係る発明に関し、前記杭の断面中心から前記杭の中空内面までの距離をｒ₁、前記杭の外面までの距離をｒ₂としたとき、前記杭の断面中心から前記アンカーボルトの材軸までの距離Ｒが、
Ｒ＜ｒ₁ 又は ｒ₂＜Ｒ
となるように、前記アンカーボルトを前記端板に立設したならば、端板の面外曲げ変形は、杭の中空内部又は外側で生じることとなり、その変形量を大きくとることができる。

また、請求項３に係る発明に関し、前記杭の断面中心から前記杭の中空内面までの距離をｒ ₁ としたとき、前記杭の断面中心から前記アンカーボルトの材軸までの距離Ｒが、
Ｒ＜ｒ ₁
となるように、前記アンカーボルトを前記端板に立設したならば、端板の面外曲げ変形は、杭の中空内部で生じることとなり、その変形量を大きくとることができる。

以下、本発明に係る杭頭接合構造及びそれに用いる接合材の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。

図１及び図２は、本実施形態に係る杭頭接合構造及びそれに用いる接合材を示した図である。同図でわかるように、本実施形態に係る接合材１は、端板２と該端板に立設されたアンカーボルト３とからなるとともに、本実施形態に係る杭頭接合構造４は、端板２をＰＨＣ杭である杭５の頭部６（以下、杭頭６）に設けるとともに、杭５で支持される上部構造物８の基礎部材である基礎梁９にアンカーボルト３を埋設して構成してある。

端板２は、外半径Ｒ₂が杭５の外半径ｒ₂と等しく、内半径Ｒ₁が杭５の内半径ｒ₁よりも小さな円環状の鋼材で形成してあり、該端板は、杭５を製造する際に公知の手段によって杭頭６に固定してある。

端板２には、アンカーボルト３が挿通されるボルト孔１３を設けてあり、該ボルト孔にアンカーボルト３を挿通してナット１４，１４を螺合することでアンカーボルト３を端板２に立設できるようになっている。

ここで、ボルト孔１３は、杭５の断面中心からの距離、換言すればアンカーボルト３の取付け半径Ｒが杭５の内半径ｒ₁よりも小さくなるように位置決めしてある。そして、かかる構成により、アンカーボルト３の立設位置は、杭５の内周面よりも内側となる。

本実施形態に係る杭頭接合構造４及びそれに用いる接合材１は、上述した構成により、地震時水平力が上部構造物８から杭頭６に作用したとき、杭頭６に設けてある端板２は、図３に示すように面外に曲げ変形するとともに、それに伴って杭頭６に回転変形が生じる。

したがって、基礎梁９に対する杭頭６の固定度は緩和され、いわゆる半剛接合となる。加えて、杭頭６の回転角θに対する発生曲げモーメントＭ、換言すれば杭頭６における回転剛性は、端板２の面外曲げ剛性として評価することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態に係る杭頭接合構造４及びそれに用いる接合材１によれば、従来のような複雑で手間のかかるアンボンド処理を行わなくても、基礎梁９に対する杭頭６の固定度が従来よりも大幅に緩和され、いわゆる半剛接合を実現することが可能となる。

また、本実施形態に係る杭頭接合構造４及びそれに用いる接合材１によれば、杭頭６の回転角θに対する発生曲げモーメントＭ、換言すれば杭頭６における回転剛性は、端板２の面外曲げ剛性として評価することが可能となる。

そのため、端板２の平面形状、厚み及び鋼材種類や、端板２の変形拘束位置、すなわちアンカーボルト３の設置位置といった端板２及びアンカーボルト３に関する諸データだけで杭頭６の回転剛性を算出することが可能となり、かくして杭頭６における固定度低減の程度を容易に把握することができる。

本実施形態では、ナット１４，１４を用いたボルト接合でアンカーボルト３を端板２に立設するようにしたが、これに代えて、アンカーボルト３の下端を端板２の上面に溶接することでアンカーボルト３を端板２に立設するようにしてもかまわない。

また、本実施形態では、アンカーボルト３の立設位置を、杭５の内周面よりも内側に設定したが、これに代えて杭５の外周面よりも外側に設定してもかまわない。すなわち、アンカーボルト３が挿通されるボルト孔１３ａを、杭５の断面中心からの距離、換言すればアンカーボルト３の取付け半径Ｒが杭５の外半径ｒ₂よりも大きくなるように位置決めする。

図４は、このようにボルト孔１３ａが位置決めされた端板４２がどのように面外曲げ変形を生じるかを示した図である。同図でわかるように、かかる変形例においても、杭頭６における回転剛性は、端板４２の面外曲げ剛性として評価することが可能であり、上述の実施形態と同様、端板４２及びアンカーボルト３に関する諸データだけで杭頭６の回転剛性を算出し、杭頭６における固定度低減の程度を容易に把握することができる。

また、本実施形態では特に言及しなかったが、端板２は一枚板である必要はなく、例えば図５及び図６に示すように、全体が円環状でそれぞれが扇状をなす４枚の分割片５３で端板５２を構成するとともに、各分割片５３のそれぞれにアンカーボルト３を立設するようにしてもかまわない。

かかる構成においても、上述した実施形態と同様の作用効果を奏するほか、各分割片５３が個別に面外曲げ変形を生じるため、全体の面外曲げ変形を把握しやすくなり、杭頭６における固定度の低減評価がさらに容易になる。

また、本実施形態では特に言及しなかったが、例えば図７に示すように、円環状に形成され内側縁部から半径方向外側に向かって延びるスリット７３を９０゜ごとに４カ所形成して端板７２を構成するとともに該端板をＳＣ杭の杭頭６に設け、該スリットで挟まれた４つの舌状体７４にアンカーボルト３をそれぞれ立設するようにしてもかまわない。

かかる構成においても、上述した実施形態と同様の作用効果を奏するほか、各舌状体７４が個別に面外曲げ変形を生じるため、全体の面外曲げ変形を把握しやすくなり、杭頭６における固定度の低減評価が容易になる。

図８は、スリット７３で挟まれた４つの舌状体７４にアンカーボルト３をそれぞれ２本ずつ合計８本立設した変形例を示したものであり、かかる変形例においても、上述した実施形態と同様の作用効果を奏するほか、各舌状体７４が個別に面外曲げ変形を生じるため、全体の面外曲げ変形を把握しやすくなり、杭頭６における固定度の低減評価が容易になる。

図９は、円環状に形成され外側縁部から半径方向内側に向かって延びるスリット９３を６０゜ごとに６カ所形成して端板９２を構成し、該スリットで挟まれた６つの舌状体９４に６本のアンカーボルト３をそれぞれ立設した変形例を示したものである。

かかる変形例においても、上述した実施形態と同様の作用効果を奏するほか、各舌状体９４が個別に面外曲げ変形を生じるため、全体の面外曲げ変形を把握しやすくなり、杭頭６における固定度の低減評価が容易になる。

本実施形態に係る接合材の分解斜視図。 本実施形態に係る杭頭接合構造の図であり、(a)は平面図、(b)はＡ−Ａ線に沿う鉛直断面図。 本実施形態に係る杭頭接合構造４及びそれに用いる接合材１の作用を示した図。 変形例に係る杭頭接合構造の作用を示した図。 変形例に係る接合材の分解斜視図。 変形例に係る杭頭接合構造の図であり、(a)は平面図、(b)はＢ−Ｂ線に沿う鉛直断面図。 変形例に係る杭頭接合構造の図であり、(a)は平面図、(b)はＣ−Ｃ線に沿う鉛直断面図。 変形例に係る杭頭接合構造の図であり、(a)は平面図、(b)はＤ−Ｄ線に沿う鉛直断面図。 変形例に係る杭頭接合構造の図であり、(a)は平面図、(b)はＥ−Ｅ線に沿う鉛直断面図。

符号の説明

１ 接合材
２，４２，５２，７２，８２，９２ 端板
３ アンカーボルト
５ 杭
６ 杭頭
８ 上部構造物
９ 基礎梁（基礎部材）
５３ 分割片
７３，９３ スリット
７４，９４ 舌状体

Claims (5)

1. 杭の頭部に設けられた端板と、該端板に立設され前記杭で支持される上部構造物の基礎部材に埋設されるアンカーボルトとからなるとともに、地震時水平力が前記上部構造物から前記杭の頭部に作用したとき、前記端板が面外に曲げ変形して前記杭の頭部が回転するように前記端板及び前記アンカーボルトを構成してなり、前記端板を、全体が円環状でそれぞれ扇状をなす複数の分割片で構成するとともに該分割片のそれぞれに前記アンカーボルトを立設したことを特徴とする接合材。
2. 前記杭の断面中心から前記杭の中空内面までの距離をｒ₁、前記杭の外面までの距離をｒ₂としたとき、前記杭の断面中心から前記アンカーボルトの材軸までの距離Ｒが、
   Ｒ＜ｒ₁ 又は ｒ₂＜Ｒ
   となるように、前記アンカーボルトを前記端板に立設した請求項１記載の接合材。
3. 杭の頭部に設けられた端板と、該端板に立設され前記杭で支持される上部構造物の基礎部材に埋設されるアンカーボルトとからなるとともに、地震時水平力が前記上部構造物から前記杭の頭部に作用したとき、前記端板が面外に曲げ変形して前記杭の頭部が回転するように前記端板及び前記アンカーボルトを構成してなり、前記端板を円環状に形成するとともに内側縁部から半径方向外側に向かって延びるスリットを複数形成して構成し、該スリットで挟まれた舌状体に前記アンカーボルトを立設したことを特徴とする接合材。
4. 前記杭の断面中心から前記杭の中空内面までの距離をｒ ₁ としたとき、前記杭の断面中心から前記アンカーボルトの材軸までの距離Ｒが、
   Ｒ＜ｒ ₁
   となるように、前記アンカーボルトを前記端板に立設した請求項３記載の接合材。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一記載の接合材を構成するアンカーボルトが前記杭で支持される上部構造物の基礎部材に埋設されるようにしたことを特徴とする杭頭接合構造。

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