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JP7469645B2 - Pile head joint structure, earthquake-resistance reinforcement method for existing structures, and repair method for pile head joints of existing structures - Google Patents
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JP7469645B2 - Pile head joint structure, earthquake-resistance reinforcement method for existing structures, and repair method for pile head joints of existing structures - Google Patents

Pile head joint structure, earthquake-resistance reinforcement method for existing structures, and repair method for pile head joints of existing structures Download PDF

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Description

本発明は、杭頭接合構造、既設構造物の耐震補強方法、及び既設構造物の杭頭接合部の補修方法に関する。 The present invention relates to a pile head joint structure, a method for seismic reinforcement of an existing structure, and a method for repairing a pile head joint of an existing structure.

従来、事務所ビルや集合住宅などの上部構造物と杭の接合部は、回転を許容しない剛結合、すなわち完全固定が採用されていた。このため、大地震が発生した場合においては、杭頭部や基礎梁に大きな応力が発生して損傷してしまい、結果的に杭は軸力保持機能を失い、事務所ビルや集合住宅などの上部構造物が傾斜、沈下する場合があった。これを防ぐためには、一般に、杭頭部や基礎梁を大断面化するなどして高耐力化を図ることが一般的に行われているが、高コストとなっていた。
そこで、近年は、杭頭部や基礎梁に発生する応力を低減することを目的に、上部構造物と杭の接合部に、回転を一部許容する半剛接合、あるいは回転を完全に許容するピン接合が採用されることが増えている。
In the past, the joints between the superstructures of office buildings and apartment buildings and the piles were rigidly connected, i.e. completely fixed, without allowing any rotation. Therefore, in the event of a major earthquake, the pile heads and foundation beams would be damaged by large stresses, and as a result, the piles would lose their ability to retain axial force, causing the superstructures of office buildings and apartment buildings to tilt and sink. To prevent this, it is common to increase the strength of the pile heads and foundation beams by making them larger in cross section, but this is costly.
Therefore, in recent years, in order to reduce the stress generated in the pile heads and foundation beams, semi-rigid connections that allow some rotation, or pin connections that allow complete rotation, are increasingly being used at the connections between the superstructure and the piles.

このような杭頭部のエネルギー吸収構造として、例えば特許文献1、2、3に示されるような構造が知られている。
特許文献1には、半剛接合あるいはピン接合とした杭頭部を、本杭、外管杭、本杭およびフーチングの内部に設ける棒状のエネルギー吸収部材などで構成し、地震エネルギーの大部分を外管杭およびエネルギー吸収部材の変形により吸収することで、本杭に入力されるエネルギーを低減する構造について記載されている。
As such an energy absorbing structure for a pile head, structures such as those shown in Patent Documents 1, 2 and 3 are known.
Patent Document 1 describes a structure in which the pile head, which is semi-rigidly or pin-jointed, is composed of a main pile, an outer pipe pile, and rod-shaped energy absorbing members installed inside the main pile and the footing, and the majority of the earthquake energy is absorbed by deformation of the outer pipe pile and the energy absorbing members, thereby reducing the energy input to the main pile.

特許文献2、3には、杭頭部のフーチング内部に粘弾性体あるいは鉛と棒状の鋼材からなるエネルギー吸収部材を設け、粘弾性体あるいは鉛と棒状の鋼材との間の相対変位に伴う流動あるいはせん断変形により地震エネルギーを吸収し、本杭に入力されるエネルギーを低減する構造が記載されている。 Patent documents 2 and 3 describe a structure in which an energy absorbing member made of a viscoelastic body or lead and a steel rod is provided inside the footing at the head of the pile, and the energy of the earthquake is absorbed by the flow or shear deformation caused by the relative displacement between the viscoelastic body or lead and the steel rod, thereby reducing the energy input to the pile.

特開2004-218196号公報JP 2004-218196 A 特開2001-32295号公報JP 2001-32295 A 特開2004-324154号公報JP 2004-324154 A

しかしながら、従来の杭頭接合構造では、以下のような問題があった。
エネルギー吸収部材は一度損傷した後には、新たな地震に対応するために取り替える必要がある。特許文献1~3で記載されるエネルギー吸収部材は本杭やフーチングの内部に設けられているため、取り替えに係る作業が困難であるという問題があり、その点で改善の余地があった。
However, the conventional pile head joint structure had the following problems.
Once an energy absorbing member is damaged, it needs to be replaced in order to cope with a new earthquake. The energy absorbing members described in Patent Documents 1 to 3 are provided inside the pile or footing, so there is a problem that the replacement work is difficult, and there is room for improvement in this respect.

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、エネルギー吸収部材の交換を容易に行うことができる杭頭接合構造、既設構造物の耐震補強方法、及び既設構造物の杭頭接合部の補修方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned problems, and aims to provide a pile head joint structure that allows easy replacement of energy absorbing members, a method for seismic reinforcement of an existing structure, and a method for repairing pile head joints of an existing structure.

前記目的を達成するため、本発明に係る杭頭接合構造では、上部構造物の基礎と本杭を接続するための杭頭接合構造であって、前記基礎と前記本杭の接続部は、前記基礎の回転を一部許容する半剛接合、または前記回転を完全に許容するピン接合により接合され、前記本杭の径方向外側に接続されたエネルギー吸収部材と、前記基礎に定着され、前記エネルギー吸収部材を前記基礎に接続するエネルギー吸収部材受けと、を備え、前記本杭の周囲を取り囲むように前記本杭と同軸に配置された外管杭が設けられ、前記エネルギー吸収部材は、前記外管杭の径方向外側に接続されていることを特徴としている。
また、本発明に係る杭頭接合構造は、上部構造物の基礎と本杭を接続するための杭頭接合構造であって、前記基礎と前記本杭の接続部は、前記基礎の回転を一部許容する半剛接合、または前記回転を完全に許容するピン接合により接合され、前記本杭の径方向外側に接続されたエネルギー吸収部材と、前記基礎に定着され、前記エネルギー吸収部材を前記基礎に接続するエネルギー吸収部材受けと、を備え、前記エネルギー吸収部材は、面内方向を鉛直方向に向けた平板状のプレート部材であることを特徴としている。
また、本発明に係る杭頭接合構造は、上部構造物の基礎と本杭を接続するための杭頭接合構造であって、前記基礎と前記本杭の接続部は、前記基礎の回転を一部許容する半剛接合、または前記回転を完全に許容するピン接合により接合され、前記本杭の径方向外側に接続されたエネルギー吸収部材と、前記基礎に定着され、前記エネルギー吸収部材を前記基礎に接続するエネルギー吸収部材受けと、を備え、前記エネルギー吸収部材は、U字状に湾曲した湾曲部を有するU型部材であり、前記U型部材は、前記湾曲部によって上下方向に湾曲するように配置されていることを特徴としている。
また、本発明に係る杭頭接合構造は、上部構造物の基礎と本杭を接続するための杭頭接合構造であって、前記基礎と前記本杭の接続部は、前記基礎の回転を一部許容する半剛接合、または前記回転を完全に許容するピン接合により接合され、前記本杭の径方向外側に接続されたエネルギー吸収部材と、前記基礎に定着され、前記エネルギー吸収部材を前記基礎に接続するエネルギー吸収部材受けと、を備え、前記エネルギー吸収部材が付加する前記基礎と前記本杭との回転剛性は、前記基礎と前記本杭との接続部が付加する前記基礎と前記本杭との回転剛性以上であることを特徴としている。
In order to achieve the above-mentioned objective, the pile head joint structure of the present invention is a pile head joint structure for connecting the foundation of a superstructure to a main pile, wherein the connection portion between the foundation and the main pile is joined by a semi-rigid joint that allows partial rotation of the foundation, or a pin joint that allows the rotation completely, and is characterized in that it comprises an energy absorbing member connected to the radial outside of the main pile, and an energy absorbing member receiver that is fixed to the foundation and connects the energy absorbing member to the foundation, and an outer pipe pile is provided that is arranged coaxially with the main pile so as to surround the periphery of the main pile, and the energy absorbing member is connected to the radial outside of the outer pipe pile .
In addition, the pile head joint structure of the present invention is a pile head joint structure for connecting the foundation of a superstructure to a main pile, and the connection portion between the foundation and the main pile is joined by a semi-rigid joint that allows partial rotation of the foundation, or a pin joint that allows the rotation completely, and is characterized in that it comprises an energy absorbing member connected to the radial outside of the main pile, and an energy absorbing member receiver that is fixed to the foundation and connects the energy absorbing member to the foundation, and the energy absorbing member is a flat plate member with its in-plane direction oriented vertically.
In addition, the pile head joint structure of the present invention is a pile head joint structure for connecting the foundation of a superstructure and the main pile, wherein the connection portion between the foundation and the main pile is joined by a semi-rigid joint that allows partial rotation of the foundation, or a pin joint that allows the rotation completely, and the pile comprises an energy absorbing member connected to the radial outside of the main pile, and an energy absorbing member receiver that is fixed to the foundation and connects the energy absorbing member to the foundation, wherein the energy absorbing member is a U-shaped member having a curved portion curved in a U-shape, and the U-shaped member is arranged so as to be curved in the vertical direction by the curved portion.
In addition, the pile head joint structure of the present invention is a pile head joint structure for connecting the foundation of a superstructure to a main pile, wherein the connection portion between the foundation and the main pile is joined by a semi-rigid joint that allows partial rotation of the foundation, or a pin joint that allows the rotation completely, and is characterized in that it comprises an energy absorbing member connected to the radial outside of the main pile, and an energy absorbing member receiver that is fixed to the foundation and connects the energy absorbing member to the foundation, and the rotational rigidity between the foundation and the main pile added by the energy absorbing member is greater than or equal to the rotational rigidity between the foundation and the main pile added by the connection portion between the foundation and the main pile.

また、本発明に係る既設構造物の耐震補強方法は、上述した杭頭接合構造を用いて既設構造物を耐震補強する既設構造物の耐震補強方法であって、前記既設構造物の基礎と前記本杭の接続部を、前記半剛接合または前記ピン接合により接合する工程と、前記本杭の径方向外側に前記エネルギー吸収部材を接続する工程と、前記エネルギー吸収部材を前記基礎に接続するエネルギー吸収部材受けを前記基礎に定着する工程と、を有することを特徴としている。 The method for seismic reinforcement of an existing structure according to the present invention is a method for seismic reinforcement of an existing structure using the above-mentioned pile head joint structure, and is characterized by having the steps of joining the connection between the foundation of the existing structure and the main pile by the semi-rigid joint or the pin joint, connecting the energy absorbing member to the radial outside of the main pile, and fixing an energy absorbing member receiver that connects the energy absorbing member to the foundation to the foundation.

また、本発明に係る既設構造物の杭頭接合部の補修方法は、上述した杭頭接合構造の前記エネルギー吸収部材を交換することを特徴としている。 The method for repairing a pile head joint of an existing structure according to the present invention is characterized by replacing the energy absorbing member of the above-mentioned pile head joint structure.

本発明では、地震が発生した際には、半剛接合の場合において本杭と基礎との接続部の回転が一部許容され、あるいはピン接合の場合には本杭と基礎との接続部の回転が完全に許容される。そして、上部構造物に働く慣性力に起因して杭頭部に作用するせん断力および曲げモーメントは、エネルギー吸収部材がせん断変形することでその大部分が吸収されるため、エネルギー吸収量を大きくすることが可能となり、一部のみが本杭によって負担される。したがって、本杭は断面を小さくすることが可能となり、施工にかかるコストを低減できる。
また、本発明では、本杭は上部構造物に働く慣性力に起因して杭頭部分に作用するせん断力および曲げモーメントによる損傷をほとんど受けることがないため、軸力保持機能を担保することができる。そのため、上部構造物の傾斜や沈下を発生させず、過大な変位の発生を防ぐことができることから、大地震後においても安定的に上部構造物を支持することができる。
In the present invention, when an earthquake occurs, the connection between the pile and the foundation is allowed to rotate partially in the case of a semi-rigid joint, or completely in the case of a pin joint. The shear force and bending moment acting on the pile head due to the inertial force acting on the superstructure are absorbed mostly by the shear deformation of the energy absorbing member, making it possible to increase the amount of energy absorption, with only a portion of the force being borne by the pile. This allows the cross section of the pile to be made smaller, reducing construction costs.
In addition, in the present invention, the pile is hardly damaged by the shear force and bending moment acting on the pile head due to the inertial force acting on the superstructure, so the pile can maintain its axial force. Therefore, the superstructure does not tilt or sink, and excessive displacement can be prevented, so the superstructure can be stably supported even after a major earthquake.

また、本発明では、従来のようなエネルギー吸収部材を本杭や基礎の内部に設ける構造ではなく、本杭の外方に設けることで、一度損傷したエネルギー吸収部材の交換作業を容易に行うことができる。したがって、損傷したエネルギー吸収部材を新たなものに取り替えることで、新たな地震に備えることができる。とくに、地震時に損傷しやすい上部構造物の外周の本杭に対しては、上部構造物の外周側から地盤を掘削することにより容易に取り替えることができる。 In addition, in the present invention, unlike the conventional structure in which the energy absorbing members are installed inside the main pile or foundation, they are installed on the outside of the main pile, making it easy to replace energy absorbing members that have been damaged. Therefore, by replacing damaged energy absorbing members with new ones, it is possible to prepare for new earthquakes. In particular, for main piles on the periphery of the superstructure, which are prone to damage during earthquakes, they can be easily replaced by excavating the ground from the periphery of the superstructure.

しかも、本発明では、杭頭部分にエネルギー吸収部材として鋼材を使用することにより、メンテナンス不要で安定した履歴を得ることができる。そのため、通常、制振ダンパーや免震ダンパーを使用する際に必要なメンテナンス用の地下空間、地下階が不要となり、上部構造物の建設コストの低減を図ることが可能となる。 Moreover, in this invention, by using steel as an energy absorbing member in the pile head, a stable history can be obtained without the need for maintenance. This eliminates the need for underground space and basement floors for maintenance that are normally required when using vibration control dampers or seismic isolation dampers, making it possible to reduce the construction costs of the superstructure.

また、本発明に係る杭頭接合構造では、前記本杭の周囲を取り囲むように前記本杭と同軸に配置された外管杭が設けられ、前記エネルギー吸収部材は、前記外管杭の径方向外側に接続されていることを特徴としてもよい。 The pile head joint structure according to the present invention may also be characterized in that an outer pipe pile is arranged coaxially with the main pile so as to surround the periphery of the main pile, and the energy absorbing member is connected to the radial outside of the outer pipe pile.

本発明では、外管杭、エネルギー吸収部材、およびエネルギー吸収部材受けを一部またはすべて一体化した後に、本杭と同心軸上に設置することができ、施工性を高めることができる。また、地震時にエネルギー吸収部材から本杭に作用する押圧力による本杭の損傷を、外管杭によって防ぐことができる。 In the present invention, the outer pipe pile, the energy absorbing member, and the energy absorbing member receiver can be partially or completely integrated and then installed concentrically with the main pile, improving workability. In addition, the outer pipe pile can prevent damage to the main pile caused by the compressive force acting on the main pile from the energy absorbing member during an earthquake.

また、本発明に係る杭頭接合構造では、前記エネルギー吸収部材は、前記基礎および前記外管杭、または前記基礎および前記本杭に対してボルト締結により接続されていることを特徴としてもよい。 The pile head joint structure of the present invention may also be characterized in that the energy absorbing member is connected to the foundation and the outer pipe pile, or to the foundation and the main pile, by bolt fastening.

この場合には、外管杭とエネルギー吸収部材の接続、およびエネルギー吸収部材受けとエネルギー吸収部材の接続をボルト締結によって機械的に行うことができ、取り替え作業を効率的に行うことができる。
具体的には、杭頭接合構造を新設する際には、本杭に対してボルト締結する作業のみで施工することができる。また、既設の杭頭接合構造を補強する際には、例えば半割の鋼管を本杭の外側に配置し溶接することで外管杭を形成し、その外管杭にエネルギー吸収部材をボルトで取り付ける作業となり、容易に施工することができる。
In this case, the connection between the outer pipe pile and the energy absorbing member, and the connection between the energy absorbing member receiver and the energy absorbing member can be performed mechanically by bolt fastening, so that replacement work can be carried out efficiently.
Specifically, when constructing a new pile head joint structure, it can be constructed simply by fastening the bolts to the pile. Also, when reinforcing an existing pile head joint structure, for example, a half steel pipe is placed on the outside of the pile and welded to form an outer pipe pile, and an energy absorbing member is attached to the outer pipe pile with bolts, which can be easily constructed.

また、本発明に係る杭頭接合構造では、前記エネルギー吸収部材は、面内方向を鉛直方向に向けた平板状のプレート部材であることを特徴としてもよい。 The pile head joint structure according to the present invention may also be characterized in that the energy absorbing member is a flat plate member whose in-plane direction is oriented vertically.

本発明によれば、エネルギー吸収部材を使用することで、プレート面方向を鉛直方向に向けた簡単な部材により杭頭接合構造を施工することができる。
また、本発明によれば、地盤の掘削範囲はプレートの幅に合わせればよいので、より小さくすることができる。
According to the present invention, by using an energy absorbing member, a pile head joint structure can be constructed using a simple member with the plate surface oriented vertically.
Furthermore, according to the present invention, the area of the ground to be excavated can be made smaller since it only needs to be matched to the width of the plate.

また、本発明に係る杭頭接合構造では、前記エネルギー吸収部材は、前記プレート部材と、U字状に湾曲した湾曲部を有するU型部材と、を備え、前記U型部材は、前記湾曲部によって左右方向に湾曲するように配置されていることを特徴としてもよい。 In addition, in the pile head joint structure according to the present invention, the energy absorbing member may be characterized by comprising the plate member and a U-shaped member having a curved portion curved in a U-shape, and the U-shaped member is arranged so as to be curved in the left-right direction by the curved portion.

このような構成によれば、エネルギー吸収部材としてプレート部材に加えてU型部材を組みわせた構成となる。このようにエネルギー吸収部材の一部にU字状の湾曲面の変形を利用するU型部材を設けることで、上部構造物に働く慣性力に起因して杭頭部に作用するせん断力および曲げモーメントを効果的にU型部材で吸収することができる。 With this configuration, the energy absorbing member is a combination of a plate member and a U-shaped member. By providing a U-shaped member that utilizes the deformation of a U-shaped curved surface as part of the energy absorbing member, the shear force and bending moment acting on the pile head due to the inertial force acting on the superstructure can be effectively absorbed by the U-shaped member.

また、本発明に係る杭頭接合構造では、前記エネルギー吸収部材は、前記プレート部材と、U字状に湾曲した湾曲部を有するU型部材と、を備え、前記U型部材は、前記湾曲部によって上下方向に湾曲するように配置されていることを特徴としてもよい。 In addition, in the pile head joint structure according to the present invention, the energy absorbing member may be characterized by comprising the plate member and a U-shaped member having a curved portion curved in a U-shape, and the U-shaped member is arranged so as to be curved in the up-down direction by the curved portion.

このような構成によれば、エネルギー吸収部材としてプレート部材に加えてU型部材を組みわせた構成となる。このようにエネルギー吸収部材の一部にU字状の湾曲面の変形を利用するU型部材を設けることで、上部構造物に働く慣性力に起因して杭頭部に作用するせん断力および曲げモーメントを効果的にU型部材で吸収することができる。 With this configuration, the energy absorbing member is a combination of a plate member and a U-shaped member. By providing a U-shaped member that utilizes the deformation of a U-shaped curved surface as part of the energy absorbing member, the shear force and bending moment acting on the pile head due to the inertial force acting on the superstructure can be effectively absorbed by the U-shaped member.

また、本発明に係る杭頭接合構造では、前記プレート部材には、バーリング孔が形成されていることを特徴としてもよい。 The pile head joint structure according to the present invention may also be characterized in that the plate member has a burring hole formed therein.

このような構成によれば、エネルギー吸収部材にバーリング加工が施されているので、大きく変形しても安定したせん断耐力を保持することが可能となるため、鋼材重量当たりのエネルギー吸収が大きくなり、効率よくせん断抵抗を発揮することができる。 With this configuration, the energy absorbing member is burred, so it is possible to maintain a stable shear strength even if it is significantly deformed, resulting in greater energy absorption per weight of steel and efficient shear resistance.

また、本発明に係る杭頭接合構造では、前記エネルギー吸収部材は、U字状に湾曲した湾曲部を有するU型部材であり、前記U型部材は、前記湾曲部によって左右方向に湾曲するように配置されていることを特徴としてもよい。 In addition, in the pile head joint structure according to the present invention, the energy absorbing member may be a U-shaped member having a curved portion curved in a U-shape, and the U-shaped member may be arranged so as to be curved in the left-right direction by the curved portion.

このような構成によれば、エネルギー吸収部材をU型部材とすることで、U字状の湾曲面の変形を利用することで、上部構造物に働く慣性力に起因して杭頭部に作用するせん断力および曲げモーメントを効果的にU型部材で吸収することができる。 With this configuration, the energy absorbing member is a U-shaped member, and by utilizing the deformation of the U-shaped curved surface, the shear force and bending moment acting on the pile head due to the inertial force acting on the superstructure can be effectively absorbed by the U-shaped member.

また、本発明に係る杭頭接合構造では、前記エネルギー吸収部材は、U字状に湾曲した湾曲部を有するU型部材であり、前記U型部材は、前記湾曲部によって上下方向に湾曲するように配置されていることを特徴としてもよい。 In addition, in the pile head joint structure according to the present invention, the energy absorbing member may be a U-shaped member having a curved portion curved in a U-shape, and the U-shaped member may be arranged so as to be curved in the up-down direction by the curved portion.

このような構成によれば、エネルギー吸収部材をU型部材とすることで、U字状の湾曲面の変形を利用することで、上部構造物に働く慣性力に起因して杭頭部に作用するせん断力および曲げモーメントを効果的にU型部材で吸収することができる。 With this configuration, the energy absorbing member is a U-shaped member, and by utilizing the deformation of the U-shaped curved surface, the shear force and bending moment acting on the pile head due to the inertial force acting on the superstructure can be effectively absorbed by the U-shaped member.

また、本発明に係る杭頭接合構造では、前記エネルギー吸収部材が付加する前記基礎と前記本杭との回転剛性は、前記基礎と前記本杭との接続部が付加する前記基礎と前記本杭との回転剛性以上であることを特徴としてもよい。 Furthermore, in the pile head joint structure according to the present invention, the rotational stiffness between the foundation and the main pile added by the energy absorbing member may be greater than or equal to the rotational stiffness between the foundation and the main pile added by the connection between the foundation and the main pile.

このような構成によれば、地震時に基礎に作用する回転が基礎と本杭との接続部で許容されるので、その回転よる基礎の荷重がエネルギー吸収部材に流れやすくなる。これにより、力の伝達効率がより向上するので、より確実に本杭の断面を小さくすることが可能となり、施工にかかるコストを低減できる。 With this configuration, rotation acting on the foundation during an earthquake is tolerated at the connection between the foundation and the main pile, so the load of the foundation caused by that rotation is more likely to flow to the energy absorbing member. This improves the efficiency of force transmission, making it possible to more reliably reduce the cross-section of the main pile, thereby reducing construction costs.

また、本発明に係る杭頭接合構造では、前記外管杭と前記本杭との間には、充填材が充填されていることが好ましい。 In addition, in the pile head joint structure of the present invention, it is preferable that a filler material is filled between the outer pipe pile and the main pile.

この場合には、本杭と外管杭の間にモルタルやコンクリート等の充填材が充填されているので、地震時においてエネルギー吸収部材から受ける押圧力によって外管杭が変形して損傷することを抑制できる。 In this case, a filler such as mortar or concrete is filled between the main pile and the outer pipe pile, which prevents the outer pipe pile from being deformed and damaged by the compressive force received from the energy absorbing member during an earthquake.

また、本発明に係る杭頭接合構造では、前記外管杭の径方向内側の管内周面、前記本杭の径方向外側の杭外周面、または前記管内周面及び前記杭外周面の両者に突起が設けられていることを特徴としてもよい。 The pile head joint structure according to the present invention may also be characterized in that protrusions are provided on the inner pipe surface on the radially inner side of the outer pipe pile, the outer pile surface on the radially outer side of the main pile, or on both the inner pipe surface and the outer pile surface.

このような構成によれば、本杭と外管杭の間に充填されるモルタルやコンクリート等の充填材における外管杭あるいは本杭に対する付着強度を高めることができ、一体化することが可能となる。 This configuration increases the adhesion strength of the filler material, such as mortar or concrete, filled between the main pile and the outer pipe pile to the outer pipe pile or the main pile, making it possible to integrate them.

本発明の杭頭接合構造、既設構造物の耐震補強方法、及び既設構造物の杭頭接合部の補修方法によれば、杭頭部を半剛接合やピン接合とした場合に、低コストで本杭の軸力保持機能を担保し、上部構造物の傾斜や沈下および過大な変位を防ぐことができ、一度損傷した後には容易に取り替えることができる。 The pile head joint structure, method for seismic reinforcement of an existing structure, and method for repairing pile head joints of an existing structure of the present invention ensure the axial force retention function of the pile at low cost when the pile head is semi-rigid or pin-jointed, and can prevent the superstructure from tilting, subsidence, or excessive displacement, and can be easily replaced once damaged.

本発明の第1実施形態による杭頭接合構造を示す縦断面図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a pile head joint structure according to the first embodiment of the present invention. 図1に示すA-A線矢視図であって、杭頭接合構造を上方から見た平面図である。This is a view taken along the line AA in Figure 1, and is a plan view of the pile head joint structure seen from above. (a)、(b)は、変形例による平板エネルギー吸収部材の配置構成を示す図であって、図2に対応する図である。3A and 3B are diagrams showing an arrangement of a flat energy absorbing member according to a modified example, and correspond to FIG. 2 . 平板エネルギー吸収部材を示す図であって、(a)は側面図、(b)は(a)に示すB-B線断面図である。1A and 1B are diagrams showing a flat-plate energy absorbing member, in which (a) is a side view and (b) is a cross-sectional view taken along line BB shown in (a). (a)~(c)は、変形例による平板エネルギー吸収部材を示す側面図である。13A to 13C are side views showing modified flat energy absorbing members. 第1実施形態による地震時における杭頭接合構造を示す縦断面図である。FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing the pile head joint structure according to the first embodiment during an earthquake. 第2実施形態による杭頭接合構造を示す縦断面図である。A vertical cross-sectional view showing a pile head joint structure according to a second embodiment. 第2実施形態による地震時における杭頭接合構造を示す縦断面図である。FIG. 11 is a vertical cross-sectional view showing a pile head joint structure according to the second embodiment during an earthquake. 第3実施形態による杭頭接合構造を示す縦断面図である。A vertical cross-sectional view showing a pile head joint structure according to a third embodiment. 図9に示すC-C線矢視図であって、第3実施形態による杭頭接合構造を上方から見た平面図である。This is a view taken along the CC line in Figure 9, and is a plan view of the pile head joint structure according to the third embodiment seen from above. 第3実施形態による地震時における杭頭接合構造を示す縦断面図である。A vertical cross-sectional view showing a pile head joint structure according to the third embodiment during an earthquake. 第4実施形態による杭頭接合構造を示す縦断面図である。A vertical cross-sectional view showing a pile head joint structure according to a fourth embodiment. 第4実施形態による地震時における杭頭接合構造を示す縦断面図である。A vertical cross-sectional view showing a pile head joint structure according to the fourth embodiment during an earthquake. 第5実施形態による杭頭接合構造を示す縦断面図である。A vertical cross-sectional view showing a pile head joint structure according to the fifth embodiment. 図14に示すD-D線矢視図であって、第5実施形態による杭頭接合構造を上方から見た平面図である。This is a view taken along the line DD shown in Figure 14, and is a plan view of the pile head joint structure according to the fifth embodiment seen from above. 第5実施形態による地震時における杭頭接合構造を示す縦断面図である。A vertical cross-sectional view showing a pile head joint structure according to the fifth embodiment during an earthquake. (a)、(b)は、第1変形例による杭頭接合構造の配置構成を示す平面図であって、図3に対応する図である。5A and 5B are plan views showing the arrangement of a pile head joint structure according to a first modified example, and correspond to FIG. 3 . (a)、(b)は、第2変形例による杭頭接合構造の配置構成を示す平面図であって、図3に対応する図である。13A and 13B are plan views showing the arrangement of a pile head joint structure according to a second modified example, and correspond to FIG. 3 . 第3変形例による杭頭接合構造を示す縦断面図である。A vertical cross-sectional view showing a pile head joint structure according to a third modified example.

以下、本発明の実施形態による杭頭接合構造、既設構造物の耐震補強方法、及び既設構造物の杭頭接合部の補修方法について、図面に基づいて説明する。 Below, the pile head joint structure according to an embodiment of the present invention, the method for seismic reinforcement of an existing structure, and the method for repairing the pile head joint of an existing structure will be described with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1に示すように、本実施形態による杭頭接合構造1は、本杭2の杭頭部2Aを上部構造物(図示省略)の基礎3に接合するための接合構造である。本実施形態による基礎3と本杭2の接続部は、回転を一部許容する半剛接合により接合されている。
First Embodiment
As shown in Fig. 1, the pile head joint structure 1 according to this embodiment is a joint structure for joining a pile head 2A of a main pile 2 to a foundation 3 of a superstructure (not shown). The connection between the foundation 3 and the main pile 2 according to this embodiment is joined by a semi-rigid joint that allows some rotation.

杭頭接合構造1は、本杭2の径方向外側に本杭2と同軸に配置された円筒状の外管杭4と、外管杭4の径方向の外側に接続された複数(本実施形態では図2に示すように4枚)の平板エネルギー吸収部材5(エネルギー吸収部材)と、基礎3に定着され、平板エネルギー吸収部材5を基礎3に接続するリング状受け部材6(エネルギー吸収部材受け)と、を備えている。 The pile head joint structure 1 comprises a cylindrical outer pipe pile 4 arranged radially outward of the main pile 2 and coaxially therewith, a plurality of flat plate energy absorbing members 5 (energy absorbing members) (four in this embodiment as shown in Figure 2) connected to the radially outward side of the outer pipe pile 4, and a ring-shaped support member 6 (energy absorbing member support) fixed to the foundation 3 and connecting the flat plate energy absorbing members 5 to the foundation 3.

本杭2の構成材料は、例えば鋼材やコンクリートが挙げられる。具体的に本杭2としては、例えば鋼管杭、場所打ち鋼管コンクリート杭、外殻鋼管付きコンクリート杭(SC杭)、遠心プレストレスト鉄筋コンクリート杭(PRC杭)、プレテンション方式遠心力高強度プレストレスコンクリート杭(PHC杭)を採用することができる。本杭2は、全体が地中に埋設され、杭頭部2Aの内側にはコンクリートが充填されている。 Materials constituting the pile 2 include, for example, steel and concrete. Specifically, the pile 2 may be, for example, a steel pipe pile, a cast-in-place steel pipe concrete pile, a concrete pile with a steel shell (SC pile), a centrifugal prestressed reinforced concrete pile (PRC pile), or a pretensioned centrifugal high-strength prestressed concrete pile (PHC pile). The pile 2 is entirely buried in the ground, and the inside of the pile head 2A is filled with concrete.

本杭2の外周面2bには、外管杭4によって囲まれる杭頭部2Aの領域に径方向の外側に凸となる本杭突起22が形成されている。本杭突起22の形状は、限定されることはなく、例えば部分的に設けられるものであってもよいし、周方向に延びる突条であってもよい。このような本杭突起22を設けることにより、本杭2と外管杭4の外鋼管41との間に充填されるコンクリート43(充填材)との付着強度を増大させることができる。 On the outer circumferential surface 2b of the pile 2, a pile projection 22 that protrudes radially outward is formed in the area of the pile head 2A surrounded by the outer pipe pile 4. The shape of the pile projection 22 is not limited, and may be, for example, a partial projection or a circumferentially extending protrusion. By providing such a pile projection 22, the adhesion strength with the concrete 43 (filler) filled between the pile 2 and the outer steel pipe 41 of the outer pipe pile 4 can be increased.

杭頭部2Aの上端2aには、上開口を覆う杭頭キャップ21が外嵌されている。杭頭キャップ21は、鋼製で有頂筒状に形成され、杭頭部2Aの上端2aに上方から被せるようにして固定手段により装着されている。杭頭キャップ21の天面21aは、後述する杭受け盤31が接地される水平面を形成した接地面となっている。 A pile head cap 21 is fitted onto the upper end 2a of the pile head 2A to cover the upper opening. The pile head cap 21 is made of steel and formed into a cylindrical shape with a top, and is attached to the upper end 2a of the pile head 2A by a fixing means so that it covers the upper end 2a from above. The top surface 21a of the pile head cap 21 is a contact surface that forms a horizontal plane on which the pile receiving plate 31 described later is grounded.

基礎3は、上部構造物の柱を下方から支持するコンクリート造のフーチングである。本実施形態では、下半部分が地中に埋設されている。基礎3の下面3aのうち杭頭部2Aの直上の位置には、本杭2と同軸に杭受け盤31が設けられている。杭受け盤31は、基礎3に埋設され、下面31aに杭頭部2Aに装着された杭頭キャップ21の天面21aに面接触する状態で設けられる。基礎3が受ける鉛直荷重は、杭受け盤31及び杭頭キャップ21を介して本杭2に伝達される。基礎3の下面3aには、受け部材6が埋設されている。 The foundation 3 is a concrete footing that supports the columns of the superstructure from below. In this embodiment, the lower half is buried in the ground. A pile receiving plate 31 is provided on the underside 3a of the foundation 3 directly above the pile head 2A, coaxially with the pile 2. The pile receiving plate 31 is buried in the foundation 3, with its underside 31a in surface contact with the top surface 21a of the pile head cap 21 attached to the pile head 2A. The vertical load received by the foundation 3 is transmitted to the pile 2 via the pile receiving plate 31 and the pile head cap 21. A receiving member 6 is buried in the underside 3a of the foundation 3.

リング状受け部材6は、図1及び図2に示すように、鋼製の部材からなるリング状に形成され、リング状受け部材6の下面6aを基礎3の下面3aと面一に配置して基礎3のコンクリートに埋設されて一体的に設けられている。リング状受け部材6の外径寸法及び内径寸法は、4つの平板エネルギー吸収部材5のすべての第1接続部5aが接続するように決められている。リング状受け部材6には、上方に向けて延びて基礎3のコンクリートに定着される複数の定着筋61が突合せ溶接やスタッド溶接により溶着されている。 As shown in Figs. 1 and 2, the ring-shaped support member 6 is formed into a ring shape made of steel, and is embedded in the concrete of the foundation 3 with the lower surface 6a of the ring-shaped support member 6 flush with the lower surface 3a of the foundation 3. The outer and inner diameters of the ring-shaped support member 6 are determined so that all of the first connection portions 5a of the four flat energy absorbing members 5 are connected. A number of anchoring bars 61 that extend upward and are anchored in the concrete of the foundation 3 are welded to the ring-shaped support member 6 by butt welding or stud welding.

リング状受け部材6の下面6aには、平板エネルギー吸収部材5の一端(第1接続部5a)を接続する第1取付フランジ62が設けられている。第1取付フランジ62は、板状で長さ方向を水平方向に向けてリング状受け部材6に溶着されている。第1取付フランジ62には厚さ方向に貫通するボルト孔(図示省略)が形成されている。 A first mounting flange 62 is provided on the underside 6a of the ring-shaped receiving member 6 to which one end (first connection portion 5a) of the flat-plate energy absorbing member 5 is connected. The first mounting flange 62 is plate-shaped and welded to the ring-shaped receiving member 6 with its length oriented horizontally. The first mounting flange 62 has a bolt hole (not shown) that penetrates in the thickness direction.

外管杭4は、本杭2より外径が大きく設定されている。外管杭4は、杭頭部2Aの周囲から取り囲む円筒形状の鋼管円筒状の外鋼管41と、外鋼管41と杭頭部2Aとの間に充填されるコンクリート43(充填材)と、を備えている。外管杭4は、例えば予め本杭2の所定位置に固着されている受け部材(図示省略)上に載置させることにより位置決めされ、杭頭部2Aの杭軸と同軸となるように杭頭部2Aに接合される。 The outer pipe pile 4 has a larger outer diameter than the main pile 2. The outer pipe pile 4 is equipped with a cylindrical outer steel pipe 41 that surrounds the pile head 2A, and concrete 43 (filler) that is filled between the outer steel pipe 41 and the pile head 2A. The outer pipe pile 4 is positioned, for example, by placing it on a receiving member (not shown) that is fixed in advance at a predetermined position of the main pile 2, and is joined to the pile head 2A so that it is coaxial with the pile axis of the pile head 2A.

外鋼管41の内周面41aには、径方向の内側に凸となる外鋼管突起44が形成されている。外鋼管突起44の形状は、限定されることはなく、例えば部分的に設けられるものであってもよいし、周方向に延びる突条であってもよい。このような外鋼管突起44を設けることにより、本杭2と外管杭4の外鋼管41との間に充填されるコンクリート43との付着強度を増大させることができる。 The inner peripheral surface 41a of the outer steel pipe 41 is formed with an outer steel pipe protrusion 44 that is convex radially inward. The shape of the outer steel pipe protrusion 44 is not limited, and may be, for example, a partial protrusion or a circumferentially extending protrusion. By providing such an outer steel pipe protrusion 44, it is possible to increase the adhesion strength with the concrete 43 filled between the main pile 2 and the outer steel pipe 41 of the outer pipe pile 4.

また、外鋼管41の外周面41bには、平板エネルギー吸収部材5の他端(第2接続部5b)を接続する第2取付フランジ45が設けられている。第2取付フランジ45は、板状で長さ方向を上下方向に向けて外鋼管41に溶着されている。第2取付フランジ45には厚さ方向に貫通するボルト孔(図示省略)が形成されている。 A second mounting flange 45 is provided on the outer peripheral surface 41b of the outer steel pipe 41 to which the other end (second connection portion 5b) of the flat-plate energy absorbing member 5 is connected. The second mounting flange 45 is plate-shaped and welded to the outer steel pipe 41 with its length facing up and down. The second mounting flange 45 has a bolt hole (not shown) that penetrates in the thickness direction.

外鋼管41の内側に充填される充填材は、本実施形態のようなコンクリート43に限定されず、モルタルや他の材料であってもよい。このように、本杭2と外管杭4との間にコンクリート43が充填されることで、平板エネルギー吸収部材5の押圧力により外管杭4の外鋼管41の損傷を防止できる。 The filler filled inside the outer steel pipe 41 is not limited to concrete 43 as in this embodiment, but may be mortar or other materials. In this way, by filling the space between the main pile 2 and the outer pipe pile 4 with concrete 43, damage to the outer steel pipe 41 of the outer pipe pile 4 due to the pressing force of the flat plate energy absorbing member 5 can be prevented.

平板エネルギー吸収部材5は、面内方向で長手方向の中間部で折れた形状である。平板エネルギー吸収部材5は、普通の鋼材、あるいは低降伏点鋼のようなエネルギー吸収性能が大きな部材が採用される。平板エネルギー吸収部材5は、一端の第1接続部5aが基礎3に設けられるリング状受け部材6に第1取付フランジ62を介して接続され、他端の第2接続部5bが外管杭4に設けられる第2取付フランジ45を介して接続されている。第1接続部5aと第2接続部5bは、それぞれ第1取付フランジ62、第2取付フランジ45に対してボルト締結により固定されている。このように平板エネルギー吸収部材5がボルトで接続されるので、損傷時に取り替えやすい。 The flat-plate energy absorbing member 5 is bent in the in-plane direction at the midpoint of its length. For the flat-plate energy absorbing member 5, ordinary steel or a material with high energy absorbing performance such as low-yield-point steel is used. The flat-plate energy absorbing member 5 has a first connection portion 5a at one end connected to a ring-shaped receiving member 6 provided on the foundation 3 via a first mounting flange 62, and a second connection portion 5b at the other end connected to a second mounting flange 45 provided on the outer pipe pile 4. The first connection portion 5a and the second connection portion 5b are fixed to the first mounting flange 62 and the second mounting flange 45, respectively, by bolting. Since the flat-plate energy absorbing member 5 is connected with bolts in this way, it is easy to replace when damaged.

4つの平板エネルギー吸収部材5は、図2に示すように、本杭2の周囲に周方向に一定の間隔(ここでは45度ピッチ)をあけて配置されている。平板エネルギー吸収部材5の設置数は、本杭2(外管杭4)の径寸法、基礎3から受ける回転剛性、平板エネルギー吸収部材5自体の材質、形状、厚さ寸法等の条件に応じて適宜変更することが可能である。例えば、図3(a)に示すように6つの平板エネルギー吸収部材5を周方向に所定間隔をあけて配置してもよく、あるいは図3(b)に示すように8つの平板エネルギー吸収部材5を周方向に所定間隔をあけて配置してもよい。
なお、図3(a)、(b)は、平板エネルギー吸収部材5と外管杭4との接続が溶接ではなく、外管杭4の外周面41bに設けられたスリット部材47に対して、平板エネルギー吸収部材5の第1接続部5aに設けられた断面T型の係止突片53が上下方向から差し込まれている。これにより平板エネルギー吸収部材5は横方向(左右方向)への移動が規制された状態で連結されている。
As shown in Fig. 2, the four flat plate energy absorbing members 5 are arranged at regular intervals (here, at 45 degree intervals) in the circumferential direction around the main pile 2. The number of installed flat plate energy absorbing members 5 can be changed appropriately depending on conditions such as the diameter dimension of the main pile 2 (outer pipe pile 4), the rotational rigidity received from the foundation 3, and the material, shape, and thickness dimension of the flat plate energy absorbing members 5 themselves. For example, as shown in Fig. 3(a), six flat plate energy absorbing members 5 may be arranged at regular intervals in the circumferential direction, or as shown in Fig. 3(b), eight flat plate energy absorbing members 5 may be arranged at regular intervals in the circumferential direction.
3(a) and 3(b), the flat plate energy absorbing member 5 and the outer pipe pile 4 are not connected by welding, but rather a locking protrusion 53 with a T-shaped cross section provided on the first connecting portion 5a of the flat plate energy absorbing member 5 is inserted from above and below into a slit member 47 provided on the outer circumferential surface 41b of the outer pipe pile 4. This allows the flat plate energy absorbing member 5 to be connected in a state where its movement in the lateral direction (left and right direction) is restricted.

平板エネルギー吸収部材5には、図4(a)、(b)に示すように、適宜な位置に厚さ方向に貫通する複数(ここでは2つ)のバーリング孔51が形成されている。バーリング孔51は、孔縁に板面から立ち上がるフランジ部51aを有する孔であり、大変形時においても安定したせん断耐力を保持することを可能とした形状となっている。 As shown in Figures 4(a) and (b), the flat energy absorbing member 5 has multiple (here, two) burring holes 51 formed at appropriate positions that penetrate the plate in the thickness direction. The burring holes 51 are holes that have flange portions 51a that rise from the plate surface at the hole edges, and are shaped to enable stable shear strength to be maintained even during large deformations.

なお、バーリング孔51の数量、配置、孔径等の構成は、設計により求められる平板エネルギー吸収部材5の剛性に応じて適宜設定することができる。例えば、図5(a)は1つのみのバーリング孔51が設けられケースであり、図5(b)は3つのバーリング孔51が設けられたケースであり、図5(c)はバーリング孔51が多数設けられたケースである。 The number, arrangement, hole diameter, and other configurations of the burring holes 51 can be set appropriately according to the rigidity of the flat energy absorption member 5 required by design. For example, Fig. 5(a) shows a case where only one burring hole 51 is provided, Fig. 5(b) shows a case where three burring holes 51 are provided, and Fig. 5(c) shows a case where multiple burring holes 51 are provided.

図6に示すように、平板エネルギー吸収部材5とリング状受け部材6との接続部の回転剛性は、平板エネルギー吸収部材5に荷重が流れやすいように、本杭2と基礎3との接続部が付加する基礎3と本杭2との回転剛性以上となるように設定されている。すなわち、リング状受け部材6には、ひげ筋などの定着筋61により完全固定とすることが好ましい。 As shown in Figure 6, the rotational stiffness of the connection between the flat-plate energy absorbing member 5 and the ring-shaped support member 6 is set to be equal to or greater than the rotational stiffness between the foundation 3 and the main pile 2 added by the connection between the main pile 2 and the foundation 3, so that the load can easily flow to the flat-plate energy absorbing member 5. In other words, it is preferable to completely fix the ring-shaped support member 6 with fixing bars 61 such as whisker bars.

ここで、上述した構成の杭頭接合構造1の施工方法(杭頭接合方法)について、説明する。
先ず、図1に示すように、例えば回転圧入工法により地盤に本杭2を打設する。このとき杭頭部2Aは、地中になる位置とする。
次に、本杭2の径方向外側に本杭2と同軸に円筒状の外管杭4を配置する。具体的には、地盤中に打設した本杭2の杭頭部2Aの周囲の地盤を掘削して施工スペースを確保する。本杭2の上端2aには、杭頭キャップ21を外嵌させる。
Here, a construction method (pile head joint method) for the pile head joint structure 1 having the above-described configuration will be described.
First, as shown in Fig. 1, the pile 2 is driven into the ground by, for example, a rotary press-in method, with the pile head 2A positioned underground.
Next, a cylindrical outer pipe pile 4 is placed radially outward of the main pile 2 and coaxially with the main pile 2. Specifically, the ground around the pile head 2A of the main pile 2 driven into the ground is excavated to secure a construction space. A pile head cap 21 is fitted onto the upper end 2a of the main pile 2.

続いて、外管杭4の外鋼管41を杭頭部2Aの径方向の外側に被せるようにして配置する。なお、外鋼管41の外周面41bには予め第2取付フランジ45が溶着されている。 Then, the outer steel pipe 41 of the outer pipe pile 4 is placed so as to cover the radial outside of the pile head 2A. The second mounting flange 45 is welded to the outer peripheral surface 41b of the outer steel pipe 41 in advance.

次に、本杭2の上方に基礎3を設ける。基礎3は、所定領域に型枠を設け、基礎3の下面3aに杭受け盤31とリング状受け部材6を配置してから型枠内にコンクリートを打設する。このとき、杭受け盤31の下面31aは本杭2の上端2aに設けた杭頭キャップ21の天面21aに対して接地した状態となる。なお、リング状受け部材6の下面6aには予め第1取付フランジ62を溶着しておく。 Next, the foundation 3 is installed above the pile 2. A formwork is set up in a specified area for the foundation 3, and the pile receiving plate 31 and ring-shaped receiving member 6 are placed on the underside 3a of the foundation 3, and concrete is then poured into the formwork. At this time, the underside 31a of the pile receiving plate 31 is in contact with the top surface 21a of the pile head cap 21 installed on the upper end 2a of the pile 2. The first mounting flange 62 is welded to the underside 6a of the ring-shaped receiving member 6 in advance.

次に、外管杭4の第2取付フランジ45とリング状受け部材6の第1取付フランジ62とを平板エネルギー吸収部材5でボルト締結により接続する。なお、基礎3の型枠内のコンクリート打設は、外管杭4の第2取付フランジ45とリング状受け部材6の第1取付フランジ62とを平板エネルギー吸収部材5でボルト締結した後に実施してもよい。
また、外管杭4、平板エネルギー吸収部材5及びリング状受け部材6は予め工場で組み立て、現場に持ち込んでもよいし、杭頭部2Aに設置する前に現場で組み立ててもよい。そして、外鋼管41と杭頭部2Aとの間の隙間からコンクリート流出しないようせき止め処理を設置した後、外鋼管41と杭頭部2Aとの間にコンクリート43を充填して硬化させる。その後、杭頭部2Aの周囲で掘削した領域を土砂で埋め戻す。これにより、杭頭接合構造1の施工が完了となる。
さらに、基礎3の上方には上部構造物を施工する。
Next, the second mounting flange 45 of the outer pipe pile 4 and the first mounting flange 62 of the ring-shaped receiving member 6 are connected by bolting with the flat plate energy absorbing member 5. Note that concrete may be poured into the formwork for the foundation 3 after the second mounting flange 45 of the outer pipe pile 4 and the first mounting flange 62 of the ring-shaped receiving member 6 are bolted with the flat plate energy absorbing member 5.
The outer pipe pile 4, flat plate energy absorbing member 5 and ring-shaped receiving member 6 may be preassembled in a factory and brought to the site, or may be assembled on-site before installation at the pile head 2A. After installing a damming treatment to prevent concrete from leaking out from the gap between the outer steel pipe 41 and the pile head 2A, concrete 43 is filled between the outer steel pipe 41 and the pile head 2A and allowed to harden. After that, the excavated area around the pile head 2A is backfilled with soil. This completes the construction of the pile head joint structure 1.
Furthermore, a superstructure is constructed above the foundation 3.

次に、上述した杭頭接合構造、既設構造物の耐震補強方法、及び既設構造物の杭頭接合部の補修方法の作用について、図面に基づいて詳細に説明する。
本実施形態による杭頭接合構造1では、図6に示すように、地震が発生した際には、本実施形態のように半剛接合の場合において本杭2と基礎3との接続部の回転(図6の符号F)が一部許容される。そして、上部構造物に働く慣性力に起因して杭頭部2Aに作用するせん断力および曲げモーメントは、平板エネルギー吸収部材5がせん断変形することでその大部分が吸収されるため、エネルギー吸収量を大きくすることが可能となり、一部のみが本杭2によって負担される。したがって、本杭2は断面を小さくすることが可能となり、施工にかかるコストを低減できる。
Next, the functions of the above-mentioned pile head joint structure, the method for seismic reinforcement of an existing structure, and the method for repairing a pile head joint of an existing structure will be described in detail with reference to the drawings.
In the pile head joint structure 1 according to this embodiment, as shown in Fig. 6, when an earthquake occurs, in the case of a semi-rigid joint as in this embodiment, some rotation (symbol F in Fig. 6) of the connection part between the main pile 2 and the foundation 3 is permitted. Furthermore, the shear force and bending moment acting on the pile head 2A due to the inertial force acting on the superstructure are absorbed mostly by the shear deformation of the flat plate energy absorbing member 5, making it possible to increase the amount of energy absorption, and only a portion of the energy is borne by the main pile 2. Therefore, the cross section of the main pile 2 can be made small, and construction costs can be reduced.

また、本実施形態では、本杭2は上部構造物に働く慣性力に起因して杭頭部分に作用するせん断力および曲げモーメントによる損傷を受けることがないため、軸力保持機能を担保することができる。そのため、上部構造物の傾斜や沈下を発生させず、過大な変位の発生を防ぐことができることから、大地震後においても安定的に上部構造物を支持することができる。 In addition, in this embodiment, the pile 2 is not damaged by the shear force and bending moment acting on the pile head due to the inertial force acting on the superstructure, so the axial force retention function can be guaranteed. Therefore, the superstructure does not tilt or sink, and excessive displacement can be prevented, so the superstructure can be stably supported even after a major earthquake.

また、本実施形態では、従来のようなエネルギー吸収部材を本杭2や基礎3の内部に設ける構造ではなく、平板エネルギー吸収部材5を本杭2の外方に設けることで、一度損傷した平板エネルギー吸収部材5の交換作業を容易に行うことができる。
したがって、損傷した平板エネルギー吸収部材5を新たなものに取り替えることで、新たな地震に備えることができる。とくに、地震時に損傷しやすい上部構造物の外周の本杭2に対しては、上部構造物の外周側から地盤を掘削することにより容易に取り替えることができる。
Furthermore, in this embodiment, instead of the conventional structure in which the energy absorption member is provided inside the main pile 2 or the foundation 3, the flat plate energy absorption member 5 is provided on the outside of the main pile 2, which makes it easy to replace the flat plate energy absorption member 5 that has been damaged.
Therefore, it is possible to prepare for a new earthquake by replacing the damaged flat-plate energy absorbing members 5 with new ones. In particular, the main piles 2 on the periphery of the superstructure, which are easily damaged during an earthquake, can be easily replaced by excavating the ground from the periphery side of the superstructure.

しかも、本実施形態では、杭頭部分に平板エネルギー吸収部材5として鋼材を使用することにより、メンテナンス不要で安定した履歴を得ることができる。そのため、通常、制振ダンパーや免震ダンパーを使用する際に必要なメンテナンス用の地下空間、地下階が不要となり、上部構造物の建設コストの低減を図ることが可能となる。 Moreover, in this embodiment, by using steel material as the flat plate energy absorption member 5 in the pile head portion, a stable history can be obtained without the need for maintenance. This eliminates the need for underground space and basement floors for maintenance that are normally required when using vibration control dampers or seismic isolation dampers, making it possible to reduce the construction costs of the superstructure.

また、本実施形態では、外管杭4と平板エネルギー吸収部材5の接続、およびリング状受け部材6と平板エネルギー吸収部材5の接続をボルト締結によって機械的に行うことができ、取り替え作業を効率的に行うことができる。
具体的には、杭頭接合構造1を新設する際には、本杭2の上方から外管杭4を被せた後にボルト締結する作業のみで施工することができる。また、既設の杭頭接合構造1を補強する際には、例えば半割の鋼管を本杭2の外側に配置し溶接することで外管杭4を形成し、その外管杭4に平板エネルギー吸収部材5をボルトで取り付ける作業となり、容易に施工することができる。
In addition, in this embodiment, the connection between the outer pipe pile 4 and the flat plate energy absorption member 5, and the connection between the ring-shaped receiving member 6 and the flat plate energy absorption member 5 can be mechanically performed by bolt fastening, allowing replacement work to be performed efficiently.
Specifically, when constructing a new pile head joint structure 1, construction can be performed simply by placing the outer pipe pile 4 over the main pile 2 from above and then fastening it with bolts. In addition, when reinforcing an existing pile head joint structure 1, construction can be easily performed by forming the outer pipe pile 4 by, for example, placing a half steel pipe on the outside of the main pile 2 and welding it, and then attaching the flat plate energy absorbing member 5 to the outer pipe pile 4 with bolts.

また、本実施形態では、平板エネルギー吸収部材5を使用することで、プレート面方向を鉛直方向に向けた簡単な部材により杭頭接合構造1を施工することができる。 In addition, in this embodiment, by using a flat plate energy absorption member 5, the pile head joint structure 1 can be constructed using a simple member with the plate surface oriented vertically.

さらに、本実施形態による杭頭接合構造1の場合には、平板エネルギー吸収部材5にバーリング加工により施されたバーリング孔51が形成されているので、鋼材重量当たりのエネルギー吸収が大きくなり、効率よくせん断抵抗を発揮することができる。 Furthermore, in the case of the pile head joint structure 1 according to this embodiment, burring holes 51 are formed in the flat plate energy absorption member 5 by burring processing, so that the energy absorption per weight of steel material is increased and shear resistance can be efficiently exerted.

また、本実施形態では、基礎3と平板エネルギー吸収部材5との接続部の回転剛性は、基礎3と本杭2との接続部が付加する基礎3と本杭2との回転剛性以上となるように設定されているので、地震時に基礎3に作用する回転が基礎3と本杭2との接続部で完全に許容され、その回転よる基礎3の荷重が平板エネルギー吸収部材5に流れやすくなる。これにより、力の伝達効率がより向上するので、より確実に本杭2の断面を小さくすることが可能となり、施工にかかるコストを低減できる。 In addition, in this embodiment, the rotational stiffness of the connection between the foundation 3 and the flat plate energy absorbing member 5 is set to be equal to or greater than the rotational stiffness between the foundation 3 and the main pile 2 added by the connection between the foundation 3 and the main pile 2, so that the rotation acting on the foundation 3 during an earthquake is fully tolerated by the connection between the foundation 3 and the main pile 2, and the load of the foundation 3 due to this rotation is more likely to flow to the flat plate energy absorbing member 5. This further improves the efficiency of force transmission, making it possible to more reliably reduce the cross section of the main pile 2, thereby reducing construction costs.

さらに、本実施形態では、本杭2と外管杭4の間にコンクリート43が充填されているので、地震時において平板エネルギー吸収部材5から受ける押圧力によって外管杭4が変形して損傷することを抑制できる。 Furthermore, in this embodiment, concrete 43 is filled between the main pile 2 and the outer pipe pile 4, so that deformation and damage to the outer pipe pile 4 due to the pressing force received from the flat plate energy absorbing member 5 during an earthquake can be suppressed.

さらにまた、本実施形態では、外管杭4の径方向の内側の管内周面、及び本杭2の径方向外側の杭外周面の両者に突起が設けられているので、本杭2と外管杭4の間に充填されるコンクリート43における外管杭4あるいは本杭2に対する付着強度を高めることができ、一体化することが可能となる。 Furthermore, in this embodiment, protrusions are provided on both the radially inner pipe inner surface of the outer pipe pile 4 and the radially outer pile outer surface of the main pile 2, so that the adhesion strength of the concrete 43 filled between the main pile 2 and the outer pipe pile 4 to the outer pipe pile 4 or the main pile 2 can be increased, making it possible to integrate them.

上述した本実施形態による杭頭接合構造、既設構造物の耐震補強方法、及び既設構造物の杭頭接合部の補修方法では、杭頭部2Aを半剛接合とした場合において、低コストで本杭2の軸力保持機能を担保し、上部構造物の傾斜や沈下および過大な変位を防ぐことができ、一度損傷した後には容易に取り替えることができる。 In the pile head joint structure, the method for seismic reinforcement of an existing structure, and the method for repairing a pile head joint of an existing structure according to the present embodiment described above, when the pile head 2A is semi-rigidly joined, the axial force retention function of the pile 2 can be ensured at low cost, the inclination, settlement, and excessive displacement of the superstructure can be prevented, and it can be easily replaced once it is damaged.

次に、本発明の杭頭接合構造、既設構造物の耐震補強方法、及び既設構造物の杭頭接合部の補修方法の他の実施形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の実施形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、実施形態と異なる構成について説明する。 Next, other embodiments of the pile head joint structure, the method for seismic reinforcement of an existing structure, and the method for repairing the pile head joint of an existing structure of the present invention will be described with reference to the attached drawings. The same reference numerals will be used for the same or similar members and parts as those in the above-mentioned embodiment, and the description will be omitted. Configurations that differ from the embodiment will be described.

(第2実施形態)
図7に示すように、第2実施形態による杭頭接合構造1Aは、回転を完全に許容するピン接合により接合された構造となっている。第2実施形態の杭頭接合構造1Aでは、本杭2、外管杭4、平板エネルギー吸収部材5、リング状受け部材6の構成については、上述した第1実施形態と同様の構成である。
Second Embodiment
As shown in Fig. 7, the pile head joint structure 1A according to the second embodiment is a structure in which the piles are joined by pin joints that completely allow rotation. In the pile head joint structure 1A of the second embodiment, the main pile 2, the outer pipe pile 4, the flat plate energy absorbing member 5, and the ring-shaped receiving member 6 are configured in the same manner as in the first embodiment described above.

本杭2の上端2aには、上向きに凸となる球面状の凸曲面23aが形成された第2杭頭キャップ23が外嵌されている。基礎3には、第2杭頭キャップ23の凸曲面23aに摺動可能な第2杭受け盤33が埋設されている。第2受け盤33の下面には、凸曲面23aと同等の曲面を有する凹曲面33aが形成されている。第2杭頭キャップ23と第2受け盤33とは、凸曲面23aと凹曲面33aが面接触した状態で設けられ、接触面に沿って摺動可能となっている。そのため、本杭2と基礎3とは、凸曲面23aと凹曲面33aとの接触部を中心にして円滑に回転可能で、基礎3の鉛直方向の荷重が本杭2に伝達されるピン接合による支持構造となっている。 The second pile head cap 23, which has a spherical convex surface 23a that is convex upward, is fitted to the upper end 2a of the pile 2. A second pile receiving plate 33 that can slide on the convex surface 23a of the second pile head cap 23 is embedded in the foundation 3. The lower surface of the second receiving plate 33 is formed with a concave surface 33a that has a curved surface equivalent to the convex surface 23a. The second pile head cap 23 and the second receiving plate 33 are provided with the convex surface 23a and the concave surface 33a in surface contact, and can slide along the contact surface. Therefore, the pile 2 and the foundation 3 can rotate smoothly around the contact part between the convex surface 23a and the concave surface 33a, and the vertical load of the foundation 3 is transmitted to the pile 2.

第2実施形態による杭頭接合構造1Aでは、図8に示すように、地震が発生した際には、ピン接合であるので、本杭2と基礎3との接続部の回転(図8の符号F)が完全に許容される。そして、上部構造物に働く慣性力に起因して杭頭部2Aに作用するせん断力および曲げモーメントは、平板エネルギー吸収部材5がせん断変形することでその大部分が吸収され、一部のみが本杭2によって負担される。したがって、本杭2は断面を小さくすることが可能となり、施工にかかるコストを低減できる。 As shown in Figure 8, in the pile head joint structure 1A according to the second embodiment, when an earthquake occurs, because it is a pin joint, rotation of the connection between the main pile 2 and the foundation 3 (symbol F in Figure 8) is fully permitted. Furthermore, the shear force and bending moment acting on the pile head 2A due to the inertial force acting on the superstructure is absorbed mostly by the shear deformation of the flat plate energy absorbing member 5, and only a portion of it is borne by the main pile 2. Therefore, the cross section of the main pile 2 can be made smaller, reducing construction costs.

また、第2実施形態では、本杭2は上部構造物に働く慣性力に起因して杭頭部分に作用するせん断力および曲げモーメントによる損傷を受けることがないため、軸力保持機能を担保することができる。そのため、上部構造物の傾斜や沈下を発生させず、過大な変位の発生を防ぐことができることから、大地震後においても安定的に上部構造物を支持することができる。 In addition, in the second embodiment, the pile 2 is not damaged by the shear force and bending moment acting on the pile head due to the inertial force acting on the superstructure, so the axial force retention function can be guaranteed. Therefore, the superstructure does not tilt or sink, and excessive displacement can be prevented, so the superstructure can be stably supported even after a major earthquake.

さらに、第2実施形態では、従来のようなエネルギー吸収部材を本杭2や基礎3の内部に設ける構造ではなく、平板エネルギー吸収部材5を本杭2の外方に設けることで、一度損傷した平板エネルギー吸収部材5の交換作業を容易に行うことができる。したがって、損傷した平板エネルギー吸収部材5を新たなものに取り替えることで、新たな地震に備えることができる。とくに、地震時に損傷しやすい上部構造物の外周の本杭2に対しては、上部構造物の外周側から地盤を掘削することにより容易に取り替えることができる。 Furthermore, in the second embodiment, unlike the conventional structure in which the energy absorbing member is provided inside the main pile 2 or foundation 3, the plate energy absorbing member 5 is provided on the outside of the main pile 2, which makes it easy to replace a damaged plate energy absorbing member 5. Therefore, by replacing a damaged plate energy absorbing member 5 with a new one, it is possible to prepare for a new earthquake. In particular, for the main piles 2 on the periphery of the superstructure, which are prone to damage during an earthquake, they can be easily replaced by excavating the ground from the periphery side of the superstructure.

(第3実施形態)
次に、図9及び図10に示す第3実施形態による杭頭接合構造1Bは、上述した第1実施形態において平板エネルギー吸収部材5(図1参照)に代えて第1U型エネルギー吸収部材7(エネルギー吸収部材、U型部材)を設けた構成のものである。
Third Embodiment
Next, the pile head joint structure 1B according to the third embodiment shown in Figures 9 and 10 has a configuration in which a first U-shaped energy absorption member 7 (energy absorption member, U-shaped member) is provided instead of the flat energy absorption member 5 (see Figure 1) in the first embodiment described above.

第1U型エネルギー吸収部材7は、中間部にU字状に湾曲する湾曲部71を有する板状部材である。第1U型エネルギー吸収部材7は、湾曲部71が両端(後述する第1板面72の端部72a、第2板面73の端部73a)よりも径方向の外側に位置するように配置されている。湾曲部71を挟んだ一方の第1板面72は、基礎3の下面3aに対向させて配置され、基礎3に埋設されているリング状受け部材6にボルト締結により固定されている。他方の第2板面73は、外管杭4の外周面41bから径方向の外側に突出する第2取付けフランジ46上に載置させた状態でボルト締結により固定されている。第2取付けフランジ46は、フランジ面が基礎3の下面3aを向くように配置されている。
第1U型エネルギー吸収部材7は、図10に示すように、周方向に一定間隔(ここでは45度ピッチの間隔)をあけて4つ配置されている。
The first U-shaped energy absorbing member 7 is a plate-like member having a curved portion 71 curved in a U-shape at the middle portion. The first U-shaped energy absorbing member 7 is arranged so that the curved portion 71 is located radially outward from both ends (an end 72a of the first plate surface 72 and an end 73a of the second plate surface 73, which will be described later). One of the first plate surfaces 72 sandwiching the curved portion 71 is arranged facing the lower surface 3a of the foundation 3 and is fixed by bolt fastening to the ring-shaped receiving member 6 buried in the foundation 3. The other second plate surface 73 is fixed by bolt fastening in a state in which it is placed on the second mounting flange 46 protruding radially outward from the outer peripheral surface 41b of the outer pipe pile 4. The second mounting flange 46 is arranged so that the flange surface faces the lower surface 3a of the foundation 3.
As shown in FIG. 10, four first U-shaped energy absorbing members 7 are arranged at regular intervals (here, at 45° intervals) in the circumferential direction.

このような構成によれば、図11に示すように、エネルギー吸収部材を第1U型エネルギー吸収部材7とすることで、U字状の湾曲部71の変形を利用することで、上部構造物に働く慣性力に起因して杭頭部2Aに作用するせん断力および曲げモーメントを効果的に第1U型エネルギー吸収部材7で吸収することができる。
しかも、第1U型エネルギー吸収部材7の場合には、U字状の湾曲部71による変形量を大きく取れるので、第1U型エネルギー吸収部材7自体の損傷も小さく抑えることが可能となる。
According to this configuration, as shown in Figure 11, by using the first U-shaped energy absorption member 7 as the energy absorption member, the deformation of the U-shaped curved portion 71 can be utilized, so that the shear force and bending moment acting on the pile head 2A due to the inertial force acting on the superstructure can be effectively absorbed by the first U-shaped energy absorption member 7.
Moreover, in the case of the first U-shaped energy absorbing member 7, since the amount of deformation due to the U-shaped curved portion 71 can be made large, damage to the first U-shaped energy absorbing member 7 itself can be kept small.

(第4実施形態)
次に、図12に示す第4実施形態による杭頭接合構造1Cは、上述した第3実施形態の杭頭接合構造1B(図9参照)において、回転を完全に許容するピン接合により接合された構造となっている。第4実施形態の杭頭接合構造1Cでは、本杭2、外管杭4、第1U型エネルギー吸収部材7、リング状受け部材6の構成については、上述した第1実施形態と同様の構成である。
Fourth Embodiment
Next, the pile head joint structure 1C according to the fourth embodiment shown in Fig. 12 is a structure in which the pile head joint structure 1B of the third embodiment (see Fig. 9) is joined by a pin joint that completely allows rotation. In the pile head joint structure 1C of the fourth embodiment, the main pile 2, the outer pipe pile 4, the first U-shaped energy absorbing member 7, and the ring-shaped receiving member 6 are configured similarly to those of the first embodiment.

本杭2の上端2aには、上向きに凸となる球面状の凸曲面23aが形成された第2杭頭キャップ23が外嵌されている。基礎3には、第2杭頭キャップ23の凸曲面23aに摺動可能な第2杭受け盤33が埋設されている。第2受け盤33の下面には、凸曲面23aと同等の曲面を有する凹曲面33aが形成されている。第2杭頭キャップ23と第2受け盤33とは、凸曲面23aと凹曲面33aが面接触した状態で設けられ、接触面に沿って摺動可能となっている。そのため、本杭2と基礎3とは、凸曲面23aと凹曲面33aとの接触部を中心にして円滑に回転可能で、基礎3の鉛直方向の荷重が本杭2に伝達されるピン接合による支持構造となっている。 The second pile head cap 23, which has a spherical convex surface 23a that is convex upward, is fitted to the upper end 2a of the pile 2. A second pile receiving plate 33 that can slide on the convex surface 23a of the second pile head cap 23 is embedded in the foundation 3. The lower surface of the second receiving plate 33 is formed with a concave surface 33a that has a curved surface equivalent to the convex surface 23a. The second pile head cap 23 and the second receiving plate 33 are provided with the convex surface 23a and the concave surface 33a in surface contact, and can slide along the contact surface. Therefore, the pile 2 and the foundation 3 can rotate smoothly around the contact part between the convex surface 23a and the concave surface 33a, and the vertical load of the foundation 3 is transmitted to the pile 2.

第4実施形態による杭頭接合構造1Cでは、図13に示すように、地震が発生した際には、ピン接合であるので、本杭2と基礎3との接続部の回転Fが完全に許容される。そして、上部構造物に働く慣性力に起因して杭頭部2Aに作用するせん断力および曲げモーメントは、第1U型エネルギー吸収部材7がせん断変形することでその大部分が吸収され、一部のみが本杭2によって負担される。したがって、本杭2は断面を小さくすることが可能となり、施工にかかるコストを低減できる。 As shown in FIG. 13, in the pile head joint structure 1C according to the fourth embodiment, when an earthquake occurs, rotation F of the connection between the main pile 2 and the foundation 3 is completely permitted because it is a pin joint. Furthermore, the shear force and bending moment acting on the pile head 2A due to the inertial force acting on the superstructure is absorbed mostly by the shear deformation of the first U-shaped energy absorbing member 7, and only a portion of it is borne by the main pile 2. Therefore, the cross section of the main pile 2 can be made smaller, reducing construction costs.

また、第4実施形態では、本杭2は上部構造物に働く慣性力に起因して杭頭部分に作用するせん断力および曲げモーメントによる損傷を受けることがないため、軸力保持機能を担保することができる。そのため、上部構造物の傾斜や沈下を発生させず、過大な変位の発生を防ぐことができることから、大地震後においても安定的に上部構造物を支持することができる。 In addition, in the fourth embodiment, the pile 2 is not damaged by the shear force and bending moment acting on the pile head due to the inertial force acting on the superstructure, so the axial force retention function can be guaranteed. Therefore, the superstructure does not tilt or sink, and excessive displacement can be prevented, so the superstructure can be stably supported even after a major earthquake.

さらに、第4実施形態では、従来のようになエネルギー吸収部材を本杭2や基礎3の内部に設ける構造ではなく、平板エネルギー吸収部材5を本杭2の外方に設けることで、一度損傷した第1U型エネルギー吸収部材7の交換作業を容易に行うことができる。したがって、損傷した第1U型エネルギー吸収部材7を新たなものに取り替えることで、新たな地震に備えることができる。とくに、地震時に損傷しやすい上部構造物の外周の本杭2に対しては、上部構造物の外周側から地盤を掘削することにより容易に取り替えることができる。 Furthermore, in the fourth embodiment, unlike the conventional structure in which the energy absorbing member is provided inside the main pile 2 or foundation 3, the flat energy absorbing member 5 is provided on the outside of the main pile 2, making it easy to replace the first U-shaped energy absorbing member 7 that has been damaged. Therefore, by replacing the damaged first U-shaped energy absorbing member 7 with a new one, it is possible to prepare for a new earthquake. In particular, for the main piles 2 on the periphery of the superstructure, which are prone to damage during earthquakes, they can be easily replaced by excavating the ground from the periphery side of the superstructure.

(第5実施形態)
次に、図14に示す第5実施形態による杭頭接合構造1Dは、上述した第3実施形態による第1U型エネルギー吸収部材7の取り付け向きを代えた第2U型エネルギー吸収部材7A(エネルギー吸収部材)を使用した構成である。
第2U型エネルギー吸収部材7Aは、湾曲部71を上側に向け、第1板面72の端部72a及び第2板面73の端部73aを下側に向けて配置されている。湾曲部71を挟んだ一方の第1板面72と他方の第2板面73は、それぞれ径方向に直交する方向に向けて配置される。第1板面72は、基礎3に埋設されているリング状受け部材6の下面6aから下方に延びる板状の支持ブラケット63にボルト締結により固定されている。第2板面73は、外管杭4の外周面41bに対してボルト締結により固定されている。支持ブラケット63の板面63aは、第1板面72に対して面同士が平行となるように配置されている。
Fifth Embodiment
Next, the pile head joint structure 1D according to the fifth embodiment shown in Figure 14 is configured to use a second U-shaped energy absorbing member 7A (energy absorbing member) in which the mounting orientation of the first U-shaped energy absorbing member 7 according to the third embodiment described above is changed.
The second U-shaped energy absorbing member 7A is arranged with the curved portion 71 facing upward, and the end 72a of the first plate surface 72 and the end 73a of the second plate surface 73 facing downward. The first plate surface 72 and the second plate surface 73 sandwiching the curved portion 71 are arranged in directions perpendicular to the radial direction. The first plate surface 72 is fixed by bolt fastening to a plate-shaped support bracket 63 extending downward from the lower surface 6a of the ring-shaped receiving member 6 embedded in the foundation 3. The second plate surface 73 is fixed by bolt fastening to the outer peripheral surface 41b of the outer pipe pile 4. The plate surface 63a of the support bracket 63 is arranged so that the surfaces are parallel to the first plate surface 72.

第2U型エネルギー吸収部材7は、図15に示すように、周方向に一定間隔(ここでは45度ピッチの間隔)をあけて4つ配置されている。 As shown in FIG. 15, four second U-shaped energy absorbing members 7 are arranged at regular intervals (here, at 45 degree intervals) in the circumferential direction.

図16に示すように、第5実施形態では、エネルギー吸収部材を第2U型エネルギー吸収部材7Aとすることで、U字状の湾曲面の変形を利用することで、上部構造物に働く慣性力に起因して杭頭部2Aに作用するせん断力および曲げモーメントを効果的に第2U型エネルギー吸収部材7Aで吸収することができる。
しかも、第2U型エネルギー吸収部材7Aの場合には、U字状の湾曲面による変形量を大きく取れるので、第2U型エネルギー吸収部材7A自体の損傷も小さく抑えることが可能となる。
As shown in Figure 16, in the fifth embodiment, the energy absorbing member is a second U-shaped energy absorbing member 7A, and by utilizing the deformation of the U-shaped curved surface, the shear force and bending moment acting on the pile head 2A due to the inertial force acting on the superstructure can be effectively absorbed by the second U-shaped energy absorbing member 7A.
Moreover, in the case of the second U-shaped energy absorbing member 7A, the amount of deformation due to the U-shaped curved surface can be made large, so that damage to the second U-shaped energy absorbing member 7A itself can be kept small.

以上、本発明による杭頭接合構造、既設構造物の耐震補強方法、及び既設構造物の杭頭接合部の補修方法の実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 The above describes embodiments of the pile head joint structure, the method for seismic reinforcement of an existing structure, and the method for repairing the pile head joint of an existing structure according to the present invention, but the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments and can be modified as appropriate without departing from the spirit of the invention.

例えば、図17(a)、(b)に示す第1変形例のように、1本の本杭2に対して、上述した実施形態で記載した平板エネルギー吸収部材5と第1U型エネルギー吸収部材7を組み合わせた構成あってもかまわない。また、平板エネルギー吸収部材5と第1U型エネルギー吸収部材7を周方向に交互に配置することに限定されることもない。 For example, as in the first modified example shown in Figures 17(a) and (b), a configuration in which the flat plate energy absorption member 5 and the first U-shaped energy absorption member 7 described in the above embodiment are combined for one main pile 2 may be used. In addition, the configuration is not limited to alternating arrangement of the flat plate energy absorption member 5 and the first U-shaped energy absorption member 7 in the circumferential direction.

また、上述した実施形態では、周方向に延在するリング状のリング状受け部材6をエネルギー吸収部材の接続部として基礎3に埋設した構成としているが、リング状であることに限定されることない。例えば、図18(a)、(b)に示すように、受け部材6A(エネルギー吸収部材受け)は、周方向に分割されていてもよい。つまり、エネルギー吸収部材(平板エネルギー吸収部材5)毎に個別に受け部材6Aが設けられるような構成とすることも可能である。 In addition, in the above-described embodiment, the ring-shaped receiving member 6 extending in the circumferential direction is embedded in the foundation 3 as a connection part for the energy absorbing member, but is not limited to being ring-shaped. For example, as shown in Figures 18(a) and (b), the receiving member 6A (energy absorbing member receiving member) may be divided in the circumferential direction. In other words, it is also possible to configure the receiving member 6A to be provided individually for each energy absorbing member (flat-plate energy absorbing member 5).

また、本実施形態では、外管杭4と本杭2の杭頭部2Aとの間にコンクリート43が充填された構成としているが、溶融鉛、樹脂等の充填可能な材料としてもよく、このコンクリート43等の充填材を省略することも可能である。 In addition, in this embodiment, concrete 43 is filled between the outer pipe pile 4 and the pile head 2A of the main pile 2, but it may be filled with a fillable material such as molten lead or resin, and it is also possible to omit the filler material such as concrete 43.

さらに、本実施形態では、平板エネルギー吸収部材5にバーリング孔51を1又は複数設けた構成としているが、バーリング孔51は省略してもよい。すなわち、バーリング孔51を有さない平板エネルギー吸収部材5であってもかまわない。 In addition, in this embodiment, the flat energy absorbing member 5 is configured to have one or more burring holes 51, but the burring holes 51 may be omitted. In other words, the flat energy absorbing member 5 may not have the burring holes 51.

さらにまた、本実施形態では、エネルギー吸収部材5、7、7Aがボルト締結により外管杭4やエネルギー吸収部材受けに接続した構成としているが、接続手段としてボルト締結に限定されることはなく、溶接など他の方法により接続されていてもよい。 Furthermore, in this embodiment, the energy absorbing members 5, 7, and 7A are configured to be connected to the outer pipe pile 4 and the energy absorbing member receiver by bolt fastening, but the connection means is not limited to bolt fastening and may be connected by other methods such as welding.

また、図19に示す第3変形例における杭頭接合構造1Eは、上述した実施形態の外管杭4(図1など参照)を省略して、本杭2の杭頭部2Aに対して直接、平板エネルギー吸収部材5を接続した構成となっている。すなわち、第3変形例では、平板エネルギー吸収部材5の一端の第1接続部5aがリング状受け部材6を介して基礎3に接続され、他端の第2接続部5bが本杭2の外周面2bに接続された接続プレート24を介してボルト締結により接続されている。この場合には、外管杭を設けることによるコストや作業にかかる手間を低減することができる。
このように、平板エネルギー吸収部材5を外管杭を介在させることなく直接、本杭2に接続する構成であっても、外管杭を設ける場合と同様に、杭頭部2Aを半剛接合とした場合において、低コストで本杭2の軸力保持機能を担保し、上部構造物の傾斜や沈下および過大な変位を防ぐことができ、一度損傷した後には容易に取り替えることができる利点がある。
Moreover, a pile head joint structure 1E in a third modified example shown in Fig. 19 is configured such that the outer pipe pile 4 (see Fig. 1, etc.) of the above-mentioned embodiment is omitted, and a flat plate energy absorbing member 5 is directly connected to the pile head 2A of the main pile 2. That is, in the third modified example, a first connection portion 5a at one end of the flat plate energy absorbing member 5 is connected to the foundation 3 via a ring-shaped receiving member 6, and a second connection portion 5b at the other end is connected by bolt fastening via a connection plate 24 connected to the outer circumferential surface 2b of the main pile 2. In this case, the cost and labor required for providing the outer pipe pile can be reduced.
In this way, even if the flat plate energy absorption member 5 is connected directly to the main pile 2 without the interposition of an outer pipe pile, if the pile head 2A is made a semi-rigid connection, as in the case of providing an outer pipe pile, the axial force retention function of the main pile 2 can be ensured at low cost, and tilting, settlement, and excessive displacement of the superstructure can be prevented, and it has the advantage of being easily replaced once damaged.

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、前記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。 In addition, the components in the above-described embodiments may be replaced with well-known components as appropriate without departing from the spirit of the present invention.

1、1A、1B、1C、1D、1E 杭頭接合構造
2 本杭
2A 杭頭部
3 基礎
4 外管杭
5 平板エネルギー吸収部材(エネルギー吸収部材)
6 リング状受け部材(エネルギー吸収受け部材)
6A 受け部材(エネルギー吸収受け部材)
7 第1U型エネルギー吸収部材(エネルギー吸収部材、U型部材)
7A 第2U型エネルギー吸収部材(エネルギー吸収部材、U型部材)
21、23 杭頭キャップ
22 本杭突起
31、33 杭受け盤
41 外鋼管
43 コンクリート(充填材)
44 外鋼管突起
45 第2取付フランジ
51 バーリング孔
61 定着筋
62 第1取付フランジ
1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E Pile head joint structure 2 Pile 2A Pile head 3 Foundation 4 Outer pipe pile 5 Flat plate energy absorption member (energy absorption member)
6 Ring-shaped receiving member (energy absorbing receiving member)
6A Receiving member (energy absorbing receiving member)
7 First U-shaped energy absorbing member (energy absorbing member, U-shaped member)
7A Second U-shaped energy absorbing member (energy absorbing member, U-shaped member)
21, 23 Pile head cap 22 Pile projection 31, 33 Pile receiving plate 41 Outer steel pipe 43 Concrete (filler)
44 Outer steel pipe projection 45 Second mounting flange 51 Burring hole 61 Anchoring bar 62 First mounting flange

Claims (32)

上部構造物の基礎と本杭を接続するための杭頭接合構造であって、
前記基礎と前記本杭の接続部は、前記基礎の回転を一部許容する半剛接合、または前記回転を完全に許容するピン接合により接合され、
前記本杭の径方向外側に接続されたエネルギー吸収部材と、
前記基礎に定着され、前記エネルギー吸収部材を前記基礎に接続するエネルギー吸収部材受けと、
を備え
前記本杭の周囲を取り囲むように前記本杭と同軸に配置された外管杭が設けられ、
前記エネルギー吸収部材は、前記外管杭の径方向外側に接続されていることを特徴とする杭頭接合構造。
A pile head joint structure for connecting the foundation of the superstructure and the main pile,
The connection between the foundation and the pile is made by a semi-rigid joint that allows some rotation of the foundation, or a pin joint that allows the rotation completely,
An energy absorbing member connected to the radially outer side of the pile;
an energy absorbing member receiver fixed to the foundation and connecting the energy absorbing member to the foundation;
Equipped with
An outer pipe pile is provided, the outer pipe pile being arranged coaxially with the main pile so as to surround the main pile;
A pile head joint structure characterized in that the energy absorbing member is connected to the radially outer side of the outer pipe pile .
前記エネルギー吸収部材は、前記基礎および前記外管杭、または前記基礎および前記本杭に対してボルト締結により接続されていることを特徴とする請求項に記載の杭頭接合構造。 The pile head joint structure according to claim 1 , characterized in that the energy absorbing member is connected to the foundation and the outer pipe pile, or to the foundation and the main pile, by bolting. 前記エネルギー吸収部材は、面内方向を鉛直方向に向けた平板状のプレート部材であることを特徴とする請求項1又は2に記載の杭頭接合構造。 The pile head joint structure according to claim 1 or 2 , characterized in that the energy absorbing member is a flat plate member whose in-plane direction is oriented vertically. 前記エネルギー吸収部材は、前記プレート部材と、U字状に湾曲した湾曲部を有するU型部材と、を備え、
前記U型部材は、前記湾曲部によって左右方向に湾曲するように配置されていることを特徴とする請求項に記載の杭頭接合構造。
The energy absorbing member includes the plate member and a U-shaped member having a curved portion curved in a U shape,
The pile head joint structure according to claim 3 , characterized in that the U-shaped member is arranged so as to be curved in the left-right direction by the curved portion.
前記エネルギー吸収部材は、前記プレート部材と、U字状に湾曲した湾曲部を有するU型部材と、を備え、
前記U型部材は、前記湾曲部によって上下方向に湾曲するように配置されていることを特徴とする請求項に記載の杭頭接合構造。
The energy absorbing member includes the plate member and a U-shaped member having a curved portion curved in a U shape,
The pile head joint structure according to claim 3 , characterized in that the U-shaped member is arranged so as to be curved in the vertical direction by the curved portion.
前記プレート部材には、バーリング孔が形成されていることを特徴とする請求項乃至のいずれか1項に記載の杭頭接合構造。 The pile head joint structure according to any one of claims 3 to 5 , characterized in that the plate member is formed with a burring hole. 前記エネルギー吸収部材は、U字状に湾曲した湾曲部を有するU型部材であり、
前記U型部材は、前記湾曲部によって左右方向に湾曲するように配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の杭頭接合構造。
The energy absorbing member is a U-shaped member having a curved portion curved in a U shape,
The pile head joint structure according to claim 1 or 2 , characterized in that the U-shaped member is arranged so as to be curved in the left-right direction by the curved portion.
前記エネルギー吸収部材は、U字状に湾曲した湾曲部を有するU型部材であり、
前記U型部材は、前記湾曲部によって上下方向に湾曲するように配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の杭頭接合構造。
The energy absorbing member is a U-shaped member having a curved portion curved in a U shape,
The pile head joint structure according to claim 1 or 2 , characterized in that the U-shaped member is arranged so as to be curved in the vertical direction by the curved portion.
前記エネルギー吸収部材が付加する前記基礎と前記本杭との回転剛性は、前記基礎と前記本杭との接続部が付加する前記基礎と前記本杭との回転剛性以上であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の杭頭接合構造。 A pile head joint structure described in any one of claims 1 to 8, characterized in that the rotational rigidity between the foundation and the main pile added by the energy absorbing member is greater than or equal to the rotational rigidity between the foundation and the main pile added by the connection between the foundation and the main pile. 前記外管杭と前記本杭との間には、充填材が充填されていることを特徴とする請求項又はに記載の杭頭接合構造。 The pile head joint structure according to claim 1 or 2 , characterized in that a filler material is filled between the outer pipe pile and the main pile. 前記外管杭の径方向内側の管内周面、前記本杭の径方向外側の杭外周面、または前記管内周面及び前記杭外周面の両者に突起が設けられていることを特徴とする請求項又はに記載の杭頭接合構造。 A pile head joint structure as described in claim 1 or 2, characterized in that protrusions are provided on the radially inner pipe inner surface of the outer pipe pile, the radially outer pile outer surface of the main pile, or both the pipe inner surface and the pile outer surface. 上部構造物の基礎と本杭を接続するための杭頭接合構造であって、A pile head joint structure for connecting the foundation of the superstructure and the main pile,
前記基礎と前記本杭の接続部は、前記基礎の回転を一部許容する半剛接合、または前記回転を完全に許容するピン接合により接合され、The connection between the foundation and the pile is made by a semi-rigid joint that allows some rotation of the foundation, or a pin joint that allows the rotation completely,
前記本杭の径方向外側に接続されたエネルギー吸収部材と、An energy absorbing member connected to the radially outer side of the pile;
前記基礎に定着され、前記エネルギー吸収部材を前記基礎に接続するエネルギー吸収部材受けと、an energy absorbing member receiver fixed to the foundation and connecting the energy absorbing member to the foundation;
を備え、Equipped with
前記エネルギー吸収部材は、面内方向を鉛直方向に向けた平板状のプレート部材であることを特徴とする杭頭接合構造。A pile head joint structure characterized in that the energy absorbing member is a flat plate member with its in-plane direction oriented vertically.
前記本杭の周囲を取り囲むように前記本杭と同軸に配置された外管杭が設けられ、An outer pipe pile is provided, the outer pipe pile being arranged coaxially with the main pile so as to surround the main pile;
前記エネルギー吸収部材は、前記外管杭の径方向外側に接続されていることを特徴とする請求項12に記載の杭頭接合構造。The pile head joint structure according to claim 12, characterized in that the energy absorbing member is connected to the radially outer side of the outer pipe pile.
前記エネルギー吸収部材は、前記基礎および前記外管杭、または前記基礎および前記本杭に対してボルト締結により接続されていることを特徴とする請求項13に記載の杭頭接合構造。The pile head joint structure according to claim 13, characterized in that the energy absorbing member is connected to the foundation and the outer pipe pile, or to the foundation and the main pile, by bolting. 前記エネルギー吸収部材は、前記プレート部材と、U字状に湾曲した湾曲部を有するU型部材と、を備え、The energy absorbing member includes the plate member and a U-shaped member having a curved portion curved in a U shape,
前記U型部材は、前記湾曲部によって左右方向に湾曲するように配置されていることを特徴とする請求項12に記載の杭頭接合構造。The pile head joint structure according to claim 12, characterized in that the U-shaped member is arranged so as to be curved in the left-right direction by the curved portion.
前記エネルギー吸収部材は、前記プレート部材と、U字状に湾曲した湾曲部を有するU型部材と、を備え、The energy absorbing member includes the plate member and a U-shaped member having a curved portion curved in a U shape,
前記U型部材は、前記湾曲部によって上下方向に湾曲するように配置されていることを特徴とする請求項12に記載の杭頭接合構造。The pile head joint structure according to claim 12, characterized in that the U-shaped member is arranged so as to be curved in the up and down direction by the curved portion.
前記エネルギー吸収部材は、U字状に湾曲した湾曲部を有するU型部材であり、The energy absorbing member is a U-shaped member having a curved portion curved in a U shape,
前記U型部材は、前記湾曲部によって左右方向に湾曲するように配置されていることを特徴とする請求項12乃至14のいずれか1項に記載の杭頭接合構造。The pile head joint structure according to any one of claims 12 to 14, characterized in that the U-shaped member is arranged so as to be curved in the left-right direction by the curved portion.
前記エネルギー吸収部材は、U字状に湾曲した湾曲部を有するU型部材であり、The energy absorbing member is a U-shaped member having a curved portion curved in a U shape,
前記U型部材は、前記湾曲部によって上下方向に湾曲するように配置されていることを特徴とする請求項12乃至14のいずれか1項に記載の杭頭接合構造。The pile head joint structure according to any one of claims 12 to 14, characterized in that the U-shaped member is arranged so as to be curved in the up and down direction by the curved portion.
前記外管杭と前記本杭との間には、充填材が充填されていることを特徴とする請求項13又は14に記載の杭頭接合構造。The pile head joint structure according to claim 13 or 14, characterized in that a filler material is filled between the outer pipe pile and the main pile. 前記外管杭の径方向内側の管内周面、前記本杭の径方向外側の杭外周面、または前記管内周面及び前記杭外周面の両者に突起が設けられていることを特徴とする請求項13又は14に記載の杭頭接合構造。A pile head joint structure as described in claim 13 or 14, characterized in that protrusions are provided on the radially inner pipe inner surface of the outer pipe pile, the radially outer pile outer surface of the main pile, or both the pipe inner surface and the pile outer surface. 上部構造物の基礎と本杭を接続するための杭頭接合構造であって、A pile head joint structure for connecting the foundation of the superstructure and the main pile,
前記基礎と前記本杭の接続部は、前記基礎の回転を一部許容する半剛接合、または前記回転を完全に許容するピン接合により接合され、The connection between the foundation and the pile is made by a semi-rigid joint that allows some rotation of the foundation, or a pin joint that allows the rotation completely,
前記本杭の径方向外側に接続されたエネルギー吸収部材と、An energy absorbing member connected to the radially outer side of the pile;
前記基礎に定着され、前記エネルギー吸収部材を前記基礎に接続するエネルギー吸収部材受けと、an energy absorbing member receiver fixed to the foundation and connecting the energy absorbing member to the foundation;
を備え、Equipped with
前記エネルギー吸収部材は、U字状に湾曲した湾曲部を有するU型部材であり、The energy absorbing member is a U-shaped member having a curved portion curved in a U shape,
前記U型部材は、前記湾曲部によって上下方向に湾曲するように配置されていることを特徴とする杭頭接合構造。A pile head joint structure characterized in that the U-shaped member is arranged so as to be curved in the vertical direction by the curved portion.
前記本杭の周囲を取り囲むように前記本杭と同軸に配置された外管杭が設けられ、An outer pipe pile is provided, which is arranged coaxially with the main pile so as to surround the main pile,
前記エネルギー吸収部材は、前記外管杭の径方向外側に接続されていることを特徴とする請求項21に記載の杭頭接合構造。The pile head joint structure according to claim 21, characterized in that the energy absorbing member is connected to the radially outer side of the outer pipe pile.
前記エネルギー吸収部材は、前記基礎および前記外管杭、または前記基礎および前記本杭に対してボルト締結により接続されていることを特徴とする請求項22に記載の杭頭接合構造。The pile head joint structure according to claim 22, characterized in that the energy absorbing member is connected to the foundation and the outer pipe pile, or to the foundation and the main pile, by bolting. 前記外管杭と前記本杭との間には、充填材が充填されていることを特徴とする請求項22又は23に記載の杭頭接合構造。The pile head joint structure according to claim 22 or 23, characterized in that a filler material is filled between the outer pipe pile and the main pile. 前記外管杭の径方向内側の管内周面、前記本杭の径方向外側の杭外周面、または前記管内周面及び前記杭外周面の両者に突起が設けられていることを特徴とする請求項22又は23に記載の杭頭接合構造。A pile head joint structure as described in claim 22 or 23, characterized in that protrusions are provided on the radially inner pipe inner surface of the outer pipe pile, the radially outer pile outer surface of the main pile, or both the pipe inner surface and the pile outer surface. 上部構造物の基礎と本杭を接続するための杭頭接合構造であって、A pile head joint structure for connecting the foundation of the superstructure and the main pile,
前記基礎と前記本杭の接続部は、前記基礎の回転を一部許容する半剛接合、または前記回転を完全に許容するピン接合により接合され、The connection between the foundation and the pile is made by a semi-rigid joint that allows some rotation of the foundation, or a pin joint that allows the rotation completely,
前記本杭の径方向外側に接続されたエネルギー吸収部材と、An energy absorbing member connected to the radially outer side of the pile;
前記基礎に定着され、前記エネルギー吸収部材を前記基礎に接続するエネルギー吸収部材受けと、an energy absorbing member receiver fixed to the foundation and connecting the energy absorbing member to the foundation;
を備え、Equipped with
前記エネルギー吸収部材が付加する前記基礎と前記本杭との回転剛性は、前記基礎と前記本杭との接続部が付加する前記基礎と前記本杭との回転剛性以上であることを特徴とする杭頭接合構造。A pile head joint structure, characterized in that the rotational rigidity between the foundation and the main pile added by the energy absorbing member is greater than or equal to the rotational rigidity between the foundation and the main pile added by the connection between the foundation and the main pile.
前記本杭の周囲を取り囲むように前記本杭と同軸に配置された外管杭が設けられ、An outer pipe pile is provided, which is arranged coaxially with the main pile so as to surround the main pile,
前記エネルギー吸収部材は、前記外管杭の径方向外側に接続されていることを特徴とする請求項26に記載の杭頭接合構造。The pile head joint structure according to claim 26, characterized in that the energy absorbing member is connected to the radially outer side of the outer pipe pile.
前記エネルギー吸収部材は、前記基礎および前記外管杭、または前記基礎および前記本杭に対してボルト締結により接続されていることを特徴とする請求項27に記載の杭頭接合構造。The pile head joint structure according to claim 27, characterized in that the energy absorbing member is connected to the foundation and the outer pipe pile, or to the foundation and the main pile, by bolting. 前記外管杭と前記本杭との間には、充填材が充填されていることを特徴とする請求項27又は28に記載の杭頭接合構造。The pile head joint structure according to claim 27 or 28, characterized in that a filler material is filled between the outer pipe pile and the main pile. 前記外管杭の径方向内側の管内周面、前記本杭の径方向外側の杭外周面、または前記管内周面及び前記杭外周面の両者に突起が設けられていることを特徴とする請求項27又は28に記載の杭頭接合構造。A pile head joint structure as described in claim 27 or 28, characterized in that protrusions are provided on the radially inner pipe inner surface of the outer pipe pile, the radially outer pile outer surface of the main pile, or both the pipe inner surface and the pile outer surface. 請求項1乃至30のいずれか1項に記載の杭頭接合構造を用いて既設構造物を耐震補強する既設構造物の耐震補強方法であって、A method for seismic reinforcement of an existing structure, comprising:
前記既設構造物の基礎と前記本杭の接続部を、前記半剛接合または前記ピン接合により接合する工程と、A step of joining the connection portion of the foundation of the existing structure and the pile by the semi-rigid joint or the pin joint;
前記本杭の径方向外側に前記エネルギー吸収部材を接続する工程と、Connecting the energy absorbing member to the radially outer side of the pile;
前記エネルギー吸収部材を前記基礎に接続するエネルギー吸収部材受けを前記基礎に定着する工程と、a step of fixing an energy absorbing member receiver to the foundation, the energy absorbing member receiver connecting the energy absorbing member to the foundation;
を有することを特徴とする既設構造物の耐震補強方法。A method for seismic reinforcement of an existing structure, comprising:
請求項1乃至30のいずれか1項に記載の杭頭接合構造の前記エネルギー吸収部材を交換することを特徴とする既設構造物の杭頭接合部の補修方法。A method for repairing a pile head joint of an existing structure, comprising replacing the energy absorbing member of the pile head joint structure according to any one of claims 1 to 30.
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