JP2006207260A - Design method of pile head reinforced concrete pile, and construction method of pile head reinforced concrete pile - Google Patents

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豊 久保
Yuetsu Kikuchi
祐悦 菊地
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a design method of a pile head reinforced concrete pile and a construction method of the pile head reinforced concrete pile using reinforcing pipe without ribs on the inner peripheral surface. <P>SOLUTION: In the design method of a concrete pile 10 with a steel pipe wherein a head 10a of a concrete pile body 13 formed of reinforced concrete is surrounded by the steel pipe 11 without ribs on the inner peripheral surface, a pile model 100 with the steel pipe formed to transmit only horizontal force between the steel pipe 11 and the concrete pile body 13, is prepared, and seismic force Q is applied to the pile model 100 with the steel pipe to confirm generated stress. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、場所打ちコンクリート杭などのコンクリート杭体の頭部が鋼管等の補強管材で囲繞された杭頭補強コンクリート杭の設計方法及び杭頭補強コンクリート杭の構築方法に関するものである。   The present invention relates to a method for designing a pile head reinforced concrete pile in which the head of a concrete pile body such as a cast-in-place concrete pile is surrounded by a reinforcing pipe material such as a steel pipe, and a method for constructing a pile head reinforced concrete pile.

従来、図4に示すような頭部1aがリブ付き鋼管2によって囲繞された鋼管付きコンクリート杭1が知られている(特許文献1、2など参照)。   Conventionally, a concrete pile 1 with a steel pipe in which a head 1a as shown in FIG. 4 is surrounded by a steel pipe 2 with a rib is known (see Patent Documents 1 and 2, etc.).

この鋼管付きコンクリート杭1は、地盤4に掘削された孔に鉄筋籠3aを挿入し、コンクリート3bを流し込んで構築する場所打ちコンクリート杭3の頭部1aに、リブ付き鋼管2を配置することによって構築される。   This steel pipe-equipped concrete pile 1 has a ribbed steel pipe 2 disposed on the head 1a of a cast-in-place concrete pile 3 that is constructed by inserting a reinforcing bar 3a into a hole excavated in the ground 4 and pouring the concrete 3b. Built.

このリブ付き鋼管2の内周面には、複数のリブ2a,・・・が設けられており、その内部に流し込まれたコンクリート3bと強固に一体化させることができる。   A plurality of ribs 2a,... Are provided on the inner peripheral surface of the steel pipe 2 with ribs, and can be firmly integrated with the concrete 3b poured therein.

このため、従来の鋼管付きコンクリート杭1の設計は、リブ付き鋼管2と場所打ちコンクリート杭3が一体のものであるとしておこなわれていた。
特開昭60−47117号公報 特開平8−199565号公報
For this reason, the design of the conventional steel pipe-equipped concrete pile 1 has been performed on the assumption that the ribbed steel pipe 2 and the cast-in-place concrete pile 3 are integrated.
JP 60-47117 A JP-A-8-199565

しかしながら、前記したリブ付き鋼管2は、内周面にリブ2a,・・・を設けなければならないため製造コストが高く、工費が増加するという問題があった。   However, the above-described ribbed steel pipe 2 has a problem in that the manufacturing cost is high and the construction cost increases because the ribs 2a,... Must be provided on the inner peripheral surface.

また、リブ2a,・・・の付いていない鋼管では、場所打ちコンクリート杭3との一体化は望めない上に、完全に別々の部材としてそれぞれの設計をおこなうと、場所打ちコンクリート杭3の頭部1aを鋼管によって囲繞している効果を加味することが出来ないため過大設計になるなどの問題があって設計手法が確立されておらず、リブ2a,・・・の付いていない鋼管は使用されていなかった。   In addition, steel pipes without ribs 2a,... Cannot be integrated with cast-in-place concrete pile 3, and if each design is made as a completely separate member, the head of cast-in-place concrete pile 3 Since the effect of surrounding the part 1a with the steel pipe cannot be taken into account, the design method has not been established due to problems such as overdesign, and steel pipes without ribs 2a, ... are used. Was not.

さらに、プレストレストコンクリート管(PC管)や遠心力鉄筋コンクリート製管(ヒューム管等)は、材料の特性や製造工程から内周面にリブを設けることが難しいため、頭部1aを補強するための補強管材としては使用できなかった。   Furthermore, prestressed concrete pipes (PC pipes) and centrifugally reinforced concrete pipes (fume pipes, etc.) are difficult to provide ribs on the inner peripheral surface due to material properties and manufacturing processes, so reinforcement for reinforcing the head 1a. It could not be used as a pipe material.

そこで、本発明は、内周面にリブの付いていない補強管材を使用した杭頭補強コンクリート杭の設計方法及び杭頭補強コンクリート杭の構築方法を提供することを目的としている。   Therefore, an object of the present invention is to provide a method for designing a pile head reinforced concrete pile and a method for constructing a pile head reinforced concrete pile using a reinforcing pipe member having no rib on the inner peripheral surface.

前記目的を達成するために、請求項1の発明は、鉄筋コンクリートからなるコンクリート杭体の頭部が内周面にリブの付いていない補強管材によって囲繞されている杭頭補強コンクリート杭の設計方法において、前記補強管材と前記コンクリート杭体間で水平力のみが伝達される解析モデルを作成し、前記解析モデルに外力を作用させて発生応力の確認をおこなう杭頭補強コンクリート杭の設計方法であることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is directed to a design method of a pile head reinforced concrete pile in which the head of a concrete pile body made of reinforced concrete is surrounded by a reinforcing pipe member having no rib on the inner peripheral surface. A design method for a pile head reinforced concrete pile that creates an analytical model in which only a horizontal force is transmitted between the reinforcing pipe material and the concrete pile body, and confirms the generated stress by applying an external force to the analytical model. It is characterized by.

また、請求項2の発明は、鉄筋コンクリートからなるコンクリート杭体の頭部が内周面にリブの付いていない補強管材によって囲繞されている杭頭補強コンクリート杭の設計方法において、前記補強管材と前記コンクリート杭体の水平方向の変位のみが一致するように解析モデルを作成し、前記解析モデルに外力を作用させて発生応力の確認をおこなう杭頭補強コンクリート杭の設計方法であることを特徴とする。   Further, the invention of claim 2 is a design method of a pile head reinforced concrete pile in which a head of a concrete pile body made of reinforced concrete is surrounded by a reinforcing pipe member having no ribs on an inner peripheral surface. It is a design method of a pile head reinforced concrete pile in which an analytical model is created so that only the horizontal displacement of the concrete pile body matches and an external force is applied to the analytical model to check the generated stress. .

さらに、請求項3の方法は、前記外力は、地震時に前記杭頭補強コンクリート杭に作用する力である請求項1又は2に記載の杭頭補強コンクリート杭の設計方法であることを特徴とする。   Furthermore, the method of Claim 3 is the design method of the pile head reinforcement | strengthening concrete pile of Claim 1 or 2 which is the force which the said external force acts on the said pile head reinforcement concrete pile at the time of an earthquake. .

そして、請求項4の方法は、前記発生応力は、曲げ応力とせん断応力である請求項1乃至3のいずれかに記載の杭頭補強コンクリート杭の設計方法であることを特徴とする。   And the method of Claim 4 is the design method of the pile head reinforced concrete pile in any one of Claims 1 thru | or 3 in which the said generated stress is bending stress and shear stress.

また、請求項5の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の杭頭補強コンクリート杭の設計方法によって設計された杭頭補強コンクリート杭を構築する杭頭補強コンクリート杭の構築方法であることを特徴とする。   The invention of claim 5 is a method for constructing a pile head reinforced concrete pile for constructing a pile head reinforced concrete pile designed by the method for designing a pile head reinforced concrete pile according to any one of claims 1 to 4. It is characterized by that.

このように構成された発明は、リブの付いていない補強管材とコンクリート杭体を別々にモデル化し、水平力のみを伝達させたり、水平方向の変位のみを一致させたりして、水平方向の外力に対しては水平方向に一体に挙動するようなモデル化を行っている。   The invention configured in this way models the reinforcing pipe material without ribs and the concrete pile separately, and transmits only the horizontal force or matches only the horizontal displacement, thereby applying the horizontal external force. Is modeled to behave integrally in the horizontal direction.

このため、リブの付いていない補強管材を使用した杭頭補強コンクリート杭の適切な設計が可能になる。また、この設計方法によって設計された杭頭補強コンクリート杭を構築する際には、補強管材の内周面にリブを設けなくてもよいためコストを削減することができる。   For this reason, it is possible to appropriately design a pile head reinforced concrete pile using a reinforcing pipe member without ribs. Moreover, when constructing a pile head reinforced concrete pile designed by this design method, it is not necessary to provide ribs on the inner peripheral surface of the reinforcing pipe material, so that the cost can be reduced.

以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照して説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

図2は、本実施の形態の杭頭補強コンクリート杭としての鋼管付きコンクリート杭10の構成を示したものである。   FIG. 2 shows a configuration of a concrete pile 10 with a steel pipe as a pile head reinforced concrete pile according to the present embodiment.

この鋼管付きコンクリート杭10は、鉄筋コンクリートによって形成されるコンクリート杭体13と、その頭部10aを囲繞するように配置される補強管材としての鋼管11とによって主に構成される。   This concrete pile 10 with a steel pipe is mainly comprised by the concrete pile body 13 formed of a reinforced concrete, and the steel pipe 11 as a reinforcement pipe material arrange | positioned so that the head 10a may be surrounded.

このコンクリート杭体13は、地盤4を掘削された円筒形の孔に鉄筋籠13aを挿入し、コンクリート13bを流し込むことによって構築される。   This concrete pile 13 is constructed by inserting a reinforcing bar 13a into a cylindrical hole excavated in the ground 4 and pouring the concrete 13b.

この鉄筋籠13aは、鉄筋を筒籠状に組み合わせて製作されるもので、コンクリート杭体13のほぼ全長にわたって配置される。鉄筋籠13aに使用される鉄筋の量は、設計外力を作用させた際にコンクリート杭体13に発生する発生応力に耐え得る量とし、最小鉄筋比を0.4%とする。   The reinforcing bar 13 a is manufactured by combining reinforcing bars in a cylindrical shape, and is disposed over almost the entire length of the concrete pile 13. The amount of reinforcing bars used in the reinforcing bar bar 13a is an amount capable of withstanding the generated stress generated in the concrete pile 13 when a design external force is applied, and the minimum reinforcing bar ratio is 0.4%.

また、鋼管付きコンクリート杭10の全長は、コンクリート杭体13の直径の5倍を目安に設定する。   Moreover, the full length of the concrete pile 10 with a steel pipe is set to 5 times the diameter of the concrete pile body 13 as a standard.

さらに、この鉄筋籠13aの上端には鉄筋等から構成される定着部12が接続されており、鋼管付きコンクリート杭10の上部に構築される建造物や基礎などとの接合に使用される。   Furthermore, the fixing | fixed part 12 comprised from a reinforcing bar etc. is connected to the upper end of this reinforcement bar | burr 13a, and it is used for joining with the structure or foundation etc. which are constructed | assembled on the upper part of the concrete pile 10 with a steel pipe.

また、鋼管11の内周面にはリブが設けられていないため、鋼管11とその内部に流し込まれたコンクリート13bと付着強度はほとんど期待できない状態になっている。   Moreover, since the rib is not provided in the internal peripheral surface of the steel pipe 11, the concrete 13b poured into the inside of the steel pipe 11, and the adhesion strength can hardly be expected.

さらに、この鋼管11の最大長さは、施工地盤面から20mの深さまでに収められる長さとなっている。   Further, the maximum length of the steel pipe 11 is a length that can be accommodated to a depth of 20 m from the construction ground surface.

なお、コンクリート杭体13の下端は、必要に応じて拡幅することで先端支持力を高めることができる。   In addition, the lower end of the concrete pile body 13 can raise a front-end | tip support force by widening as needed.

以上が実際に構築される鋼管付きコンクリート杭10の構成であって、以下に設計時に応力を照査するための解析モデルとしての鋼管付き杭モデル100について図1を参照しながら説明する。   The above is the structure of the concrete pile 10 with a steel pipe constructed actually, and the pile model 100 with a steel pipe as an analysis model for checking the stress at the time of design is demonstrated below, referring FIG.

この鋼管付き杭モデル100は鋼管付きコンクリート杭10をモデル化したものであって、鋼管11は曲げ剛性を等価させた棒状の鋼管モデル110に置換し、コンクリート杭体13は曲げ剛性を等価させた棒状のコンクリート杭モデル130に置換する。   This pile model 100 with a steel pipe is a model of a concrete pile 10 with a steel pipe. The steel pipe 11 is replaced with a rod-like steel pipe model 110 with an equivalent bending rigidity, and the concrete pile body 13 has an equivalent bending rigidity. Replace with a rod-shaped concrete pile model 130.

そして、鋼管モデル110とコンクリート杭モデル130の間を水平軸力部材140,・・・で接続する。この水平軸力部材140,・・・は、コンクリート杭モデル130には固定されているが、鋼管モデル110とは鉛直方向の力が伝達されない滑り支承によって接続されている。   And the steel pipe model 110 and the concrete pile model 130 are connected by the horizontal axial force member 140, .... These horizontal axial force members 140,... Are fixed to the concrete pile model 130, but are connected to the steel pipe model 110 by a sliding bearing to which no vertical force is transmitted.

このため鋼管モデル110からコンクリート杭モデル130、またはコンクリート杭モデル130から鋼管モデル110への力の伝達は、水平方向の力のみが伝達される。   Therefore, only the horizontal force is transmitted from the steel pipe model 110 to the concrete pile model 130 or from the concrete pile model 130 to the steel pipe model 110.

また、この水平軸力部材140,・・・自体は変形しないため、これによって接続される鋼管モデル110とコンクリート杭モデル130の水平方向の変位は等しくなる。   Further, since the horizontal axial force members 140,... Themselves are not deformed, the horizontal displacements of the steel pipe model 110 and the concrete pile model 130 connected thereby are equal.

さらに、鋼管モデル110とコンクリート杭モデル130の上端の境界条件としては、水平方向の滑り支承160が配置されており、水平方向の変位のみが発生するようにモデル化されている。   Further, as a boundary condition between the upper ends of the steel pipe model 110 and the concrete pile model 130, a horizontal sliding bearing 160 is arranged, and the model is modeled so that only horizontal displacement occurs.

そして、コンクリート杭モデル130の背面には、地盤4をモデル化した地盤バネ150,・・・が配置される。この地盤バネ150,・・・のバネ定数は、例えば地盤4の硬さを表すN値などの値を参考にして地層ごとに決定される。   And the ground spring 150 which modeled the ground 4 is arrange | positioned on the back surface of the concrete pile model 130. FIG. The spring constants of the ground springs 150,... Are determined for each formation with reference to a value such as an N value representing the hardness of the ground 4 for example.

図3は、図1に示した鋼管付き杭モデル100の一部を拡大した図である。ここで、鋼管付き杭モデル100を解析するための節点iと節点jの剛性マトリックスを示すと次式のようになる。   FIG. 3 is an enlarged view of a portion of the pile model 100 with steel pipe shown in FIG. Here, the stiffness matrix of the node i and the node j for analyzing the pile model 100 with a steel pipe is shown as follows.

Figure 2006207260
Figure 2006207260

ここで、l(エル)は節点i,j間の距離、Nは軸力、Pはせん断力、Mは曲げモーメント、Vは軸方向変位、Uは水平方向変位、θは回転角を表し、下付き文字i,jは節点、sは鋼管モデル110、cはコンクリート杭モデル130を表す。   Here, l (el) is a distance between nodes i and j, N is an axial force, P is a shearing force, M is a bending moment, V is an axial displacement, U is a horizontal displacement, and θ is a rotation angle. Subscripts i and j represent nodes, s represents a steel pipe model 110, and c represents a concrete pile model 130.

また、杭の軸力(N)と軸方向の変形(V)を無視すると次式のようになる。   If the axial force (N) and axial deformation (V) of the pile are ignored, the following equation is obtained.

Figure 2006207260
Figure 2006207260

そして、図1に示すように外力としての地震力Qを鋼管付き杭モデル100の上端に水平方向から作用させ、前記した剛性マトリックスによって解析すると、鋼管モデル110とコンクリート杭モデル130の各節点i,j,・・・に発生するせん断力(P)と曲げモーメント(M)がそれぞれ算定される。   As shown in FIG. 1, when the seismic force Q as an external force is applied to the upper end of the pile model with steel pipe 100 from the horizontal direction and analyzed by the above-described stiffness matrix, each node i of the steel pipe model 110 and the concrete pile model 130 is obtained. The shearing force (P) and bending moment (M) generated in j,.

このようにして算定された曲げモーメント(M)を基に、鋼管11とコンクリート杭体13に発生する曲げ応力を算出し、各部材の許容応力度以下になっているかどうかを照査する。   Based on the bending moment (M) calculated in this way, the bending stress generated in the steel pipe 11 and the concrete pile 13 is calculated, and it is checked whether or not it is below the allowable stress level of each member.

ここで、部材設計時には鋼管11には軸力を負担させず、コンクリート杭体13にのみ軸力を負担させるので、発生応力の算出時にも、鋼管11は曲げモーメント(Ms)のみ、コンクリート杭体13は曲げモーメント(Mc)と軸力の複合力に対して応力照査をおこなう。   Here, since the axial force is not borne on the steel pipe 11 at the time of member design, but only on the concrete pile 13, the steel pipe 11 can be used only for the bending moment (Ms) when calculating the generated stress. No. 13 performs stress verification on the combined force of bending moment (Mc) and axial force.

また、せん断力(P)についても、各節点i,j,・・・の鋼管11とコンクリート杭体13に発生するせん断応力を算出し、各部材の許容応力度以下になっているかどうかを照査する。   In addition, regarding the shear force (P), the shear stress generated in the steel pipe 11 and the concrete pile 13 at each node i, j,... Is calculated, and it is checked whether it is below the allowable stress level of each member. To do.

以上、図面を参照して、本発明の最良の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。   Although the best embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and design changes that do not depart from the gist of the present invention are possible. Are included in the present invention.

例えば、本実施の形態では、補強管材として鋼管11を使用して説明したが、これに限定されるものではなく、補強管材としてPC管やヒューム管等を使用することもできる。   For example, in the present embodiment, the steel pipe 11 is used as the reinforcing pipe material. However, the present invention is not limited to this, and a PC pipe, a fume pipe, or the like can be used as the reinforcing pipe material.

また、コンクリート杭体13を場所打ちコンクリート杭として説明したが、これに限定されるものではなく、工場などで製造される既製コンクリート杭にも本発明の設計方法を適用することができる。   Moreover, although the concrete pile body 13 was demonstrated as a cast-in-place concrete pile, it is not limited to this, The design method of this invention is applicable also to the ready-made concrete pile manufactured at a factory etc.

本発明の最良の実施の形態の鋼管付きコンクリート杭の解析モデルを説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the analysis model of the concrete pile with a steel pipe of the best embodiment of this invention. 鋼管付きコンクリート杭の構成を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the structure of a concrete pile with a steel pipe. 解析モデルの剛性マトリックスを説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the rigidity matrix of an analysis model. 従来例のリブ付き鋼管を使用した鋼管付きコンクリート杭の断面図である。It is sectional drawing of the concrete pile with a steel pipe which uses the steel pipe with a rib of a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

10 鋼管付きコンクリート杭(杭頭補強コンクリート杭)
10a 頭部
11 鋼管(補強管材)
13 コンクリート杭体
100 鋼管付き杭モデル(解析モデル)
110 鋼管モデル
130 コンクリート杭モデル
140 水平軸力部材
Q 地震力(外力)
10 Concrete pile with steel pipe (Pile head reinforced concrete pile)
10a Head 11 Steel pipe (reinforcing pipe material)
13 Concrete pile body 100 Pile model with steel pipe (analysis model)
110 Steel pipe model 130 Concrete pile model 140 Horizontal axial force member Q Seismic force (external force)

Claims (5)

鉄筋コンクリートからなるコンクリート杭体の頭部が内周面にリブの付いていない補強管材によって囲繞されている杭頭補強コンクリート杭の設計方法において、
前記補強管材と前記コンクリート杭体間で水平力のみが伝達される解析モデルを作成し、前記解析モデルに外力を作用させて発生応力の確認をおこなうことを特徴とする杭頭補強コンクリート杭の設計方法。
In the design method of a pile head reinforced concrete pile in which the head of a concrete pile body made of reinforced concrete is surrounded by a reinforcing pipe member without ribs on the inner peripheral surface,
A pile head reinforced concrete pile design characterized in that an analytical model in which only a horizontal force is transmitted between the reinforcing pipe material and the concrete pile body is created, and the generated stress is confirmed by applying an external force to the analytical model. Method.
鉄筋コンクリートからなるコンクリート杭体の頭部が内周面にリブの付いていない補強管材によって囲繞されている杭頭補強コンクリート杭の設計方法において、
前記補強管材と前記コンクリート杭体の水平方向の変位のみが一致するように解析モデルを作成し、前記解析モデルに外力を作用させて発生応力の確認をおこなうことを特徴とする杭頭補強コンクリート杭の設計方法。
In the design method of a pile head reinforced concrete pile in which the head of a concrete pile body made of reinforced concrete is surrounded by a reinforcing pipe member without ribs on the inner peripheral surface,
A pile head reinforced concrete pile characterized in that an analytical model is created so that only a horizontal displacement of the reinforcing pipe material and the concrete pile body coincides, and an external force is applied to the analytical model to check the generated stress. Design method.
前記外力は、地震時に前記杭頭補強コンクリート杭に作用する力であることを特徴とする請求項1又は2に記載の杭頭補強コンクリート杭の設計方法。   The method for designing a pile head reinforced concrete pile according to claim 1 or 2, wherein the external force is a force acting on the pile head reinforced concrete pile during an earthquake. 前記発生応力は、曲げ応力とせん断応力であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の杭頭補強コンクリート杭の設計方法。   The method for designing a pile head reinforced concrete pile according to any one of claims 1 to 3, wherein the generated stress is bending stress and shear stress. 請求項1乃至4のいずれかに記載の杭頭補強コンクリート杭の設計方法によって設計された杭頭補強コンクリート杭を構築することを特徴とする杭頭補強コンクリート杭の構築方法。   A method for constructing a pile head reinforced concrete pile, wherein a pile head reinforced concrete pile designed by the method for designing a pile head reinforced concrete pile according to any one of claims 1 to 4 is constructed.
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