JP2007321400A - 杭頭接合構造及びそれに用いる接合材 - Google Patents

Abstract

【課題】 アンボンド処理を行わずとも杭頭接合部の固定度を低減する。
【解決手段】本発明に係る接合材１は、固定度低減用平板２と該固定度低減用平板に立設されたアンカーボルト３とを備え、杭頭接合構造４は、固定度低減用平板２を、ＰＨＣ杭である杭５の頭部６（以下、杭頭６）に設けられた端板７に重ねた状態でボルト１０で該端板に接合するとともに、杭５で支持される上部構造物８の基礎部材である基礎梁９にアンカーボルト３を埋設して構成してあり、かかる構成により、地震時水平力が上部構造物９から杭頭６に作用したとき、杭頭６の端板７に重ねて接合してある固定度低減用平板２が面外に曲げ変形するとともに、それに伴って杭頭６に回転変形が生じるようになっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、杭頭接合構造及びそれに用いる接合材に関する。

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

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

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

また、杭頭接合部を設計する際、一般的には剛接とみなすことが多いが、杭の頭部と上部構造物とを完全に剛接合にすることは困難であって実際の接合度は１未満、例えば０．８〜０．９程度になることが多いため、杭頭接合部が本来負担すべき曲げモーメントが杭頭に流れ、結果として設計時に想定したよりも大きな曲げモーメントが杭頭に作用することがあり、上述した大地震時の過大な曲げモーメントと相まって、杭の破壊や上部構造物の倒壊といった懸念がさらに増加する。

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

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

特開２０００−１４４７６３

特開２００２−３１７４５４

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

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

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

上記目的を達成するため、本発明に係る接合材は請求項１に記載したように、杭の頭部に設けられた端板に接合される固定度低減用平板と、該固定度低減用平板に立設され前記杭で支持される上部構造物の基礎部材に埋設されるアンカーボルトとを備えた接合材において、地震時水平力が前記上部構造物から前記杭の頭部に作用したとき、前記固定度低減用平板が面外に曲げ変形して前記杭の頭部が回転するように構成したものである。

また、本発明に係る接合材は、前記杭の断面中心から前記杭の中空内面までの距離をｒ₁、前記杭の外面までの距離をｒ₂としたとき、前記杭の断面中心から前記アンカーボルトの材軸までの距離Ｒが、

Ｒ＜ｒ₁ 又は ｒ₂＜Ｒ

となるように、前記アンカーボルトを前記固定度低減用平板に立設したものである。

また、本発明に係る接合材は、前記固定度低減用平板を円環状に構成したものである。

また、本発明に係る接合材は、前記固定度低減用平板を、全体が円環状でそれぞれ扇状をなす複数の分割片で構成するとともに該分割片のそれぞれに前記アンカーボルトを立設したものである。

また、本発明に係る接合材は、前記固定度低減用平板を円環状に形成するとともに内側縁部から半径方向外側に向かって延びるスリットを複数形成して構成し、該スリットで挟まれた舌状体に前記アンカーボルトを立設したものである。

また、本発明に係る接合材は、前記固定度低減用平板を複数の舌片で構成するとともに該各舌片に前記アンカーボルトを立設したものである。

また、本発明に係る杭頭接合構造は請求項７に記載したように、請求項１乃至請求項６のいずれか一記載の接合材の固定度低減用平板を前記杭の頭部に設けられた端板に接合するとともに該接合材を構成するアンカーボルトが前記杭で支持される上部構造物の基礎部材に埋設されるようにしたものである。

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

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

地震時水平力が杭頭に作用したとき、杭頭に接合してある固定度低減用平板が面外に曲げ変形して杭頭が回転するようになっている限り、アンカーボルトの形態やそのアンカーボルトが固定度低減用平板に立設される位置など特に限定されるものではなく、また、固定度低減用平板をどのように構成するかについても任意であるが、前記杭の断面中心から前記杭の中空内面までの距離をｒ₁、前記杭の外面までの距離をｒ₂としたとき、前記杭の断面中心から前記アンカーボルトの材軸までの距離Ｒが、

Ｒ＜ｒ₁ 又は ｒ₂＜Ｒ

となるように、前記アンカーボルトを前記固定度低減用平板に立設したならば、固定度低減用平板の面外曲げ変形は、杭の中空内部又は外側で生じることとなり、その変形量を大きくとることができる。

固定度低減用平板は上述したように、面外に曲げ変形して杭頭が回転するようになっている限り、形状や構造をどのようにするかは任意であり、例えば円環状に構成することができるが、かかる固定度低減用平板を、全体が円環状でそれぞれ扇状をなす複数の分割片で構成し、円環状に形成するとともに内側縁部から半径方向外側に向かって延びるスリットを複数形成して構成し、又は複数の舌片で構成したならば、アンカーボルトが立設される分割片、スリット間の舌状体及び舌片がそれぞれ個別に面外曲げ変形するため、固定度低減用平板の曲げ変形が生じやすくなり、接合度の低減が容易になるとともに、個別に変形するがゆえに面外曲げ挙動が把握しやすくなり、杭頭の曲げ剛性をより正確に把握することが可能となる。

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

図１及び図２は、本実施形態に係る杭頭接合構造及びそれに用いる接合材を示した図である。同図でわかるように、本実施形態に係る接合材１は、固定度低減用平板２と該固定度低減用平板に立設されたアンカーボルト３とを備えるとともに、本実施形態に係る杭頭接合構造４は、固定度低減用平板２を、ＰＨＣ杭である杭５の頭部６（以下、杭頭６）に設けられた端板７に重ねた状態でボルト１０で該端板に接合してあるとともに、杭５で支持される上部構造物８の基礎部材である基礎梁９にアンカーボルト３を埋設して構成してある。

固定度低減用平板２は、外径Ｒ₂が杭５の外径ｒ₂（図ではそれぞれ半径をなしている）と等しく、内径Ｒ₁が杭５の内径ｒ₁（図ではそれぞれ半径をなしている）よりも小さな円環状の鋼材で形成してあり、杭５のＰＣ鋼線設置位置に対応する箇所に穿孔された挿通孔１１にボルト１０を挿通し端板２に形成されたボルト孔１２にねじ込むことで、端板７に固定できるようになっている。

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

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

本実施形態に係る杭頭接合構造４及びそれに用いる接合材１は、上述した構成により、地震時水平力が上部構造物９から杭頭６に作用したとき、杭頭６の端板７に重ねて接合してある固定度低減用平板２は、図３に示すように面外に曲げ変形するとともに、それに伴って杭頭６に回転変形が生じる。

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

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

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

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

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

また、本実施形態では、固定度低減用平板２を端板７にボルト接合するようにしたが、ボルト接合に代えて溶接により接合するようにしてもかまわない。

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

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

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

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

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

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

同様に図８に示すように、それぞれを矩形部の短手縁部に半円部を延設して形成した４つの舌片８３で固定度低減用平板８２を構成するとともにこれら４つの舌片８３を９０゜ごとに端板７に重ねて接合し、該各舌片の半円部にアンカーボルト３をそれぞれ立設するようにしてもかまわない。

かかる構成においても、上述した実施形態と同様の作用効果を奏するほか、各舌片８３が個別に面外曲げ変形を生じるため、全体の面外曲げ変形を把握しやすくなり、杭頭６における接合度の低減評価が容易になる。

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

符号の説明

１ 接合材
２，４２，５２，７２，８２ 固定度低減用平板
３ アンカーボルト
５ 杭
６ 杭頭
７ 端板
８ 上部構造物
９ 基礎梁（基礎部材）
５３ 分割片
７３ スリット
７４ 舌状体
８３ 舌片

Claims (7)

1. 杭の頭部に設けられた端板に接合される固定度低減用平板と、該固定度低減用平板に立設され前記杭で支持される上部構造物の基礎部材に埋設されるアンカーボルトとを備えた接合材において、
   地震時水平力が前記上部構造物から前記杭の頭部に作用したとき、前記固定度低減用平板が面外に曲げ変形して前記杭の頭部が回転するように構成したことを特徴とする接合材。
2. 前記杭の断面中心から前記杭の中空内面までの距離をｒ₁、前記杭の外面までの距離をｒ₂としたとき、前記杭の断面中心から前記アンカーボルトの材軸までの距離Ｒが、
   Ｒ＜ｒ₁ 又は ｒ₂＜Ｒ
   となるように、前記アンカーボルトを前記固定度低減用平板に立設した請求項１記載の接合材。
3. 前記固定度低減用平板を円環状に構成した請求項１又は請求項２記載の接合材。
4. 前記固定度低減用平板を、全体が円環状でそれぞれ扇状をなす複数の分割片で構成するとともに該分割片のそれぞれに前記アンカーボルトを立設した請求項１又は請求項２記載の接合材。
5. 前記固定度低減用平板を円環状に形成するとともに内側縁部から半径方向外側に向かって延びるスリットを複数形成して構成し、該スリットで挟まれた舌状体に前記アンカーボルトを立設した請求項１又は請求項２記載の接合材。
6. 前記固定度低減用平板を複数の舌片で構成するとともに該各舌片に前記アンカーボルトを立設した請求項１又は請求項２記載の接合材。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一記載の接合材の固定度低減用平板を前記杭の頭部に設けられた端板に接合するとともに該接合材を構成するアンカーボルトが前記杭で支持される上部構造物の基礎部材に埋設されるようにしたことを特徴とする杭頭接合構造。

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