JP2016003499A - 鋼管コンクリート杭接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】製作コストを低減できる鋼管コンクリート杭の接合構造を提供すること。
【解決手段】鋼管コンクリート杭接合構造は、鋼管コンクリート杭１０と基礎２０との接合部の構造である。鋼管コンクリート杭１０は、筒状の鋼管１１と、この鋼管１１の内部に打設されたコンクリート体１２と、鋼管１１の上端縁に設けられた環状の座板３０と、この座板３０の上面に接合されて基礎２０に定着する杭頭結合鉄筋４０と、座板３０の下面に接合されてコンクリート体１２に定着するアンカー鉄筋４１と、を備える。座板３０は、鋼管１１の上端縁に接合されて当該鋼管の内部側に係合部を有する鋼管接合部３０Ａと、杭頭結合鉄筋４０およびアンカー鉄筋４１が接合される鉄筋接合部３０Ｂと、を有する。座板３０の鋼管接合部３０Ａと鉄筋接合部３０Ｂとの間に、薄肉部３２が設けられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、鋼管コンクリート杭と基礎との接合構造に関する。

従来より、鋼管の内部にコンクリートを打設した鋼管コンクリート杭（以下、ＳＣ杭と呼ぶ）による杭基礎が知られている。
このＳＣ杭の基礎のフーチングに接合する部分では、鋼管の上端には、基礎のコンクリートに定着する多数の杭頭結合鉄筋が溶接される。しかしながら、溶接作業の品質管理が難しいうえに、施工コストが高く、工期が長期化する、という間題があった。

このような問題を解決するため、以下のような構造が提案されている（特許文献１参照）。
ＳＣ杭の上端に板状の座板と座板に取り付けたカップラーナットを介してＳＣ杭のコンクリート内部にアンカー鉄筋を埋め込んでおく。施工現場にて、地盤にＳＣ杭を打ち込んだ後、カップラーナットに杭頭結合鉄筋を螺合することで、杭頭結合鉄筋をＳＣ杭に取り付ける。
この構造によれば、杭頭結合鉄筋の溶接作業を行う必要がないため、品質管理が容易であり、短期間で杭頭結合鉄筋をＳＣ杭の杭頭部に取り付けることができる。

特開平５−３０６５２７号公報

しかしながら、上記のようなＳＣ杭では、杭頭結合鉄筋に作用する引抜き力は、アンカー鉄筋だけではなく、杭頭の座板にも伝達されるので、以下のような問題が生じる。

図８は、従来例に係る鋼管コンクリート杭接合構造１００の断面図である。
鋼管コンクリート杭接合構造１００は、鋼管コンクリート杭１１０と基礎１２０との接合部分の構造である。
鋼管コンクリート杭１１０は、筒状の鋼管１１１と、この鋼管１１１の内部に打設されたコンクリート体１１２と、鋼管１１１の上端に設けられた接合部材１１３と、を備える。

接合部材１１３は、鋼管１１１の上端縁に設けられた環状の座板１３０と、この座板１３０の上面に接合されて基礎１２０に定着する杭頭結合鉄筋１４０と、座板１３０の下面に接合されてコンクリート体１１２に定着するアンカー鉄筋１４１と、を備える。

杭頭結合鉄筋１４０に作用した引抜き力Ｆは、座板１３０を介して鋼管１１１に伝達されるとともに、アンカー鉄筋１４１に伝達されて、その後、コンクリート体１１２と鋼管１１１の付着力によって鋼管１１１に伝達される。したがって、座板１３０による引抜き抵抗力をＲｔとし、コンクリート体１１２と鋼管１１１の付着による引抜き抵抗力をＲｆ１とすると、Ｆ＝Ｒｔ＋Ｒｆ１となる（図８参照）。

ここで、引抜き力Ｆが座板１３０を介して鋼管１１１に伝達されると、この座板１３０は片持ち梁となり、座板１３０と鋼管１１１との接合部には、杭頭結合鉄筋１４０から鋼管１１１までの距離Ｌ１をモーメントアームとして、曲げモーメントＭ１＝Ｒｔ×Ｌ１が発生する。

曲げモーメントＭ１に対してＳＣ杭の構造上の安全性を確保するために、座板の板厚を厚くする必要が生じる。また、座板に作用する力は、鋼管に伝達されるため、鋼管の板厚も厚くする必要が生じる。よって、ＳＣ杭の製作コストが高くなっていた。

本発明は、座板および鋼管の板厚を薄くすることによって製作コストを低減できる鋼管コンクリート杭の接合構造を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋼管コンクリート杭に作用する引抜力に対する鋼管コンクリート杭と基礎との接合部構造として、引抜力を杭体上端に設けられる座板を介して鋼管部分に伝達させるのではなく、基礎部分からＳＣ杭内部に埋設させるアンカー鉄筋と、ＳＣ杭を構成するコンクリートとの付着作用により、引抜力を一旦、コンクリート体に伝達させた後、鋼管の上端縁に設ける鋼管接合部にてコンクリート体に生じた内部応力を支圧抵抗させることによって引抜力を間接的に鋼管部分へ伝達できることに着眼して、ＳＣ杭に作用する引抜力を鋼管部分に伝達できるＳＣ杭の杭頭接合部構造を発明するに至った。

請求項１に記載の鋼管コンクリート杭接合構造（例えば、後述の鋼管コンクリート杭接合構造１）は、鋼管コンクリート杭（例えば、後述の鋼管コンクリート杭１０）と基礎（例えば、後述の基礎２０）との接合部の構造であって、前記基礎は、鉄筋コンクリート造であり、前記鋼管コンクリート杭は、筒状の鋼管（例えば、後述の鋼管１１）と、当該鋼管の内部に打設されたコンクリート体（例えば、後述のコンクリート体１２）と、前記鋼管の上端縁に設けられた環状の座板（例えば、後述の座板３０、５０）と、当該座板の上面に接合されて前記基礎に定着する鉄筋（例えば、後述の杭頭結合鉄筋４０）と、前記座板の下面に接合されて前記コンクリート体に定着する鉄筋（例えば、後述のアンカー鉄筋４１）と、を備え、前記座板は、前記鋼管の上端縁に接合されて当該鋼管の内部側に係合部（例えば、後述の厚肉部３１、溝５１よりも外側の部分）を有する鋼管接合部（例えば、後述の鋼管接合部３０Ａ）と、前記鉄筋が接合される鉄筋接合部（例えば、後述の鉄筋接合部３０Ｂ）と、を有し、前記座板の前記鋼管接合部と前記鉄筋接合部との間に、脆弱部（例えば、後述の薄肉部３２、溝５１が設けられた部分）が設けられることを特徴とする。

この発明によれば、座板のうち鋼管接合部と鉄筋接合部との間に、脆弱部を設けた。よって、脆弱部は、鋼管の内部側に設けられる鋼管接合部の係合部と鉄筋接合部との間に設けられることになる。
これにより、鉄筋に引抜き力が作用すると、座板は、脆弱部にて、鋼管接合部側の部分（外側の部分）と、鉄筋接合部側の部分（内側の部分）とに構造的に分離される。

よって、鉄筋に作用する引抜き力が座板を介して鋼管に伝達されにくくなり、ほとんどの引抜き力は、鉄筋を介してコンクリート体に伝達され、さらに、コンクリート体と鋼管の付着力により鋼管に伝達されるとともに、コンクリート体が座板の鋼管接合部側の部分（係合部）に係止することで鋼管に伝達される。

コンクリート体が座板の鋼管接合部側の部分（係合部）に係止すると、この座板の鋼管接合部側の部分（係合部）はコンクリート体に押圧された片持ち梁となり、鋼管接合部に係止されるコンクリート体に生じる支圧抵抗力の作用点から鋼管までの距離をモーメントアームとして、曲げモーメントが発生する。

上述のように、従来では、鋼管接合部には、鉄筋接合部から鋼管までの距離をモーメントアームとして、曲げモーメントが発生する。したがって、本発明によれば、従来に比べてモーメントアームが小さくなるから、座板と鋼管との接合部に作用する曲げモーメントが小さくなる。よって、座板および鋼管の板厚を薄くすることができ、鋼管コンクリート杭の製作コストを低減できる。

なお、設計上、コンクリート体と鋼管との付着力を期待できない場合、全ての引抜き力を、座板を介して鋼管に伝達させることになるので、本発明の効果はより顕著となる。

請求項２に記載の鋼管コンクリート杭接合構造は、前記座板は、前記鋼管接合部を有する厚肉部（例えば、後述の厚肉部３１）と、当該厚肉部の内側に設けられて前記鉄筋接合部を有しかつ前記厚肉部よりも板厚が薄い薄肉部（例えば、後述の薄肉部３２）と、を備えることを特徴とする。
ここで、請求項２の薄肉部は、請求項１の脆弱部に相当する。

この発明によれば、鉄筋に引抜き力が作用すると、座板は、厚肉部と薄肉部の境界部分で構造的に分離され、厚肉部が片持ち梁としてコンクリート体を支持することになる。

請求項３に記載の鋼管コンクリート杭接合構造は、前記脆弱部には、溝（例えば、後述の溝５１）が形成されていることを特徴とする。

この発明によれば、鉄筋に引抜き力が作用すると、座板は、溝で鋼管接合部側の部分と鉄筋接合部側の部分とに構造的に分離され、座板の溝よりも鋼管接合部側の部分が、片持ち梁としてコンクリート体を支持することになる。

本発明によれば、従来に比べてモーメントアームが小さくなるから、座板と鋼管との接合部に作用する曲げモーメントが小さくなる。よって、座板および鋼管の板厚を薄くすることができ、鋼管コンクリート杭の製作コストを低減できる。

本発明の第１実施形態に係る鋼管コンクリート杭接合構造の縦断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 前記実施形態に係る鋼管コンクリート杭接合構造の座板の拡大断面図である。 前記実施形態に係る鋼管コンクリート杭接合構造における引抜き力の伝達状況を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る鋼管コンクリート杭接合構造の座板の拡大断面図である。 本発明の第３実施形態に係る鋼管コンクリート杭接合構造の杭頭結合鉄筋の上端部分の断面図である。 本発明の第４実施形態に係る鋼管コンクリート杭接合構造の座板の拡大断面図である。 従来例に係る鋼管コンクリート杭接合構造における引抜き力の伝達状況を説明するための図である。

本発明は、ＳＣ杭に作用する引抜力に対する杭頭接合部構造に係る発明である。
本発明では、ＳＣ杭に作用する引抜力を、ＳＣ杭に埋設させるアンカー鉄筋とコンクリートとの付着作用により、一旦コンクリート体に伝達させた後、そのコンクリート体の内部応力を鋼管部分に伝達させる。杭頭接合部では、鋼管と鋼管上端部に設けられる座板の一部とは構造的に分離されているので、鋼管上端部に生じる曲げモーメント値を低減できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る鋼管コンクリート杭接合構造１の縦断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。

鋼管コンクリート杭接合構造１は、鋼管コンクリート杭１０と基礎２０との接合部の構造である。基礎２０は、建物の基礎であり、鉄筋コンクリート造である。
鋼管コンクリート杭１０は、筒状の鋼管１１と、この鋼管１１の内部に打設された円筒形状のコンクリート体１２と、鋼管１１の上端に設けられた接合部材１３と、を備える。
コンクリート体１２の内部には、空洞６０が形成されている。

接合部材１３は、鋼管１１の上端縁に設けられた環状の座板３０と、この座板３０の上面に接合されて基礎２０に定着する杭頭結合鉄筋４０と、座板３０の下面に接合されてコンクリート体１２に定着するアンカー鉄筋４１と、を備える。

図３は、座板３０の拡大断面図である。
以下、座板３０のうち、鋼管１１の上端縁に溶接固定される部分を鋼管接合部３０Ａとし、杭頭結合鉄筋４０およびアンカー鉄筋４１が接合される部分を鉄筋接合部３０Ｂとする。
座板３０は、鋼管接合部３０Ａを有する厚肉部３１と、この厚肉部３１の内側に設けられて鉄筋接合部３０Ｂを有しかつ厚肉部３１よりも板厚が薄い脆弱部としての薄肉部３２と、を備える。
この薄肉部３２は、座板３０の鋼管接合部３０Ａと鉄筋接合部３０Ｂとの間の板厚が薄い部分となる。

座板３０の薄肉部３２の下面には、高ナット３３が溶接固定されており、座板３０には、この高ナット３３に連通する貫通孔３４が形成されている。
杭頭結合鉄筋４０の下端側には、雄ねじ部４２が刻設されており、この雄ねじ部４２を、貫通孔３４を通して高ナット３３の上端側に螺合することで、杭頭結合鉄筋４０は、高ナット３３に接合される。
アンカー鉄筋４１の上端側には、雄ねじ部４３が刻設されており、この雄ねじ部４３を高ナット３３の下端側に螺合することで、アンカー鉄筋４１は、高ナット３３に接合される。
以上より、高ナット３３を介して、杭頭結合鉄筋４０とアンカー鉄筋４１とが接続される。

鋼管コンクリート杭接合構造１では、以下のように力が伝達する。
図４に示すように、杭頭結合鉄筋４０に引抜き力Ｆが作用すると、座板３０は、厚肉部３１と薄肉部３２の境界部分で構造的に分離される。

杭頭結合鉄筋４０に作用する引抜き力Ｆが座板３０を介して鋼管１１に伝達されにくくなり、ほとんどの引抜き力Ｆは、アンカー鉄筋４１を介してコンクリート体１２に伝達され、さらに、コンクリート体１２と鋼管１１の付着力により鋼管１１に伝達されるとともに、コンクリート体１２が座板３０の厚肉部３１に係止することで鋼管１１に伝達される。
したがって、コンクリート体１２が厚肉部３１に係止することによる支圧抵抗力をＲｃ、コンクリート体１２と鋼管１１の付着による引抜き抵抗力をＲｆ２とすると、Ｆ＝Ｒｃ＋Ｒｆ２となる（図４参照）。

コンクリート体１２が座板３０の厚肉部３１に係止すると、この厚肉部３１はコンクリート体１２に押圧された片持ち梁となり、鋼管接合部３０Ａには、コンクリート体１２に生じる支圧抵抗力の作用点から鋼管１１までの距離をモーメントアームＬ２として、曲げモーメントＭ２が発生する。

具体的には、厚肉部３１が負担する支圧抵抗力の合力作用点から鋼管までの距離をＬ２とすると、このＬ２をモーメントアームとして、厚肉部３１と鋼管１１との接続部には、曲げモーメントＭ２＝Ｒｃ×Ｌ２が発生する。従来技術におけるＲｆ１と本発明におけるＲｆ２がほぼ等しいと仮定すると、Ｒｃ＝Ｒｔとなるが、本発明では、従来技術と比較して、モーメントアームが小さくなるので、結果的に、Ｍ２＜Ｍ１となる。

なお、座板３０の厚肉部３１は、鋼管１１の内壁面から内側に突出していればよく、この厚肉部３１の突出寸法は特に限定されない。厚肉部３１の突出寸法を大きくすると、曲げモーメントＭ２が大きくなり、逆に、厚肉部３１の突出寸法を小さくすると、コンクリート体１２により厚肉部３１の下面に生じる単位面積当たりの支圧応力が大きくなる。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）従来に比べてモーメントアームが小さくなるから、厚肉部３１と鋼管１１との接続部に生じる曲げモーメントＭ２が小さくなる。よって、座板３０の薄肉部３２および鋼管１１の板厚を薄くすることができ、鋼管コンクリート杭１０の製作コストを低減できる。

〔第２実施形態〕
図５は、本発明の第２実施形態に係る鋼管コンクリート杭接合構造１Ａの座板５０の拡大断面図である。
本実施形態では、座板５０の構造が、第１実施形態と異なる。
座板５０は、板厚が均一であり、座板５０の下面のうち鋼管接合部３０Ａと鉄筋接合部３０Ｂとの間には、溝５１が形成される。この座板５０の溝５１が設けられた部分は、座板５０の鋼管接合部３０Ａと鉄筋接合部３０Ｂとの間の板厚が薄い脆弱部となる。

杭頭結合鉄筋４０に引抜き力Ｆが作用すると、座板５０は、溝５１で構造的に分離され、座板５０の溝５１よりも外側つまり鋼管接合部３０Ａ側の部分が、片持ち梁としてコンクリート体１２を支持することになる。

なお、溝５１を座板５０の下面に形成したが、これに限らず、座板５０の上面に形成してもよい。また、溝５１の深さは、できる限り深い方が効果的であるが、特に限定されない。
また、溝５１の位置は、鋼管１１の内壁面よりも内側であればよく、特に限定されない。この溝５１の位置を内側寄りにするほど曲げモーメントＭ２が大きくなり、溝５１の位置を外側寄りにするほど、コンクリート体１２により座板３０の溝５１よりも鋼管接合部３０Ａ側の部分の下面に生じる単位面積当たりの支圧応力が大きくなる。

本実施形態によれば、上述の（１）と同様の効果がある。

図６は、本発明の第３実施形態に係る鋼管コンクリート杭接合構造１Ｂの杭頭結合鉄筋４０の上端部分の断面図である。
本実施形態では、杭頭結合鉄筋４０の上端に定着板４４を取り付けた点が、第２実施形態と異なる。

すなわち、定着板４４は、拡径された定着板本体４５と、この定着板本体４５に形成された雌ねじ部４６と、を備える。
杭頭結合鉄筋４０の上端側に雄ねじ部４７を刻設し、この雄ねじ部４７を定着板４４の雌ねじ部４６に螺合することで、定着板４４は、杭頭結合鉄筋４０に取り付けられる。

本実施形態によれば、上述の（１）の効果に加えて、以下のような効果がある。
（２）杭頭結合鉄筋４０の上端に定着板４４を取り付けたので、基礎２０に杭頭結合鉄筋４０をより強固に定着できる。

図７は、本発明の第４実施形態に係る鋼管コンクリート杭接合構造１Ｃの座板３０の断面図である。
本実施形態では、杭頭結合鉄筋４０ではなく、パイルスタッド鉄筋４８を設けた点が、第１実施形態と異なる。
座板３０には、高ナット３３に連通する貫通孔３４が形成されておらず、座板３０の上面でアンカー鉄筋４１の直上の位置には、パイルスタッド鉄筋４８がスタッド溶接されている。
なお、パイルスタッド鉄筋４８の平面的な位置は、必ずしもアンカー鉄筋４１の直上に限らない。
また、厚肉部３１および薄肉部３２を含む座板３０を用いたが、これに限らず、第２実施形態のように、溝５１を設けた板厚が均一な座板５０を用いてもよい。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…鋼管コンクリート杭接合構造
１０…鋼管コンクリート杭（ＳＣ杭）
１１…鋼管
１２…コンクリート体
１３…接合部材
２０…基礎
３０…座板 ３０Ａ…鋼管接合部 ３０Ｂ…鉄筋接合部
３１…厚肉部
３２…薄肉部（脆弱部）
３３…高ナット
３４…貫通孔
４０…杭頭結合鉄筋
４１…アンカー鉄筋
４２…雄ねじ部 ４３…雄ねじ部
４４…定着板 ４５…定着板本体 ４６…雌ねじ部 ４７…雄ねじ部
４８…パイルスタッド鉄筋
５０…座板
５１…溝
６０…空洞
１００…従来の鋼管コンクリート杭接合構造
Ｆ…引抜力
Ｍ１…ＳＣ杭の鋼管と座板との接合部に生じる曲げモーメント（従来のＳＣ杭接合構造）
Ｍ２…ＳＣ杭の鋼管と厚肉部との接合部に生じる曲げモーメント（本願発明）
Ｒｆ１…コンクリート体と鋼管の付着による引抜き抵抗力（従来のＳＣ杭接合構造）
Ｒｔ…座板による引抜き抵抗力（従来のＳＣ杭接合構造）
Ｒｆ２…コンクリート体と鋼管の付着による引抜き抵抗力（本願発明）
Ｒｃ…コンクリート体が厚肉部に係止することによる支圧抵抗力（本願発明）

Claims (3)

1. 鋼管コンクリート杭と基礎との接合部の構造であって、
   前記基礎は、鉄筋コンクリート造であり、
   前記鋼管コンクリート杭は、筒状の鋼管と、当該鋼管の内部に打設されたコンクリート体と、前記鋼管の上端縁に設けられた環状の座板と、当該座板の上面に接合されて前記基礎に定着する鉄筋と、前記座板の下面に接合されて前記コンクリート体に定着する鉄筋と、を備え、
   前記座板は、前記鋼管の上端縁に接合されて当該鋼管の内部側に係合部を有する鋼管接合部と、前記鉄筋が接合される鉄筋接合部と、を有し、
   前記座板の前記鋼管接合部と前記鉄筋接合部との間に、脆弱部が設けられることを特徴とする鋼管コンクリート杭接合構造。
2. 前記座板は、前記鋼管接合部を有する厚肉部と、当該厚肉部の内側に設けられて前記鉄筋接合部を有しかつ前記厚肉部よりも板厚が薄い薄肉部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の鋼管コンクリート杭接合構造。
3. 前記脆弱部には、溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の鋼管コンクリート杭接合構造。

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