JP2018003474A - Structure for rigidly connecting concrete foundation and pile - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a structure for rigidly connecting a concrete foundation and a pile, which makes workability proper by dispensing with a pile head reinforcement, and which makes it unnecessary to increase the thickness of the concrete foundation.SOLUTION: In a structure 10 for rigidly connecting a concrete foundation 1 and a pile 2, a burial area 2a, in a range of a pile diameter length from an upper surface 2c of the pile, of a pile head of the pile 2 assumes a truncated cone shape having a diameter reduced toward the upper surface 2c of the pile. The burial area 2a is buried in the concrete foundation 1.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、コンクリート基礎と杭の剛結合構造に関するものである。   The present invention relates to a rigid connection structure between a concrete foundation and a pile.

コンクリート基礎と杭の結合構造には、剛結合構造（完全固定構造とも言い、固定度が１）とピン結合構造（ヒンジ結合構造とも言い、固定度が０）、剛結合構造とピン結合構造の間の半剛結合構造（半固定構造とも言い、固定度が０と１の間）があり、それぞれにメリットとデメリットを有している。   The concrete foundation and pile connection structure includes a rigid connection structure (also referred to as a completely fixed structure, with a degree of fixation of 1) and a pin connection structure (also referred to as a hinge connection structure, with a fixed degree of 0). There is a semi-rigid coupling structure (also referred to as a semi-fixed structure, the fixing degree is between 0 and 1), and each has advantages and disadvantages.

剛結合構造は他の結合構造に比してコンクリート基礎と杭頭の接合が強固であることから、コンクリート基礎に作用した水平荷重に対して杭の水平変位は小さくなり、ピン結合構造の杭の水平変位の1/2程度となる。したがって、水平変位量によって杭の設計が支配される場合において、剛結合構造は極めて有意である。   Since the rigid joint structure has a stronger joint between the concrete foundation and the pile head than other joint structures, the horizontal displacement of the pile against the horizontal load applied to the concrete foundation is reduced, and the pile of the pin joint structure It is about 1/2 of the horizontal displacement. Therefore, when the pile design is governed by the amount of horizontal displacement, the rigid connection structure is extremely significant.

また、剛結合構造は他の結合構造に比して施工実績も多く、構造信頼性も高いことから、橋梁等、公共建築物を構成するコンクリート基礎と杭の接合構造において一般に適用されている。   In addition, since the rigid connection structure has more construction results and higher structural reliability than other connection structures, it is generally applied to the joint structure of concrete foundations and piles constituting public buildings such as bridges.

剛結合構造は一般に、コンクリート基礎に対して杭の杭頭を100mm程度埋設した上で、杭頭補強筋をコンクリート基礎内に配設する方法と、コンクリート基礎に対して杭の杭頭を杭径分の長さ埋設する方法のいずれかの方法によって形成される。   In general, the rigid connection structure is a method in which the pile head is embedded in the concrete foundation after embedding the pile head about 100 mm against the concrete foundation, and the pile head is piled to the concrete foundation. It is formed by any of the methods of burying the length of minutes.

コンクリート基礎に対して杭の杭頭を100mm程度埋設し、杭頭補強筋をコンクリート基礎内に配設する方法の場合、杭頭補強筋の配筋や溶接、さらには、杭頭補強筋を配筋した後にコンクリート基礎の下側鉄筋の配筋が余儀なくされるなど、施工性が悪く、施工に手間と時間を要するといった課題がある。   When the pile head is buried about 100mm in the concrete foundation and the pile head reinforcement is placed in the concrete foundation, the reinforcement and welding of the pile head reinforcement and the pile head reinforcement are arranged. There is a problem that the workability is poor, for example, the reinforcement of the lower reinforcing bar of the concrete foundation is forced after the reinforcement, and the construction takes time and effort.

一方、コンクリート基礎に対して杭の杭頭を杭径長さ埋設する方法の場合、杭頭の天端面からコンクリート基礎に作用する押抜きせん断力に抗するためにコンクリート基礎の厚みを厚くする必要が生じ、コンクリート基礎の厚み増に起因して施工コストが増加するといった課題がある。   On the other hand, in the case of the method of burying the pile head length against the concrete foundation, it is necessary to increase the thickness of the concrete foundation to resist the punching shear force acting on the concrete foundation from the top end surface of the pile head There is a problem that the construction cost increases due to the increase in the thickness of the concrete foundation.

このように、代表的な二種類の剛結合構造の形態にはそれぞれに固有の課題があることから、これらの課題を解消できる剛結合構造の開発が望まれている。   Thus, since there are problems inherent in each of the two types of typical rigid coupling structures, development of a rigid coupling structure capable of solving these problems is desired.

ここで、特許文献１，２には、コンクリート基礎と杭の接合構造に関する技術が開示されている。   Here, Patent Documents 1 and 2 disclose techniques related to a joint structure between a concrete foundation and a pile.

特許文献１に記載の構造物基礎の支持構造は、構造物基礎の底面側に設けられた根入れ部の内部に杭頭部を嵌入させるものであり、根入れ部と杭頭部との間に天端部から底面側に向かって拡大する間隙を備えた構造を有するものである。   The support structure of the structure foundation described in Patent Document 1 is to insert a pile head into the inside of the root insertion portion provided on the bottom side of the structure foundation, and between the root insertion portion and the pile head. It has a structure provided with a gap that expands from the top to the bottom side.

一方、特許文献２に記載のコンクリート基礎の支持構造は、コンクリート基礎を杭の杭頭上に載置状態にて支持するとともに、杭頭において杭頭の上端から下方へ向かって広がるテーパ部を設け、テーパ部の少なくとも一部をコンクリート基礎に埋設したものである。   On the other hand, the support structure for the concrete foundation described in Patent Document 2 supports the concrete foundation in a mounted state on the pile head of the pile, and provides a tapered portion that extends downward from the upper end of the pile head at the pile head, At least a part of the tapered portion is embedded in the concrete foundation.

特開２００４−１６２２５９号公報JP 2004-162259 A 特開２００５−２００８８６号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-200088

特許文献１，２に記載のコンクリート基礎と杭の接合構造はいずれも、それぞれに固有の構成によって杭頭に生じ得る曲げモーメントを低減できるという効果を奏する。   Each of the joint structures of the concrete foundation and the pile described in Patent Documents 1 and 2 has an effect that the bending moment that can be generated in the pile head can be reduced by a configuration unique to each.

しかしながら、いずれの接合構造も剛結合構造を対象としたものではなく、ピン結合構造もしくは半剛結合構造を対象としており、したがって、上記する課題、すなわち、上記する代表的な二種類の剛結合構造の形態に内在する課題を解消できるものではない。   However, none of the joint structures is intended for a rigid coupling structure, but a pin coupling structure or a semi-rigid coupling structure. Therefore, the above-described problems, that is, the above-described two typical rigid coupling structures are used. However, the problems inherent in the form cannot be solved.

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、杭頭補強筋を不要として施工性が良好であるとともに、コンクリート基礎の厚みを増加させることを要しないコンクリート基礎と杭の剛結合構造を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has a workability that is excellent without requiring a pile head reinforcing bar, and a rigid connection structure between a concrete foundation and a pile that does not require an increase in the thickness of the concrete foundation. The purpose is to provide.

前記目的を達成すべく、本発明によるコンクリート基礎と杭の剛結合構造は、コンクリート基礎と杭の剛結合構造であって、前記杭の杭頭のうち、杭天端面から杭径長さ範囲の埋設領域が該杭天端面に向かって縮径した切頭円錐形を呈しており、前記埋設領域が前記コンクリート基礎に埋設されているものである。   In order to achieve the above object, the rigid joint structure of the concrete foundation and the pile according to the present invention is a rigid joint structure of the concrete foundation and the pile, and the pile head of the pile has a pile diameter length range from the top edge of the pile. The buried region has a truncated cone shape whose diameter is reduced toward the top end surface of the pile, and the buried region is buried in the concrete foundation.

本発明のコンクリート基礎と杭の剛結合構造は、杭の杭頭のうち、杭天端面から杭径長さ範囲の埋設領域が杭天端面に向かって縮径した切頭円錐形を呈していて、この埋設領域がコンクリート基礎に埋設されることにより、まず、杭頭補強筋を不要とした剛結合構造となっている。   The concrete foundation-pile rigid connection structure of the present invention has a truncated conical shape in which the embedded region of the pile diameter length range from the pile top end face is reduced in diameter toward the pile top end face among the pile heads. By embedding this buried region in the concrete foundation, first, a rigid coupling structure is obtained in which no pile head reinforcement is required.

さらに、杭の杭頭のうち、切頭円錐形の埋設領域がコンクリート基礎に埋設されることにより、すり鉢状を呈した押抜きせん断面の起点を杭天端面から埋設領域の下端（コンクリート基礎の下端）まで下げることができ、結果としてコンクリート基礎の厚みを厚くすることなく、所定の押抜きせん断面を確保することができる。   Furthermore, of the pile head of the pile, the frusto-conical buried area is buried in the concrete foundation, so that the origin of the punched shear surface with a mortar shape is moved from the top edge of the pile to the lower end of the buried area (of the concrete foundation). As a result, it is possible to secure a predetermined punching shear surface without increasing the thickness of the concrete foundation.

この押抜きせん断面の起点が下がることは、本発明者等の解析にて検証されている。押抜きせん断面の起点が下がる理由を概説すると、杭からコンクリート基礎に対して押抜き力（押込み力）が作用した際に、埋設領域の切頭円錐形の側面（縦断面的に見た際のテーパー状の側面）からは斜め方向に向かう押込み力がコンクリート基礎に作用し、この側面からの押込み力によって埋設領域の下端（コンクリート基礎の下端）からの押抜きせん断面が形成されるためである。   It has been verified by the inventors' analysis that the starting point of the punched shear surface is lowered. The reason why the starting point of the punched shear surface is lowered is as follows. When a punching force (pushing force) is applied from the pile to the concrete foundation, the frusto-conical side of the buried area (when viewed from the longitudinal section) This is because the pushing force in the diagonal direction acts on the concrete foundation from the taper-shaped side), and the pushing force from this side forms a punched shear surface from the bottom of the buried area (the bottom of the concrete foundation). is there.

上記する切頭円錐形を縦断面的に見た際のテーパ状の側面のテーパ角度に関しては特に限定はないが、埋設領域の頂部（杭天端面）において、杭の内側に配筋された縦方向の主筋が外部に露出しない程度のテーパ角度が設定されるのがよく、鉛直線からテーパ線までの角度として、たとえば5度〜20度程度の範囲が挙げられる。   There is no particular limitation on the taper angle of the tapered side surface when the above truncated cone is viewed in a longitudinal section, but the vertical bar arranged on the inner side of the pile at the top of the buried region (the top end of the pile). The taper angle should be set such that the main streak of the direction is not exposed to the outside. Examples of the angle from the vertical line to the taper line include a range of about 5 degrees to 20 degrees.

ここで、本発明の剛結合構造で適用される杭としては、主として鋼管杭、PHC杭、SC杭等の既成杭が挙げられるが、場所打ち杭を排除するものではない。   Here, as piles applied in the rigid coupling structure of the present invention, there are mainly formed piles such as steel pipe piles, PHC piles, and SC piles, but do not exclude cast-in-place piles.

このように、杭頭の埋設領域を切頭円錐形とすることにより、押抜きせん断面を杭天端面から埋設領域の下端にシフトさせるといった思想はこれまでにない新規かつ斬新な思想であり、本発明の剛結合構造を適用することで、杭天端面からコンクリート基礎の上面までに形成されるすり鉢状を呈した押抜きせん断面の面積をより大きくすることができ、このことにより、コンクリート基礎の厚みを増加させる必要性を解消することが可能になる。   Thus, the idea of shifting the punching shear surface from the top end surface of the pile to the lower end of the buried region by making the buried region of the pile head a truncated cone is a new and innovative idea that has never existed, By applying the rigid coupling structure of the present invention, the area of the punched shear surface having a mortar shape formed from the top end surface of the pile to the upper surface of the concrete foundation can be increased, and thereby the concrete foundation It becomes possible to eliminate the need to increase the thickness.

本発明のコンクリート基礎と杭の剛結合構造によれば、杭の杭頭のうち、杭天端面から杭径長さ範囲の埋設領域が杭天端面に向かって縮径した切頭円錐形を呈していて、この埋設領域がコンクリート基礎に埋設されることにより、杭頭補強筋を不要として施工性を良好にしながら、コンクリート基礎の厚みを増加させることを不要にできる。したがって、施工コストを削減しながら、品質に優れたコンクリート基礎と杭の剛結合構造を提供することができる。   According to the rigid joint structure of a concrete foundation and a pile of the present invention, the pile area of the pile has a frustoconical shape in which the buried region from the pile top end surface to the pile diameter length range is reduced in diameter toward the pile top end surface. In addition, by burying the buried region in the concrete foundation, it is possible to eliminate the need to increase the thickness of the concrete foundation while improving the workability by eliminating the pile head reinforcing bars. Therefore, it is possible to provide a concrete foundation and pile rigid connection structure with excellent quality while reducing the construction cost.

本発明の剛結合構造の実施の形態を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed embodiment of the rigid connection structure of this invention. 剛結合構造を構成する杭の杭頭を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the pile head of the pile which comprises a rigid coupling structure. （ａ）、（ｂ）ともに従来の剛結合構造における押抜きせん断面を説明した図である。(A), (b) is the figure explaining the punching shear surface in the conventional rigid coupling structure. 解析に用いた３ケースの剛結合構造であり、（ａ）はケース１：埋込みなしのケースを示した図であり、（ｂ）はケース２：テーパなしのケースを示した図であり、（ｃ）はケース３：テーパありのケースを示した図である。3 is a rigid coupling structure of three cases used in the analysis, (a) is a diagram showing a case 1: a case without embedding, (b) is a diagram showing a case 2: a case without a taper, c) is a diagram showing case 3: a case with a taper. 解析モデルを説明した模式図である。It is a schematic diagram explaining the analysis model. 解析結果のうち、各ケースの変位−荷重相関グラフを示した図である。It is the figure which showed the displacement-load correlation graph of each case among the analysis results. 解析結果のうち、ケース２，３の最大主ひずみコンター図を示した図である。It is the figure which showed the largest principal strain contour figure of cases 2 and 3 among the analysis results.

以下、図面を参照して本発明のコンクリート基礎と杭の剛結合構造の実施の形態を説明する。なお、図示例において、コンクリート基礎内の配筋等の図示は省略している。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a rigid joint structure of a concrete foundation and a pile according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the illustrated example, the illustration of reinforcing bars in the concrete foundation is omitted.

（コンクリート基礎と杭の剛結合構造の実施の形態）
図１は本発明の剛結合構造の実施の形態を示した模式図であり、図２は剛結合構造を構成する杭の杭頭を示した斜視図である。 (Embodiment of rigid connection structure between concrete foundation and pile)
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a rigid coupling structure of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing a pile head of a pile constituting the rigid coupling structure.

杭２の杭頭のうち、天端面２ｃから杭径長さ範囲：Ｄの埋設領域２ａが天端面２ｃに向かって縮径した切頭円錐形を呈している。図示する剛結合構造１０は、杭２の埋設領域２ａがコンクリート基礎１に埋設されて形成されている。   Among the pile heads of the pile 2, the buried region 2 a of the pile diameter length range: D from the top end surface 2 c has a truncated cone shape whose diameter is reduced toward the top end surface 2 c. The illustrated rigid coupling structure 10 is formed by embedding a buried region 2 a of a pile 2 in a concrete foundation 1.

図２で示す杭２の切頭円錐形を呈した埋設領域２ａの側面２ｂを図１のように縦断面的に見ると、側面２ｂは鉛直線からテーパ線までの角度θを有するテーパ状となっている。このテーパ角度θは、たとえば5度〜20度程度の範囲に設定でき、杭２の内側に配筋された縦方向の主筋が外部に露出しない程度にテーパ角度が設定される。   When the side surface 2b of the embedded region 2a having a truncated conical shape of the pile 2 shown in FIG. 2 is viewed in a longitudinal section as shown in FIG. 1, the side surface 2b has a tapered shape having an angle θ from a vertical line to a taper line. It has become. The taper angle θ can be set, for example, in a range of about 5 degrees to 20 degrees, and the taper angle is set to such an extent that the longitudinal main bars arranged inside the pile 2 are not exposed to the outside.

杭２としては、鋼管杭、PHC杭、SC杭等の既成杭が適用される。
杭２の杭頭がコンクリート基礎１に対して杭径長さ埋設されていることから、杭頭補強筋を不要とした剛結合構造１０が形成される。 As the pile 2, a prefabricated pile such as a steel pipe pile, a PHC pile, and an SC pile is applied.
Since the pile head of the pile 2 is buried in the pile diameter length with respect to the concrete foundation 1, the rigid coupling structure 10 which does not require a pile head reinforcement is formed.

ここで、剛結合構造１０において、杭２からコンクリート基礎１へ押抜き力が作用した際に生じる押抜きせん断面Ｓが下方へシフトすることを説明する。   Here, it will be described that the punching shear surface S generated when the punching force is applied from the pile 2 to the concrete foundation 1 in the rigid coupling structure 10 is shifted downward.

まず、押抜きせん断面Ｓの下方へのシフトを説明する前に、従来の剛結合構造で生じる押抜きせん断面を図３（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。ここで、図３（ａ）はコンクリート基礎に杭頭を杭径Ｄだけ埋設して形成された剛結合構造のケースを示した図であり、図３（ｂ）はコンクリート基礎に杭頭を100mm埋設し、杭頭補強筋を配設して形成された剛結合構造のケースを示した図である。   First, before explaining the downward shift of the punched shear surface S, the punched shear surface generated in the conventional rigid coupling structure will be described with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b). Here, Fig.3 (a) is a figure which showed the case of the rigid connection structure formed by burying the pile head only by the pile diameter D in the concrete foundation, and Fig.3 (b) is 100mm. It is the figure which showed the case of the rigid coupling structure which was embed | buried and formed by arrange | positioning a pile head reinforcement.

図３（ａ）で示す剛結合構造では、コンクリート基礎に対して杭から押抜き力Ｑが作用した際に、杭の天端面から45°の角度ですり鉢状に広がる押抜きせん断面が形成される。   In the rigid coupling structure shown in Fig. 3 (a), when a punching force Q acts on the concrete foundation from the pile, a punched shear surface is formed that spreads in a mortar shape at an angle of 45 ° from the top end surface of the pile. The

杭の天端面からコンクリート基礎の上面までの離間はt1であるが、作用した押抜き力Ｑに対して所望の押抜きせん断耐力を確保するべく、場合によってはこの離間t1を長くする必要が生じ、この結果、コンクリート基礎の厚みを増加せざるを得ない場合がある。   The separation from the top end surface of the pile to the top surface of the concrete foundation is t1, but in order to secure the desired punching shear strength against the punching force Q applied, it is necessary to increase this spacing t1 in some cases. As a result, the thickness of the concrete foundation may have to be increased.

一方、図３（ｂ）で示す剛結合構造では、杭頭の埋設長が図３（ａ）で示す剛結合構造に比して少ない分、杭の天端面からコンクリート基礎の上面までの離間t2は離間t1に比して長くなる結果、コンクリート基礎に対して杭から押抜き力Ｑが作用した際に形成される押抜きせん断面の面積が大きくなる。そのため、コンクリート基礎の厚みを増加させる必要性は極めて少なくなる。   On the other hand, in the rigid coupling structure shown in FIG. 3B, the distance between the top end surface of the pile and the upper surface of the concrete foundation t2 is less than the rigid coupling structure shown in FIG. As a result, the area of the punching shear surface formed when the punching force Q acts on the concrete foundation from the pile is increased. Therefore, the need to increase the thickness of the concrete foundation is very small.

しかしながら、杭頭補強筋の配設が余儀なくされることから、杭頭補強筋の配筋や溶接、杭頭補強筋を配筋した後にコンクリート基礎の下側鉄筋の配筋をおこなわざるを得ないなどの理由で施工性が悪くなり、施工に手間と時間を要することになる。   However, because the placement of the pile head reinforcement is unavoidable, the reinforcement and welding of the pile head reinforcement and the reinforcement of the lower reinforcement of the concrete foundation must be performed after the pile head reinforcement is placed. For this reason, the workability deteriorates, and the work requires time and effort.

これに対し、図１で示す剛結合構造１０では、コンクリート基礎１に対して杭２から押抜き力Ｑが作用した際に、埋設領域２ａの切頭円錐形のテーパ側面２ｂから斜め方向に向かう押込み力Ｐがコンクリート基礎１に作用し、このテーパ側面２ｂからの押込み力Ｐにより、実際に形成される押抜きせん断面Ｓは、杭２の天端面２ｃからの押抜きせん断面Ｓ’ではなく、埋設領域２ａの下端（コンクリート基礎１の下端）からの押抜きせん断面Ｓとなる。   On the other hand, in the rigid coupling structure 10 shown in FIG. 1, when the punching force Q acts on the concrete foundation 1 from the pile 2, it heads in an oblique direction from the truncated conical tapered side surface 2b of the buried region 2a. The pushing force P acts on the concrete foundation 1, and the pushing shear surface S actually formed by the pushing force P from the tapered side surface 2b is not the pushing shear surface S 'from the top end surface 2c of the pile 2. It becomes the punching shear surface S from the lower end (the lower end of the concrete foundation 1) of the embedded region 2a.

このように、杭頭の埋設領域２ａを切頭円錐形とすることにより、押抜きせん断面Ｓの起点を杭天端面２ｃから埋設領域２ａの下端にシフトさせることができる。   Thus, by making the embedded region 2a of the pile head into a truncated cone shape, the starting point of the punched shear surface S can be shifted from the pile top end surface 2c to the lower end of the embedded region 2a.

この結果、押抜きせん断面Ｓの面積を大きくすることができ、杭頭補強筋を不要としながら、コンクリート基礎１の厚みを増加させる必要性を無くすことができる。   As a result, the area of the punched shear surface S can be increased, and the necessity of increasing the thickness of the concrete foundation 1 can be eliminated while eliminating the pile head reinforcement.

なお、せん断耐力向上の別の根拠として、コンクリート基礎１に対して杭２から押抜きせん断力Ｑが作用した際に、杭頭が切頭円錐形を呈していることから、杭頭がくさびのような挙動を示し、このくさび効果によってもせん断耐力が向上すると言える。   As another basis for improving the shear strength, when the punching shear force Q acts on the concrete foundation 1 from the pile 2, the pile head has a truncated conical shape. It can be said that the shear strength is improved by the wedge effect.

（本発明の剛結合構造のせん断耐力を検証した解析とその結果）
本発明者等は、本発明の剛結合構造のせん断耐力を検証する解析をおこなった。 (Analysis and results of verifying the shear strength of the rigid coupling structure of the present invention)
The present inventors conducted an analysis to verify the shear strength of the rigid coupling structure of the present invention.

＜解析概要＞
図４は解析に用いた３ケースの剛結合構造であり、図４（ａ）はケース１：埋込みなしのケースを示した図であり、図４（ｂ）はケース２：テーパなしのケースを示した図であり、図４（ｃ）はケース３：テーパありのケースを示した図である。 <Analysis outline>
4 shows a rigid coupling structure of three cases used in the analysis. FIG. 4A shows a case 1: a case without embedding, and FIG. 4B shows a case 2: a case without taper. FIG. 4C is a diagram showing a case 3: a case with a taper.

試験体の構造仕様のうち、コンクリート基礎に関しては、コンクリートの圧縮強度26.3N/mm2、鉄筋D16が150mm間隔で格子状に配置され、降伏強度370N/mm2で、2000mm×2000mmの正方形状を有し、ケース１の版厚180mm、ケース２，３の版厚330mmのコンクリート基礎とした。このコンクリート基礎に対し、ケース１では径150mmの既成杭をコンクリート基礎に対して埋め込ませずに配設し、ケース２では径150mmの既成杭を杭径だけ埋め込ませ、ケース３では径150mmで切頭円錐形の杭頭を杭径150mmだけ埋め込ませて各ケースの試験体とした。 Among the structural specifications of the test specimens, for concrete foundations, the concrete compressive strength is 26.3 N / mm 2 , the reinforcing bars D16 are arranged in a grid at intervals of 150 mm, the yield strength is 370 N / mm 2 and the square shape is 2000 mm × 2000 mm. A concrete foundation having a plate thickness of 180 mm for case 1 and a plate thickness of 330 mm for cases 2 and 3 was used. For this concrete foundation, in case 1 the prefabricated pile with a diameter of 150 mm is arranged without being embedded in the concrete foundation, in case 2 the prefabricated pile with a diameter of 150 mm is embedded only in the pile diameter, and in case 3 it is cut at a diameter of 150 mm. A head-cone pile head with a pile diameter of 150 mm was embedded to form test specimens for each case.

図５に解析モデルを示す。この解析モデルは、鉄筋コンクリート版の対称性を考慮した1/4モデルとし、コンクリートはソリッド要素、鉄筋はビーム要素とした。鉄筋とコンクリート間の付着応力−すべり関係には飯塚モデルを適用した。なお、「飯塚モデル」は、飯塚・檜貝・斉藤・高橋：かぶり厚の影響を考慮した異形鉄筋の付着応力−すべり−ひずみ関係、土木学会論文集E2、Vol.67、No.2、2011に記載されている。   FIG. 5 shows an analysis model. This analysis model is a 1/4 model that takes into account the symmetry of the reinforced concrete plate, concrete is a solid element, and the reinforcing bar is a beam element. The Iizuka model was applied to the bond stress-slip relationship between rebar and concrete. The “Iizuka model” refers to the Iizuka, Isogai, Saito, and Takahashi: Adhesive stress-slip-strain relationships of deformed bars considering the effect of cover thickness, JSCE Proceedings E2, Vol.67, No.2, 2011. It is described in.

コンクリートの構成則に関し、圧縮側はパラボリックカーブ、引張側はコンクリート標準示方書の引張軟化曲線を用いた。ひび割れモデルは固定ひび割れモデルとし、ひび割れ面でのせん断伝達モデルはAl- Mahaidiモデルとした。また、ケース２，３では、杭頭部とコンクリート間にインターフェイス要素を設定し、法線方向はテンションカットオフとし、接線方向は摩擦力（静止摩擦係数μ=0.5）を考慮した。また、杭頭部はコンクリートと同じ剛性を有する弾性体とし、各荷重載荷面に強制変位を作用させて載荷した。ここで、解析プログラムにはDIANA9.6を用いた。   Regarding the constitutive law of concrete, the compression side used the parabolic curve, and the tension side used the tension softening curve of the concrete standard specifications. The crack model was a fixed crack model, and the shear transfer model at the crack surface was an Al-Mahaidi model. In cases 2 and 3, an interface element was set between the pile head and concrete, the normal direction was the tension cut-off, and the tangential direction considered the friction force (static friction coefficient μ = 0.5). Moreover, the pile head was made of an elastic body having the same rigidity as concrete, and loaded by applying a forced displacement to each load loading surface. Here, DIANA 9.6 was used as an analysis program.

＜解析結果＞
図６は、解析結果のうち、各ケースの変位−荷重相関グラフを示した図である。図６においては参考として、ケース１，２のコンクリート標準示方書（以下、「コ示」とする）の押抜きせん断耐力も併記している。 <Analysis results>
FIG. 6 is a diagram showing a displacement-load correlation graph of each case among the analysis results. In FIG. 6, the punching shear strength of the concrete standard specifications for cases 1 and 2 (hereinafter referred to as “K”) is also shown for reference.

同図より、ケース１の押抜きせん断耐力（330kN）は、コ示耐力（295kN）と同程度の結果が得られた。これに対し、ケース２では、押抜きせん断耐力（400kN）がコ示耐力を約100kN上回る結果となった。これは、コ示耐力では杭頭周面の摩擦力を考慮していないのに対し、本解析モデルでは摩擦力を考慮していることが主な理由である。   From the figure, the punching shear strength (330 kN) of case 1 was similar to the co-determining strength (295 kN). On the other hand, in case 2, the punching shear strength (400 kN) exceeded the core strength by about 100 kN. This is mainly due to the fact that the friction strength of the pile head peripheral surface is not taken into account in the co-development strength, whereas the friction force is taken into account in this analysis model.

一方、ケース３はケース２の押抜きせん断耐力の約2倍の押抜きせん断耐力となった。この耐力の違いは杭頭のテーパ側面による効果であると推察される。   On the other hand, Case 3 had a punching shear strength of about twice that of Case 2. This difference in yield strength is presumed to be due to the taper side of the pile head.

次に、図７は、解析結果のうち、ケース２，３の最大主ひずみコンター図を示した図である。   Next, FIG. 7 is a diagram showing the maximum principal strain contour diagram of cases 2 and 3 among the analysis results.

P=400kNに着目すると、ケース２では杭天端面から斜め方向にせん断ひび割れが発生しているのに対し、ケース３にはせん断ひび割れが生じていないことが分かる。これは、杭頭にテーパ側面を設けることで、杭頭のテーパ側面とコンクリート間の面直力（テーパ側面に直交する方向の力でN）が増加し、この面直力の増加に伴い、摩擦力（F=μN）が増大することになり、杭天端面に対するテーパ側面の荷重分担率が増加し、その結果、杭頭上部の応力が低減されたことが理由として考えられる。   Paying attention to P = 400 kN, it can be seen that in case 2, shear cracks occur diagonally from the top edge of the pile, whereas in case 3, no shear cracks occur. This is because by providing a taper side surface on the pile head, the surface direct force between the taper side surface of the pile head and the concrete (N in the direction perpendicular to the taper side surface) increases. With this increase in surface direct force, The frictional force (F = μN) will increase, and the load sharing ratio of the taper side surface to the pile top end surface will increase. As a result, the stress at the top of the pile is reduced.

次に、ケース３のせん断ひび割れ発生後の挙動に着目すると、図６および図７より、ケース２では、せん断ひび割れの発生と同時に荷重が低下し、押抜きせん断破壊が生じた（P=400kN）。これに対し、ケース３では、せん断ひび割れが発生し（P=640kN）、鉄筋の一部が降伏した後（P=740kN）も荷重が増加する結果となった。これは、杭頭がテーパ側面を有していることにより、杭頭がくさびのようにテーパ側面で押抜きせん断力を分担しているからであると推察される。   Next, focusing on the behavior of the case 3 after the occurrence of shear cracks, from FIG. 6 and FIG. 7, in case 2, the load decreased simultaneously with the occurrence of shear cracks, and punching shear failure occurred (P = 400kN). . In contrast, in case 3, shear cracks occurred (P = 640kN), and the load increased even after part of the reinforcing bar yielded (P = 740kN). This is presumed to be because the pile head has a tapered side surface, and thus the pile head shares the punching shear force on the tapered side surface like a wedge.

このように、三次元非線形有限要素解析である本解析により、従来の剛結合構造に比して本発明の剛結合構造の押抜きせん断耐力が大幅に向上することが検証されている。   As described above, this analysis, which is a three-dimensional nonlinear finite element analysis, has been verified to significantly improve the punching shear strength of the rigid coupling structure of the present invention compared to the conventional rigid coupling structure.

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention.

１…コンクリート基礎、２…杭、２ａ…埋設領域、２ｂ…側面（テーパ側面）、２ｃ…天端面（杭天端面）、１０…剛結合構造（コンクリート基礎と杭の剛結合構造）   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Concrete foundation, 2 ... Pile, 2a ... Embedded area, 2b ... Side surface (taper side), 2c ... Top end surface (pile top end surface), 10 ... Rigid connection structure (Rigid connection structure of concrete foundation and pile)

Claims (1)

コンクリート基礎と杭の剛結合構造であって、
前記杭の杭頭のうち、杭天端面から杭径長さ範囲の埋設領域が該杭天端面に向かって縮径した切頭円錐形を呈しており、
前記埋設領域が前記コンクリート基礎に埋設されている、コンクリート基礎と杭の剛結合構造。 It is a rigid connection structure between a concrete foundation and a pile,
Among the pile heads of the pile, the buried region of the pile diameter length range from the pile top end surface has a truncated cone shape whose diameter is reduced toward the pile top end surface,
A concrete joint-pile rigid connection structure in which the buried region is buried in the concrete foundation.
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