JP2019023421A - Pile head structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、杭頭構造に関する。 The present invention relates to a pile head structure.
構造物の基礎に用いられる杭頭構造として、特許文献1記載のものが知られている。当該杭頭構造では、杭頭に筒形状の鞘管(ユニット本体)が溶接され、鞘管の内周側に柱脚が配置されている。柱脚の端部にはベースプレートが固定されている。柱脚及びベースプレートと、鞘管の内周面と、の間にコンクリートが充填されることにより、柱脚が杭頭に対して固定されている。このような杭頭構造では、柱脚に過大な外力が作用した場合に、コンクリートに略円錐形状の破断面が発現し、柱脚が抜けてしまう「コーン状破壊」が生じることが知られている。
The thing of
特許文献1では、鞘管の内周面に突起を設けるとともに、コンクリートの強度に関する所定の条件を満足するように設計することが提案されている。具体的には、突起によるコンクリート支圧強度をPn、コンクリート全体のコーン状の破壊強度をPsとしたとき、Pn<Psを満足させることが提案されている。これにより、コーン状破壊を抑制できるとされている。
In
特許文献1記載の杭頭構造は、柱脚の周囲の充填剤におけるコーン状破壊の抑制を図るものである。本発明者らは、当該構造を、杭頭の周囲に鞘管及び充填剤が設けられる他の杭頭構造(例えば、特許文献2)に応用することを検討した。このような応用が可能になれば、杭頭に土台を構成し、当該土台により梁を支持するような杭頭構造においても、コーン状破壊の抑制を図ることができる。
The pile head structure described in
しかしながら、同一の材料、製法により得られたものであっても、コンクリートやモルタル等の充填剤の特性にはばらつきが生じる。そのため、支圧強度Pnやコーン状破壊強度Psにもばらつきが生じ、杭頭構造の強度を正確に予測することは困難であった。 However, even if it is obtained by the same material and manufacturing method, the characteristics of fillers such as concrete and mortar vary. Therefore, the bearing strength Pn and the cone-shaped fracture strength Ps also vary, and it is difficult to accurately predict the strength of the pile head structure.
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、高い精度で強度を推定することが可能な杭頭構造を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a subject, and it aims at providing the pile head structure which can estimate intensity | strength with high precision.
上記課題を解決するために、本発明に係る杭頭構造は、所定の軸に沿って延びる管状の杭と、杭頭に対して固定され、杭頭を遮蔽する蓋体と、蓋体に対して固定され、杭の外周面よりも外方に張り出すプレートと、杭の杭頭、蓋体及びプレートを包囲する鞘管と、杭の杭頭、蓋体及びプレートと、鞘管の内周面と、の間に充填される充填剤と、を備える。蓋体と杭頭プレートとはボルトにより締結されている In order to solve the above-mentioned problem, a pile head structure according to the present invention includes a tubular pile extending along a predetermined axis, a lid fixed to the pile head and shielding the pile head, and a lid A plate that is fixed and extends outward from the outer peripheral surface of the pile, a sheath pipe that surrounds the pile head, lid and plate of the pile, a pile head, lid and plate of the pile, and an inner circumference of the sheath pipe And a filler filled between the surfaces. The lid and pile head plate are fastened with bolts
この構成によれば、鞘管から杭を引き抜くような外力が作用した場合に、充填剤の破壊に先駆けて、ボルトの破断が生じるように構成することが可能になる。ボルトの破断を生じさせる外力は、ボルトの材質や断面積等に基づき、所定の理論式に基づいて推定することができる。この推定の精度は、コンクリート等の破壊の推定と比べて高い。したがって、上記構成によれば、杭頭構造の強度を正確に推定することが可能になる。 According to this configuration, when an external force that pulls out the pile from the sheath tube is applied, the bolt can be broken before the filler is destroyed. The external force that causes the rupture of the bolt can be estimated based on a predetermined theoretical formula based on the material and cross-sectional area of the bolt. The accuracy of this estimation is higher than the estimation of destruction of concrete or the like. Therefore, according to the said structure, it becomes possible to estimate the intensity | strength of a pile head structure correctly.
本発明によれば、高い精度で強度を推定することが可能な杭頭構造を提供することができる。 According to the present invention, a pile head structure capable of estimating strength with high accuracy can be provided.
以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the description, the same constituent elements in the drawings will be denoted by the same reference numerals as much as possible, and redundant description will be omitted.
まず、図1から図3を参照しながら、実施形態に係る杭頭構造1の概要について説明する。図1は、杭頭構造1の断面図であり、後述する軸Cを含む平面における断面を示している。また、図1は、杭頭構造1の構成のうち、後述する鞘管5及びコンクリート6と、地盤9のみを断面視している。図2は、杭頭構造1の上面図であり、図3は、図2のIII−III断面を示す断面図である。図2及び図3は、鞘管5及びコンクリート6を省略している。
First, the outline of the
杭頭構造1は、構造物の基礎に用いられる。杭頭構造1は、杭2と、蓋体3と、プレート4と、鞘管5と、コンクリート6と、ボルト7と、を備えている。
The
杭2は、仮想の直線である軸Cに沿って延びる鋼管あり、その外周面21は円柱面である。杭2は、ハンマ等で杭頭23を打撃されることにより、地盤9に埋設される。杭2の杭頭23は、杭2の埋設後に、地盤9が掘削されて凹部93が形成されることにより、地表91から露出する。杭2は、構造物の自重に抗して構造物を支持するため、地盤9の所定の深さまで達するように埋設されている。
The
蓋体3は、金属製部材であり、円板形状を呈している。蓋体3の直径は、杭2の外周面21の直径と略同一である。蓋体3は、杭2の杭頭23に対して溶接され、杭頭23を遮蔽している。図3に示されるように、蓋体3は、3つのねじ孔31が形成されている。ねじ孔31は、軸Cに沿って延び、蓋体3を貫通している。ねじ孔31の内側面には、雌ねじが形成されている。
The
プレート4は、金属製部材であり、円板形状を呈している。図3に示されるように、プレート4は、3つの貫通孔41が形成されている。ねじ孔31は、軸Cに沿って延び、プレート4を厚さ方向に貫通している。プレート4は、そのねじ孔31を挿通し、蓋体3のねじ孔31と螺合するボルト7により、蓋体3と締結されている。ボルト7は、軸Cを中心とする円の同一円周上に等間隔で配置されるのが好ましい。なお、図2及び図3では、ボルト7を3本設けた例を示したが、ボルト7の本数はこれに限られるものではなく、杭2が抜け出すコーン状破壊を生じさせる前にボルト7が破断するように、ボルト7の本数を適宜設定することができる。
The
プレート4の直径は、杭2や蓋体3の直径よりも大きい。プレート4の直径と、杭2の直径と、の比は1.1から1.8程度であることが好ましい。このため、蓋体3に締結されたプレート4は、杭2の外周面21よりも外方に張り出すように配置される。
The diameter of the
鞘管5は、金属製部材であり、円筒形状を呈している。図1に示されるように、鞘管5の内周面57の直径は、杭2、蓋体3及びプレート4の直径よりも大きい。内周面57の直径と、プレート4の直径と、の比は1.2から3.0程度であることが好ましい。鞘管5の形状は、円筒形状に限られず、杭2、蓋体3及びプレート4を包囲できる形状であればいかなる形状を採用してもよい。
The
鞘管5には、複数の注入孔58が形成されている。注入孔58は、その外周面55と内周面57との間で鞘管5を貫通している。複数の注入孔58は、軸C周りで互いに間隔を空けて配置されている。
A plurality of
鞘管5の内周面57には、突起59が溶接されている。突起59は、環状の金属製部材である。突起59は、内周面57のうち、鞘管5の下端51寄りの部位に溶接されている。鞘管5は、その中心軸を軸Cと略一致させ、杭2の杭頭23、蓋体3及びプレート4を包囲するように配置される。
A
コンクリート6は、充填剤の一例である。コンクリート6は、杭2の杭頭23、蓋体3及びプレート4と、鞘管5の内周面57と、の間に充填される。コンクリート6は、流動性を有している状態で注入孔58から鞘管5内に注入される。当該注入の際、鞘管5の下端51や上端53は、コンクリート6が漏出しないように遮蔽される。注入したコンクリート6を乾燥させて硬化させることにより、杭頭23、蓋体3及びプレート4に対して鞘管5が固定される。コンクリート6の他にも、充填剤としてモルタル等を採用することもできる。
以上の説明のように構成された杭頭構造1は、図1に示されるように、鞘管5の上端53において梁8を下方から支持する。すなわち、杭頭構造1は、梁8を支持する土台を構成する。梁8は、構造物の一部を成す部材であり、例えばH形鋼が用いることができる。梁8は、構造物の下端で略水平方向に延びるように配置されており、鞘管5は、梁8のフランジ部分と当接して梁8を支持する。杭頭構造1は、杭2の外周面21と地盤9との間に生じる摩擦力により、梁8から受ける荷重に抵抗する。
The
次に、図4も参照しながら、杭頭構造1の機能について説明する。図4は、引き抜き力Fと変位δとの関係を示すグラフである。
Next, the function of the
例えば地震等により構造物が揺動すると、梁8から、鞘管5と杭2とを離反させようとする力が作用する。換言すれば、杭2を鞘管5内から引き抜こうとする外力が杭頭構造1に作用する。図4は、軸C(図1等参照)に沿う方向における引き抜き力Fと、同方向における杭2に対する鞘管5の変位δと、の関係を示している。
For example, when the structure swings due to an earthquake or the like, a force for separating the
引き抜き力Fは、杭頭構造1の初期状態から変位δとともに増加する。これは、杭2を鞘管5内から引き抜こうとすると、主に2つの力が引き抜きに抗するように作用すると考えられる。
The pulling force F increases with the displacement δ from the initial state of the
1つ目は、杭2の外周面21と、コンクリート6と、の間に作用する粘着力である。当該粘着力の大きさは、外周面21とコンクリート6とが接触している面積や、コンクリート6の特性によって定まる。
The first is an adhesive force acting between the outer
2つ目は、ボルト7の弾性力である。前述したように、プレート4は、杭2の外周面21よりも外方に張り出すように配置されている。このため、杭2を鞘管5内から引き抜こうとしても、プレート4は、張り出した部分がコンクリート6に引っ掛かるため、鞘管5内に留まろうとする。この結果、プレート4と蓋体3とを締結しているボルト7に引張力が作用する。ボルト7に作用する引張力、及び、ボルト7の内部で発生する応力は、変位δとともに増加する。
The second is the elastic force of the
引き抜き力Fは、変位δがδ1となる点S1においてF3に達し、その後は変位δの増加に反して減少する。点S1では、ボルト7の内部で発生する応力が引張強さを超え、ボルト7が破断する。この引張強さは、ボルト7の材質や断面積等に基づき、所定の理論式に基づいて推定することができる。したがって、点S1における引き抜き力F3も、比較的容易に推定することが可能である。
The pulling force F reaches F3 at a point S1 where the displacement δ becomes δ1, and thereafter decreases against the increase in the displacement δ. At the point S1, the stress generated inside the
引き抜き力Fは、変位δがδ2となる点S2においてF1に達し、その後は増加に転じる。さらに、引き抜き力Fは、変位δがδ3となる点S3において、F2に達する。点S3では、杭2の周囲において、杭2とコンクリート6との付着力切れ、又はコンクリート6のコーン状破壊が生じる。したがって、引き抜き力Fは、点S3に達した後は、減少に転じる。なお、杭2の周囲に平鋼等の突起物を取り付けると、付着力がより大きくなり、F2を大きくすることができる。
The pulling force F reaches F1 at the point S2 where the displacement δ becomes δ2, and then starts to increase. Further, the pulling force F reaches F2 at a point S3 where the displacement δ becomes δ3. At point S <b> 3, the adhesion force between the
このような杭頭構造1の構成によれば、鞘管5から杭2を引き抜くような外力が作用した場合に、コンクリート6の破壊に先駆けて、ボルト7の破断が生じるように構成することが可能になる。ボルト7の破断を生じさせる外力は、ボルト7の材質や断面積等に基づき、所定の理論式に基づいて推定することができる。この推定の精度は、コンクリート6の破壊の推定と比べて高い。したがって、上記構成によれば、杭頭構造1の強度を正確に推定することが可能になる。
According to such a structure of the
また、ボルト7は、軸Cに沿うように配置されている。この構成によれば、ボルト7が破断する外力を、より正確に推定することが可能になる。
Further, the
また、鞘管5は、その内周面57に、杭2に向かって突出する突起59が形成されている。この構成によれば、鞘管5から杭2を引き抜くような外力が作用した場合でも、鞘管5内からコンクリート6が排出されることを抑制することが可能になる。
Further, the
また、突起59は、軸Cに沿う方向において鞘管5の下端51寄りの部位に形成されている。この構成によれば、鞘管5内からコンクリート6が排出されることをさらに確実に抑制することが可能になる。
Further, the
ここで、図1に示されるように、仮想線Lを考える。仮想線Lは、プレート4の端部から鞘管5の内周面57及び鞘管5の下端51に向かって延びるとともに、軸Cに対して45°を成す。仮想線Lは、突起59よりも鞘管5の上端53寄りの部位571で、鞘管5の内周面57と交差している。なお、鞘管5が円筒形状ではない場合においても、かかる条件を満たすようにする。
Here, as shown in FIG. 1, an imaginary line L is considered. The imaginary line L extends from the end of the
前述したコーン状破壊は、軸Cに対して45°を成す面においてもっとも生じやすいことが知られている。上記構成によれば、プレート4の端部を起点とするコーン状破壊が生じようとした場合でも、突起59が仮想線Lよりも内側の部分に作用する外力に抗し、コンクリート6を鞘管5に対して拘束することができる。したがって、上記構成によれば、コーン状破壊を防止することが可能になる。
It is known that the cone-shaped fracture described above is most likely to occur on a plane that forms 45 ° with respect to the axis C. According to the above configuration, even when the cone-shaped fracture starting from the end of the
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されず、適宜変更することができる。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. In other words, those specific examples that have been appropriately modified by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention as long as they have the characteristics of the present invention. Each element included in each of the specific examples described above and their arrangement, material, condition, shape, size, and the like are not limited to those illustrated, and can be changed as appropriate.
上述した杭頭構造1は、構造物の一部を成す梁8を下方から支持する。しかしながら、本発明はこの態様に限定されない。例えば、本発明は、構造物の柱脚を支持する杭頭構造に適用することも可能である。この場合、鞘管5の上端に板形状の部材を固定し、当該部材に対して柱脚の下端を固定すれば、柱脚を立設させた状態で支持できる。
1:杭頭構造
2:杭
21:外周面
23:杭頭
3:蓋体
4:プレート
5:鞘管
51:下端(一端)
53:上端(他端)
57:内周面
59:突起
6:コンクリート(充填剤)
7:ボルト
C:軸
L:仮想線
1: Pile head structure 2: Pile 21: Outer peripheral surface 23: Pile head 3: Lid body 4: Plate 5: Sheath pipe 51: Lower end (one end)
53: Upper end (other end)
57: Inner peripheral surface 59: Protrusion 6: Concrete (filler)
7: Bolt C: Axis L: Virtual line
Claims (5)
前記杭の杭頭に対して固定され、前記杭頭を遮蔽する蓋体と、
前記蓋体に対して固定され、前記杭の外周面よりも外方に張り出すプレートと、
前記杭の杭頭、前記蓋体及び前記プレートを包囲する鞘管と、
前記杭の杭頭、前記蓋体及び前記プレートと、前記鞘管の内周面と、の間に充填される充填剤と、を備え、
前記蓋体と前記プレートとは、ボルトにより互いに締結されている、杭頭構造。 A tubular pile extending along a predetermined axis;
A lid that is fixed to the pile head of the pile and shields the pile head;
A plate fixed to the lid and projecting outward from the outer peripheral surface of the pile;
A sheath pipe surrounding the pile head of the pile, the lid and the plate;
A filler filled between the pile head of the pile, the lid and the plate, and the inner peripheral surface of the sheath tube,
A pile head structure in which the lid and the plate are fastened to each other by bolts.
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