JP3703714B2

JP3703714B2 - 高曲げ靱性高強度杭

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Publication number: JP3703714B2
Application number: JP2000399789A
Authority: JP
Inventors: ▲ひろし▼ 六車
Original assignee: Nippon High Strength Concrete Co Ltd
Current assignee: Nippon High Strength Concrete Co Ltd
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2020-12-28
Also published as: JP2002201636A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高曲げ靱性高強度杭に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＪＩＳＡ５３３７「プレテンション方式遠心力高強度プレストレストコンクリート杭（ＰＨＣ杭）」は、軸に平行な多数のＰＣ鋼材をコンクリート中に埋設し、このＰＣ鋼材を緊張してコンクリートにプレストレスを付与した高強度杭である。この杭は、コンクリートの圧縮強度が８０ＭＰａ以上で、有効プレストレス力が４〜１０ＭＰａである。
【０００３】
兵庫県南部地震では構造物の上部構造が著しい被害を受けたが、被害調査が進むにしたがって、基礎杭についても甚大な被害が数多く発見され、杭の耐震設計法の早急な見直しが必須の状況にある。改善を要する主要点を挙げると次の通りである。
【０００４】
▲１▼杭体の被害は杭頭付近の破壊ばかりではなく、杭先端支持部、中間層付近にも破壊、ひびわれなどの著しい被害が認められる。このことは、上杭ばかりでなく中および下杭についても耐震性に優れた杭を用いる必要性があることを示唆するものである。
【０００５】
▲２▼杭先端支持部、中間層付近の杭体被害は、杭頭地震水平力の他に、地盤そのものの振動（せん断変形）によって杭体が地盤に押され、力を受けることによって生ずるものと認められる。
【０００６】
▲３▼現在慣用の杭基礎の耐震設計法には、ベースせん断係数０．２の地震水平力に対する許容応力度設計（弾性設計）が規定されている。上部構造ではベースせん断係数０．３以上に対して終局強度設計を行っているが、これと同等の終局限界状態設計法（強度と靱性を保証する設計）に早急に移行すべきである。さらに、杭先端部および中間層付近の杭体耐震安全性を検討するために、杭頭水平力に加え、地震による地盤変形に基づく杭体応力を考慮する設計法に移行することが肝要である。
【０００７】
▲４▼ＰＨＣ杭体コンクリートの破壊様相からみて、杭体に使用しているオートクレーブ養生コンクリートそのものの力学的健全性に疑問がある。理由はオートクレーブ養生によりマイクロクラックが多数発生するからである。
【０００８】
▲５▼ＪＩＳＰＨＣ杭にはせん断補強筋が全く配置されていない。主筋を組立てている組立筋はあるがこれはせん断補強には無力でせん断補強筋とは言えない。せん断補強筋の配置が必須である。
【０００９】
以上述べたように、今後の地震力に対する基礎杭の設計は終局限界に基づく設計に移行する必要があり、終局強度設計と靱性設計とを組み合わせた靱性型設計法とする必要がある。
【００１０】
コンクリートの曲げ圧縮限界ひずみを増大させる技術として、コンクリートの横拘束がある。図１０、図１１はこれを説明する説明図である。図１０は通常の無拘束コンクリートの圧縮破壊の機構を模式図に示したものである。コンクリート４０に圧縮力４１を作用させると、圧縮破壊直前に図１０に示すようなひびわれが発生し、上下端面付近の斜めひびわれによってできるコーン状のコンクリート塊４２が中央部分のコンクリート４３を左右に押し広げて割り裂き、破壊に至る。そこで、図１１に示すようにコンクリート４０の外周面に鉄筋のタガ（横拘束筋）４４をはめて横からコンクリート体を拘束すると、圧縮力４１を作用させて図１０と同様なひびわれがコンクリート内部に発生しても、無拘束コンクリートの場合とは異なり上下コーン状のコンクリート塊４６による横方向へのコンクリートのはらみだしを鉄筋のタガ４４が締付力４５によって防止し、コンクリート４０は圧縮応力を持続したままさらに圧縮変形し、圧縮限界ひずみが増大する。だだし、横拘束筋４４が降伏すると締付力４５が減少するので、横拘束効果が半減する。本発明者の研究によると、このような横拘束筋の降伏を防止するためには、降伏点強度８００ＭＰａの高強度横拘束筋を使用しなければならない。降伏点強度が４００ＭＰａ程度の普通鉄筋では横拘束筋の降伏を阻止することは、通常、困難である。
【００１１】
従来のＰＨＣ杭の靱性を改善した高靱性高強度ＰＨＣ杭がある。このような高靱性高強度ＰＨＣ杭には降伏点強度８００ＭＰａ以上の高強度横拘束筋が使用されている。この横拘束筋の杭体への配置には防錆のために厚さ２０ｍｍ以上のかぶりコンクリートを設けなければならない。このかぶりコンクリートは曲げまたは曲げと圧縮を同時に受けて曲げ破壊に至る過程で剥落する。従って断面欠損がおこり、耐荷能力の減少を起したまま塑性変形することになる。すなわち、横拘束筋より内部のコンクリートを最終的な有効断面として耐震設計しなければならなかった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点を解決し、かぶりコンクリートを要しない高曲げ靱性高強度杭を開発し、これを提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、次の技術手段を講じたことを特徴とする高曲げ靱性高強度杭である。
【００１４】
すなわち、本発明は、プレテンション方式遠心力高強度プレストレストコンクリート杭において、せん断補強筋としてカーボンファイバ強化プラスチック（以下ＣＦＲＰと記す）線材束からなる横拘束筋（ＣＦＲＰ横拘束筋）を杭外表面に配設したことを特徴とする高曲げ靱性高強度杭である。ＣＦＲＰ線材束は例えば直径７μｍのカーボンファイバ１２０００本をプラスチックと複合した線材を４０〜８０本まとめたものである。
【００１５】
ＣＦＲＰ横拘束筋は耐食性に優れ、基本的にはかぶりコンクリートを必要としないため、かぶりコンクリートの剥離による断面欠損を避けることができ、杭体コンクリート全断面を終局に至るまで有効に使用することができる。
【００１６】
上記高曲げ靱性高強度杭は中空部に一軸圧縮強さが１０ＭＰａ以上の充填材を中詰めするとさらに高強度となり横拘束筋の靱性向上効果をさらに高めることができるので、好適である。一軸圧縮強さが１０ＭＰａ以上の充填材としてはコンクリート、モルタル、土砂と固化剤との混合物、ベントナイトを混合した材料などを挙げることができる。１０ＭＰａ以上としたのは１０ＭＰａ未満では中詰めの効果が乏しいからである。さらに、本発明では、主筋に高一様伸びＰＣ鋼材を用い、このＰＣ鋼材に８ＭＰａ以上の高プレストレスを導入することにより、さらに曲げ靱性が高く強度の大きいすぐれた杭を得ることができ好適である。８ＭＰａ以上としたのは少なくとも８ＭＰａを付与することが高一様伸びＰＣ鋼材の効果を発揮させるのに必要であるからであり、さらに好ましくは２０ＭＰａ以上とするとよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
まず横拘束によるコンクリート部材の圧縮限界ひずみの増大について図面を参照して説明する。図１２は図１０、図１１で説明した横拘束によるコンクリートの圧縮靱性改善の一例を示すものである。供試体は２００×２００×６００ｍｍのコンクリート柱体である。この供試体に圧縮力を加えたときの圧縮応力度（ＭＰａ）と圧縮ひずみ（％）との関係及び拘束応力（ＭＰａ）と圧縮ひずみ（％）とのそれぞれの関係を示したものである。
【００１８】
（ａ）図中一点鎖線で示す無拘束コンクリート柱体は、圧縮応力度２７ＭＰａ程度、圧縮ひずみ０．１５％程度で降伏し、破壊に至っている。
【００１９】
（ｂ）φ９．２ｍｍ角形横拘束筋、ピッチ５０ｍｍ、降伏点σ_y＝１２７５ＭＰａ、容積比ρ_w＝２．７％の横拘束コンクリート柱体は実線で示す圧縮応力度曲線及び拘束応力曲線のようにコンクリートの圧縮ひずみが増大するに従ってコンクリートに生ずる拘束応力が大となり、降伏応力が増大し圧縮ひずみが増大する。
【００２０】
（ｃ）φ９ｍｍ角形横拘束筋、ピッチ５０ｍｍ、降伏点σ_y＝３５５ＭＰａ、容積比ρ_w＝２．５％の横拘束コンクリート柱体の圧縮応力度曲線及び拘束応力曲線を破線で示した。この場合上記（ｂ）よりも拘束応力は小さいが、降伏応力、圧縮ひずみが増大している。
【００２１】
上記（ｂ）（ｃ）の例では、高強度筋で横拘束したコンクリートの圧縮限界ひずみは３．１％に達している。
【００２２】
次に、ＣＦＲＰ横拘束筋による遠心締固めＰＨＣ杭の靱性改善に関する基礎研究の実験例について説明する。
【００２３】
〔実験例１〕
ＣＦＲＰ横拘束筋による遠心締固めＰＨＣ杭の靱性改善に関する基礎研究として、ＣＦＲＰ横拘束筋の横拘束効果を確認するために、ＣＦＲＰ横拘束を施した直径φ２００ｍｍ×高さ３００ｍｍＨ×厚さ４０ｍｍの遠心締固めコンクリート体の圧縮試験を行った。かぶりコンクリート厚さを公称０ｍｍとしたＣＦＲＰ横拘束筋の靱性改善効果を確認すると同時に、供試体中空部を中詰めすることによる靱性改善効果に及ぼす影響についても確認実験を行った。
【００２４】
実験の概要は次の通りである。
【００２５】
▲１▼供試体の形状・寸法
図４に横拘束遠心締固め供試体２０の形状を示す。図４（ａ）は供試体２０の横断面図、図４（ｂ）は縦断面図である。供試体２０は外径２００ｍｍ、内径１２０ｍｍ、肉厚４０ｍｍ、高さ３００ｍｍのＰＨＣ杭用遠心締固めコンクリート２２からなる中空円筒供試体に、ＣＦＲＰ横拘束筋２１をかぶり厚さ１ｍｍ、ピッチ５０ｍｍで配置した横拘束遠心供試体である。中空部２３を中空のまま残したＣＦＲＰ横拘束遠心供試体と、コンクリートまたはモルタルで中詰めした横拘束中詰め遠心供試体とを用意し、３シリーズに分けて実験を行った。尚、各シリーズには標準供試体として無拘束遠心供試体を同時に製造し、圧縮試験を行った。
【００２６】
▲２▼実験
実験は表１に示す３シリーズに分けて行った。実験１ではＣＦＲＰ横拘束筋をかぶりコンクリート無しで配置した場合の、コンクリートの圧縮靱性改善の安定性を確かめた。実験２では中詰めコンクリートのＣＦＲＰ横拘束筋圧縮靱性改善効果の有無を確認した。実験３は中詰めコンクリート強度の圧縮靱性改善効果に及ぼす影響を確認した。
【００２７】
▲３▼使用材料の性質
使用したＣＦＲＰ横拘束筋は外径１９４ｍｍ、内径１８６ｍｍ、断面５ｍｍ×４ｍｍのリング状のＣＦＲＰ横拘束筋でカーボンファイバ投入量を２６本とした。このＣＦＲＰ横拘束筋は、８００ＭＰａ級φ４ｍｍ鋼横拘束筋と圧縮弾性剛性が同等になるように設計したＣＦＲＰ横拘束筋である。
【００２８】
供試体２０のコンクリート及び中詰めコンクリートの配合を表２に示した。また実験時のφ２００×３００ｍｍＨ無拘束遠心締め固め供試体のコンクリートの物理的性質を表３及び図５に示した。また、中詰めコンクリートの物理的性質を表４及び図６に示した。
【００２９】
▲４▼実験１の結果を表５及び図７に示した。
【００３０】
【表１】

【００３１】
【表２】

【００３２】
【表３】

【００３３】
【表４】

【００３４】
【表５】

【００３５】
表５及び図７から以下の通りのことがわかる。
【００３６】
（１）ＣＦＲＰ横拘束供試体Ｎｏ．１−２の最大荷重到達点（図７中に〇で示した）までの圧縮荷重（圧縮応力）ひずみ曲線は無拘束供試体Ｎｏ．１−１と同等である。
【００３７】
（２）ＣＦＲＰ横拘束供試体Ｎｏ．１−２は最大荷重到達後もその荷重を保持したまま塑性変形し、ＣＦＲＰ横拘束筋によって安定した靱性改善が可能であることが示された。
【００３８】
（３）ただし、中空供試体であるために、圧縮ひずみが０．５３５％（図７中の△印）に達したとき、コンクリート体に発生した斜めひびわれ（無拘束コンクリートに生じる圧縮破壊すべり線）が肉厚部を貫通し、コンクリート本体の圧縮破壊を招いた。ＣＦＲＰ横拘束筋は破壊時のショックで２〜３本の素線切れが見られた程度で極めて健全であった。
【００３９】
▲５▼実験２の結果を表６及び図８に示した。得られた結果は以下の通りである。
【００４０】
（１）中詰めなしＣＦＲＰ横拘束遠心供試体Ｎｏ．２−２は、実験１の供試体Ｎｏ．１−２（図７）と同様な挙動を示し、圧縮ひずみ０．５８８％で斜めひびわれ（すべり線）が生じ、これが本体肉厚部を貫通して破壊に至った。
【００４１】
（２）これに対して中空部に中詰めコンクリートを打設したＣＦＲＰ横拘束遠心供試体Ｎｏ．２−３では、無拘束供試体の最大荷重時ひずみに到達したとき、厚さ３ｍｍのかぶりコンクリートの剥落による一時的、かつ、わずかな耐荷能力の低下が起こったが、その後は載荷圧縮荷重の増大を伴いながら著しい塑性変形が計測された。すなわち、中詰めコンクリートの打設によって、ＣＦＲＰ横拘束筋の横拘束効果が著しく改善されることが確認された。本実験では圧縮ひずみ１．２０６％に到達しても破壊せず、実験を中止した。
【００４２】
【表６】

【００４３】
▲６▼実験３の結果を表７及び図９に示す。得られた結果は以下の通りである。
【００４４】
（１）実験３に用いたＣＦＲＰ横拘束筋は実験１および２で使用したＣＦＲＰ横拘束筋を再利用したもので、横拘束筋のＣＦＲＰ素線の一部が破断または傷付けたものがあった。そのため、実験３の横拘束供試体Ｎｏ．３−２およびＮｏ．３−３では、最大荷重到達後の早い時期からＣＦＲＰ横拘束筋の一部素線の破断が発生し、耐力低下を起こしながら塑性変形するという圧縮荷重ひずみ関係が得られている。比較的安定した塑性変形挙動を示した供試体Ｎｏ．３−４においても、圧縮ひずみ０．７７３％に至ったときに横拘束筋素線の破断が起こって横拘束効果が急速に減少し、破壊に至っている。
【００４５】
（２）しかし、中詰めによってＣＦＲＰ横拘束筋の靱性改善効果を著しく増大させることが可能であること、とくに、一軸圧縮強さが１０ＭＰａという低強度の中詰めモルタルを施した供試体Ｎｏ．３−２でも大きい靱性改善効果の増大が望めることは特記に値する。
【００４６】
（３）試験終了後のＣＦＲＰ横拘束筋の破断箇所の調査によると、素線破断は横拘束筋竜編み用組立鉄筋との交点付近で発生している。この交点では組立筋がＣＦＲＰ素線を局部的に押すためと判断される。事実、ＣＦＲＰ素線は素線の軸と直角方向の局部圧力には著しく弱い特性があり、ＣＦＲＰ横拘束筋の実用化にあたってはこの点に注意を払う必要がある。
【００４７】
【表７】

【００４８】
〔曲げ靱性改善の説明〕
次に、部材の曲げ靱性改善について説明する。図１３は、曲げ靱性を改善する基本的技術を長方形断面ＰＣ部材３０を例にとって説明したものである。図１３（ａ）は長方形コンクリート部材３０の断面図で、コンクリート３１の断面内の下縁側にＰＣ鋼材３２が配設されている。図１３（ｂ）はこの断面における応力と歪を示す説明図である。通常の部材では、曲げモーメントＭの作用により部材のコンクリート断面各部には直線Ｂ−Ｂ’で表されるひずみが生じる。ＡＢで表されるコンクリート断面圧縮縁ひずみε_cがコンクリートの曲げ圧縮限界ひずみε_cu1に達すると、圧縮側コンクリートが圧壊し、部材は曲げ破壊に至る。
【００４９】
この部材の靱性を改善するためには、コンクリートの曲げ圧縮限界ひずみの値がさらに大きくなるように改善すればよい。図１３では、無拘束コンクリートの曲げ圧縮限界ひずみがＡＢ（ひずみε_cu）から横拘束コンクリートの圧縮縁ひずみＡＣ（ひずみε_cu2）に改善された場合の断面ひずみ分布をＣ−Ｃ’で示してある。
【００５０】
図１３の部材曲げ靱性改善説明図において、コンクリート３１の横拘束による圧縮側コンクリートの曲げ圧縮ひずみ(圧縮縁ひずみ)ε_cをＡＢからＡＣに改善すると、曲げ破壊時には引張側ＰＣ鋼材３２の伸びひずみも通常の曲げ破壊時の状態（長さｏｂで与えられる伸びひずみε_b）よりも長さｂｃで表される伸びひずみだけさらに伸び、ＰＣ鋼材３２の伸びひずみは長さｏｃで表される伸びひずみε_eまで増大する。したがって、ＰＣ鋼材３２の最大伸びひずみが長さｏｃで表される伸びひずみよりも大きい場合には、横拘束コンクリートの圧縮縁ひずみε_cが曲げ圧縮破壊ひずみε_cu1に到達する前にＰＣ鋼材３２の破断がおこり、横拘束によるコンクリート３１の曲げ圧縮破壊ひずみε_cu1の改善効果を１００％利用することができなくなる。さらに、ＰＣ鋼材３２の破断はＰＣ部材３０の完全崩壊をもたらし、構造的見地から最も危険な破壊形態となる。したがって、横拘束効果を１００％発揮させるためには、圧縮側コンクリートの圧壊がおこるまでＰＣ鋼材３２が伸びてくれることが必須条件である。
【００５１】
従来のＰＣ鋼棒は少なくとも７〜１０％の破断伸びを持つので、上記の条件を充たしているものと判断しがちである。ところが破断伸びは構造設計上は何の意味も持たない数値である。図１４にＰＣ鋼材の伸びの説明図を示した。図１４（ａ）は引張りにより絞り（くびれ）５１が生じたＰＣ鋼材５０の側面図、図１４（ｂ）は引張応力と引張ひずみとの関係を示すグラフである。ＰＣ鋼材５０を引張ると降伏点５２に達し、次いで塑性伸びを生じ最大引張強度５３に達し、以後鋼材の一部に絞り（くびれ）５１が生じ破断に至る。最大引張強度５３に達するまでの伸びが一様伸び５５である。コンクリート系構造部材ではＰＣ鋼材５０の伸びひずみが図１４の一様伸びひずみε_uniに到達すると、破断が起るのである。一様伸びひずみε_uniはＰＣ鋼材５０の応力ひずみ曲線における最大引張強度５３に対応するひずみであって、部材が曲げモーメントを受けてＰＣ鋼材５０が一様伸びひずみまで引っ張られた後は、ＰＣ鋼材の負担引張応力が減少しながらＰＣ鋼材が伸び、曲げモーメントを負担出来なくなり、部材は一挙にＰＣ鋼材の破断による曲げ破壊に至る。すなわち、部材の曲げ破壊からみたＰＣ鋼材の破断伸びは図１４（ｂ）中の最大引張強度５３のひずみであって、絞りの起る範囲５６を含めた破断点５４のひずみではない。
【００５２】
現在のＰＨＣ杭に慣用されているＰＣ鋼材の一様伸びひずみは２％程度である。研究によると、上記の条件を充たすためには少なくとも４〜５％の一様伸びひずみを持つＰＣ鋼材が必要である。したがって、ＰＨＣ杭の曲げ靱性改善には、コンクリートの横拘束と同時に４〜５％の一様伸びひずみを持つ高一様伸びＰＣ鋼材を併用することが大切である。
【００５３】
次に一様伸びについての実験例を説明する。
【００５４】
〔実験例２〕
図１５〜図１７は上記の事実を実験で確認した実験例である。図１５は実験に用いたＤ４００ｍｍ横拘束ＰＨＣ杭を示すもので図１５（ａ）は曲げ試験供試体６０の側面図、図１５（ｂ）はその断面図である。
【００５５】
図１５（ａ）は曲げ試験供試体６０の側面図で、供試体の長さの１／２（中心位置６１から左方半分）を示している。２点の支持点６２で支持し、２点の荷重点６３に荷重を負荷して、中央部の曲げを測定する。供試体の寸法は、外径４００ｍｍ、内径２５０ｍｍ、長さ５０００ｍｍで、主筋６７としてＤ９．２ｍｍのＰＣ鋼棒１６本を用い、φ５ｍｍの横拘束筋（σy＝１０００ＭＰａ）６８を外周に巻回している。支点６２と供試体の端部との距離６４は７００ｍｍ、支点６２と荷重点６３との距離６５は１３００ｍｍ、荷重点６３と中心位置６１との距離６６は５００ｍｍである。図１６は実験に使用した一様伸び２％の従来の慣用異形ＰＣ鋼棒および別途開発した一様伸び５％の高一様伸び鋼棒の応力ひずみ曲線である。図１６中〇印は降伏点、●は引張強度（一様伸び）を示している。図１７は杭の曲げ試験から得られた横拘束杭の曲げモーメント−曲率曲線実測結果を比較してそれぞれ示してある。図１７の実験結果をまとめて記述すると次のようになる。
【００５６】
無拘束杭（Ｎｏ．１１）（一様伸び２％の慣用ＰＣ鋼棒使用）
曲げ破壊時曲率実測値；３．５×１０^-4１／ｃｍ
曲げ破壊；圧縮側コンクリートの圧壊、ＰＣ鋼棒破断せず
横拘束杭（Ｎｏ．１２）（一様伸び２％の慣用ＰＣ鋼棒使用）：
曲げ破壊時曲率実測値；５×１０^-4１／ｃｍ
曲げ破壊；鋼棒破断による曲げ破壊時鋼棒伸びひずみ；１．９％
横拘束杭（Ｎｏ．１３）（一様伸び５％の高一様伸びＰＣ鋼棒使用）：
曲げ破壊時曲率実測値；１６×１０^-4１／ｃｍ（供試杭２本の平均）
曲げ破壊；鋼棒破断による曲げ破壊時鋼棒伸びひずみ；４．６％（供試杭２本の平均）
図１７に示す上記実験結果から明らかなように、いずれの杭も引張側ＰＣ鋼材の破断が起こり、コンクリートの横拘束と高一様伸び鋼棒を併用しなければ、横拘束による大幅な靱性改善は望めないことがわかる。ちなみに、この実験では横拘束杭（Ｎｏ．１２）の曲げ破壊時の曲率靱性改善率は無拘束杭（Ｎｏ．１１）の曲げ破壊時曲率の１．４３倍、横拘束杭（Ｎｏ．１３）では４．５７倍である。なお、上記の実験では、ＰＣ鋼棒の一様伸びひずみの重要性を確認するために、ＰＣ鋼棒破断による杭の曲げ破壊が起こるよう、十分な横拘束筋量の供試杭を用いている。
【００５７】
【実施例】
図３に実施例の直径φ４００ｍｍの高曲げ靱性高強度杭の断面図を示した。この高曲げ靱性高強度杭は外径φ４００ｍｍ、内径φ２６０ｍｍ、肉厚７０ｍｍ、縦筋は表８に示す高一様伸び仕様の直径φ１５．２ｍｍ×７本よりポストテンションストランド８本（シース内径は２１ｍｍ以上）、及び表９に示すＤ１０．７ｍｍ高一様伸びプレテンション異形ＰＣ鋼棒４本を用いた。杭外周にφ６ｍｍ高強度鋼横拘束筋と等価なＣＦＲＰ横拘束筋を杭軸方向配置ピッチ５０ｍｍで配設した。公称プレストレス２０ＭＰａを導入した。
【００５８】
この杭を曲げ試験に供した。図１は載荷荷重と中央曲げスパン内曲率との関係を示す実測値を示すグラフ、図２は載荷荷重と中央たわみ曲線との関係を示す実測値の比較グラフである。比較のために、同仕様で無拘束のＰＨＣ標準杭を破線で示し、直径φ６ｍｍの高強度横拘束筋をピッチ５０ｍｍで配設した従来の高曲げ靱性高強度杭を細線で示した。また、この従来の高曲げ靱性高強度杭と等価なＣＦＲＰ横拘束筋を使用した実施例を太線で示した。
【００５９】
無拘束のＰＨＣ標準杭は載荷荷重が最大荷重に達すると曲げ破壊しエネルギー吸収量は極めて少なく、粘りのない脆性破壊を示している。これに比し、横拘束筋を使用した従来の杭は大きく塑性変形し大きなエネルギー吸収能を有しているが実施例のＣＦＲＰ横拘束筋を使用したものでは曲率の増加又は中央たわみの増加に対して荷重の低下がなく、横拘束筋を使用した従来の杭よりもさらに大きなエネルギー吸収能を示している。
【００６０】
【表８】

【００６１】
【表９】

【００６２】
【発明の効果】
本発明の高曲げ靱性高強度杭は以上のように構成されているので、従来のＰＨＣ杭に比し、耐震性が極めてすぐれ、大地震に対してエネルギー吸収能力の極めて大きく寄与するところが大であるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の高曲げ靱性高強度杭の特性を示すグラフである。
【図２】実施例の高曲げ靱性高強度杭の特性を示すグラフである。
【図３】実施例の高曲げ靱性高強度杭の断面図である。
【図４】供試体の寸法図である。
【図５】試験結果を示すグラフである。
【図６】試験結果を示すグラフである。
【図７】試験結果を示すグラフである。
【図８】試験結果を示すグラフである。
【図９】試験結果を示すグラフである。
【図１０】無補強コンクリートの圧縮破壊の説明図である。
【図１１】横補強コンクリートの圧縮破壊の説明図である。
【図１２】横補強コンクリートの圧縮破壊の靱性改善の例を示すグラフである。
【図１３】コンクリートの横拘束による部材曲げ靱性改善の説明図である。
【図１４】一様伸びの説明図である。
【図１５】供試体の（ａ）側面図、（ｂ）断面図である。
【図１６】供試ＰＣ鋼棒の応力ひずみ曲線である。
【図１７】曲げ試験の結果を示す実測曲げモーメント図である。
【符号の説明】
２０供試体
２１ＣＦＲＰ横拘束筋
２２遠心締固めコンクリート
２３中空部
３０長方形断面ＰＣ部材
３１コンクリート
３２ＰＣ鋼材
３３重心軸
４０コンクリート
４１圧縮力
４２コーン状のコンクリート塊
４３中央部分のコンクリート
４４鉄筋のタガ（横拘束筋）
４５締付力
４６コーン状のコンクリート塊
５０ＰＣ鋼材
５１絞り（くびれ）
５２降伏点
５３最大引張強度（最大応力）
５４破断点
５５一様伸び
５６絞りの起る範囲
６０曲げ試験供試体
６１中心位置
６２支持点
６３荷重点
６４、６５、６６距離
６７主筋
６８横拘束筋

Claims

プレテンション方式遠心力高強度プレストレストコンクリート杭において、せん断補強筋としてカーボンファイバ強化プラスチック線材束からなる横拘束筋を杭外表面に配設したことを特徴とする高曲げ靱性高強度杭。
中空部に一軸圧縮強さが１０ＭＰａ以上の充填材を中詰めしたことを特徴とする請求項１記載の高曲げ靱性高強度杭。
主筋に高一様伸びＰＣ鋼材を用い、該ＰＣ鋼材に８ＭＰａ以上の高プレストレスを導入したことを特徴とする請求項１又は２記載の高曲げ靱性高強度杭。