JP4463955B2 - Stress transmission device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基礎杭の杭頭と上部構造との間に設置されて上部構造と基礎杭との間において応力を伝達するための応力伝達装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、建築物を構築する場合、支持地盤まで埋め込んだ杭に上部構造を支持させ、これによって上部構造全体を支持することが一般に行われている。
従来では、杭頭を上部構造に剛に結合することとされていたが、この場合、地震時に杭頭に水平力を受けた場合に、杭頭が破壊される懸念があり、これを防ぐために杭頭部を大きく拡径するなどの補強が必要となっていた。
【0003】
そこで、杭頭に生じる応力を低減するため、上部構造に対して杭頭を相対回転できるように結合し、杭頭の応力を開放するようにしたピン結合構造や、建物に対し杭頭を滑り移動できるようにして杭頭の応力を開放するようにしたローラ結合構造が提案されている(例えば、特開平1-284613号公報、特開平8-120687号公報、特開平10-227039号公報、特開平10-227040号公報)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの構造において、杭頭と上部構造との間に良好に相対変位を生じさせるには、杭頭と上部構造との間の摩擦を小さくしてやる必要があった。これには、杭頭と上部構造との当接面を滑らかにするために、樹脂加工したり、機械加工をするなどの必要があり、コストの上昇を招いていた。
また、これらの構造において、杭頭と上部構造との間の相対変位を許容しようとすると、場合によっては、せん断力の伝達が確実に行うことができない懸念があった。
【0005】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、コストの上昇を伴うことなく、杭頭と上部構造との間の曲げモーメントの伝達を防ぎ、なおかつ、この場合に、杭頭と上部構造との間に作用するせん断力に対し良好に対処することが可能な応力伝達装置を提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明においては以下の手段を採用した。
すなわち、請求項1記載の応力伝達装置は、基礎杭の杭頭に設置された杭頭部材と、前記基礎杭によって支持された上部構造に固定されるとともに前記杭頭部材に対向配置された構造物支持部材とを備えてなり、
前記杭頭部材の上面外周部および前記構造物支持部材の下面外周縁部は、仮想球面の一部をなす当接面を介して上下に互いに接し、
前記当接面は、前記仮想球面の曲率中心を通る鉛直軸を中心軸とした環状の形状に形成されていることを特徴としている。
【0007】
このような構成を採用した場合、杭頭部材と構造物支持部材とが、仮想球面内において鉛直軸付近の所定範囲を当接面として接している場合に比較して、構造物支持部材から杭頭部材に作用する軸力のうち、当接面の法線方向成分を減ずることができ、これにより、当接面の摩擦抵抗を減ずることができる。また、杭頭部材と構造物支持部材との間に作用する水平力のうち横滑りを生じさせようとする成分についても、同様に減ずることができる。
【0008】
また、請求項1記載の応力伝達装置は、前記当接面は、前記杭頭部材および前記構造物支持部材のうち、いずれか一方に形成された凸面と、同他方に形成された凹面との接触面として形成されているとともに、前記凹面の曲率が前記凸面の曲率よりも大きくされ、
前記凸面および凹面のうち少なくとも一方は、前記鉛直軸を中心とした中心部と外環部とから形成されるとともに、前記外環部が前記仮想球面と同一面を構成し、前記中心部が前記仮想球面を基準として凹状に形成されていることを特徴としている。
【0009】
このような構成により、凸面および凹面のうちの一方は、その中心部が、他方に接することが無く、外環部のみが他方に接することとなる。
さらに、請求項1記載の応力伝達装置は、前記凸面の外周縁部は、鉛直断面内の曲率半径が、前記仮想球面に比較して小さい曲面として形成されていることを特徴としている。
このような構成により、凹面の外周縁部の摩擦を低減することができ、この部分が支点となって凹面と凸面とが回転変位することを防止できる。
【0010】
請求項2記載の応力伝達装置は、請求項1記載の応力伝達装置であって、
前記中心部は、前記凸面または前記凹面において孔部として形成されていることを特徴としている。
【0011】
このような構成により、中心部を容易に凹状に形成することができる。
【0012】
請求項3記載の応力伝達装置は、請求項1または2記載の応力伝達装置であって、
前記中心部は、前記凸面内に形成された水平面であることを特徴としている。
【0013】
このような構成により、単純な加工により、中心部を仮想球面を基準として凹状に形成することができる。
【0016】
請求項4記載の応力伝達装置は、請求項1から3のいずれか1項に記載の応力伝達装置であって、
前記凸面および前記凹面のいずれか一方は、その表面に微小な凹凸が形成され、同他方は、前記一方の表面に比較して平滑に形成されていることを特徴としている。
【0017】
また、請求項5記載の応力伝達装置は、請求項1から4のいずれか1項に記載の応力伝達装置であって、
前記凸面および前記凹面は、ともにその表面に、所定間隔をおいて互いに平行に配列された複数の溝部を有する構成とされ、
前記凸面および前記凹面のうちの一方に形成された前記溝部の幅寸法は、同他方に形成された前記溝部同士の間の距離寸法に比較して小とされ、なおかつ、前記他方に形成された前記溝部の幅寸法は、前記一方に形成された前記溝部同士の間の距離寸法に比較して小とされていることを特徴としている。
【0018】
これらのような構成により、凸面および凹面の接触面積を、より一層減ずることができる。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図4は、本発明の一実施の形態を模式的に示す図であり、図中、符号1は、建物(構造物)を示す。この建物1は、地盤Gに設置された基礎杭2と、基礎杭2によって支持された上部構造3とからなるものであり、これら基礎杭2および上部構造3の間に応力の伝達を行うための応力伝達装置4が備えられた構成となっている。
【0033】
図1は、この応力伝達装置4を拡大して示したものである。図中に示すように、応力伝達装置4は、基礎杭2の杭頭2aに設置された杭頭部材5と、上部構造3に固定されるとともに杭頭部材5に対向配置された構造物支持部材6とを有した構成とされている。
【0034】
そして、この応力伝達装置4においては、杭頭部材5の上面外周部および構造物支持部材6の下面外周縁部が仮想球面Svの一部をなす当接面8を介して上下に互いに接する構成となっている。図2は、この当接面8の近傍を拡大して示した図である。当接面8は、杭頭部材5に形成された凸面9と構造物支持部材6に形成された凹面10との接触面として形成されている。これら凸面9および凹面10は、ともに、仮想球面Svと同一面を構成するように形成されており、仮想球面Svの曲率中心Cs(図1参照)を通る鉛直軸Vaを回転軸として軸対称となっている。したがって、当接面8は、鉛直軸Vaを回転軸とした軸対称な環状の曲面として形成された構成となっている。
なお、図2では明瞭に示されていないが、後述(段落0057参照)するように、凹面10の曲率半径は凸面9に比較して若干大きくされている。
【0035】
さらに、凹面10は、鉛直軸Vaを中心にした中心部11と、その外側に位置する外環部12とから形成されている。凹面10の中心部11は、孔部13として形成されており、これにより、仮想球面Svを基準とした場合に凹状に形成された構成となっている。したがって、凹面10においては外環部12のみが凹面9に接する当接面8を形成することとなる。
【0036】
図3は、凸面9の外周縁部14を拡大して示す図である。図中に示すように、凸面9の外周縁部14は、鉛直断面内の曲率半径(図中r1)が、仮想球面Svの曲率半径に比較して小さい曲面として形成されている。
【0037】
また、図5は、凸面9と凹面10との接触部をさらに拡大して示した図である。凸面9は、鋳放しとして形成されることにより、図中に示すように、その表面に微小な凹凸16が形成されている。また、この凹凸16は、図中、紙面と交差する方向に一様に形成されている。一方、凹面10は、その表面が凸面9に比較して平滑に形成されている。これを、さらに拡大して示したのが、図6であり、図中に示すように、凸面9に規則的な凹凸16が形成されることにより、凹面10と凸面9の両方が平滑に形成される場合(図7に示すような場合)に比較して、凹面10および凸面9の接触面積が減じられることとなっている。
【0038】
このような構成の建物1および応力伝達装置4においては、杭頭部材5と構造物支持部材6とが、凹面10の外環部12のみにおいて上下に接することとなる。これにより、杭頭部材5と構造物支持部材6とが、仮想球面Sv内における鉛直軸Vaの周囲の全面に亘って接しているような場合(図9に示すような場合)に比較して、その摩擦抵抗を低減することができる。
【0039】
すなわち、図9に示すように凹面10’または凸面9’に孔部13を形成しない場合においては、曲げモーメントMが作用した際に上部構造から伝達される軸力qは、凸面9において比較的平らに近い頂部9a’から外縁部9b’までの広い範囲に亘って支持されることとなる。この場合、凸面9’および凹面10’の当接面に作用する軸力qの法線方向成分は、図中に示すように、凹面の水平面からの角度をθとすると、q・cosθとなり、したがって、構造物支持部材6が杭頭部材5に沿って滑る際の抵抗となる凸面9’および凹面10’間の摩擦は、μq・cosθと表すことができる(μは、当接面における摩擦係数を表す。)。また、凸面9’の頂部9a’付近においては、θが小さいので、凸面9’および凹面10’間の摩擦はほぼμqとなる。
【0040】
これに対して、図8に示した構成の本実施の形態の応力伝達装置4においては、軸力qが勾配θが急な凸面9の外環部17において支持されることとなる。したがって、この場合、cosθが小さく、同じ軸力qが作用した場合では、図9の場合に比較して摩擦抵抗が小さくなり、結果として、小さな曲げモーメントで基礎凸面9と凹面10との間に回転を生じることが可能となる。
【0041】
しかも、図8に示した構造においては、軸力qのうち回転を生じさせる成分q・sinθが、図9に示した場合に比べて大きくなるために、これによっても、凸面9および凹面10が相対変位する場合に必要な曲げモーメントを小さく抑えることができる。
【0042】
したがって、杭頭部材5および構造物支持部材6が仮想球面Svに沿って相対変位する際に必要な曲げモーメントMを減ずることができ、これにより、基礎杭2と上部構造3との間に伝達される曲げモーメントを抑制し、建物1全体としての変形性能を確保して、建物1のより一層の安全化を図ることができる。
【0043】
さらに、この応力伝達装置4においては、凹面10の外環部12においてのみ応力の伝達が行われるために、作用する軸力のうち、杭頭部材5と構造物支持部材6との間の横滑りに対して抵抗する成分を大きくすることができ、なおかつ、杭頭部材5と構造物支持部材6との間に作用する水平力のうち、横滑りを生じさせる成分を小さくすることができる。
【0044】
すなわち、図11に示すように、凸面9’の頂部9a’付近(例えば、図中、9c’で示したような範囲)で凹面10’から軸力が伝達される場合に比較して、図10のように凹面10に孔部13を設けた場合においては、当接面の勾配θが図11の場合に比較して大きくなるため、水平力hのうち、横滑りを生じさせようとする成分h・cosθが小さくなる一方、軸力qのうち横滑りに抵抗する成分q・tanθが大きくなる。これにより、杭頭部材5および構造物支持部材6間において伝達可能なせん断力を増大させることができる。
【0045】
この際、特に、図12に示すように凹面10”の曲率半径が凸面9”に比較して大きく、かつ、図10のような孔部13が設けられていない場合には、凸面9”と凹面10”とがその中心部9a”,10a”の狭い範囲のみにおいて接することとなるために、凸面9”と凹面10”との間において伝達可能なせん断力が非常に小さくなり、図13に示すように、杭頭部材5”と構造物支持部材6”とが横滑りを起こし、これらが離脱する懸念があるが、図10に示したような構造を採用して孔部13を設けたことにより、凹面10の曲率半径を凸面9よりも若干大きくしても、凹面10の外環部12(凸面9の外環部17)において杭頭部材5および構造物支持部材6間を円周状に接触させることが可能であり、杭頭部材5および構造物支持部材6との間に伝達可能なせん断力を増大させて、建物全体としての安全性を確保することができる。
【0046】
さらに、凸面9”と凹面10”との曲率が一致せず、かつ、図10のような孔部13が設けられていない場合には、図14に示すように、応力伝達部材4”の設置時に、構造物支持部材6”が回転しやすく、従って、構造物支持部材6”が傾いて設置されてしまうことも考えられるが、図10に示したような構成においては、凹面10の外環部12(凸面9の外環部17)において杭頭部材5および構造物支持部材6間を円周状に接触させて、構造物支持部材6を杭頭部材5上に安定的に載置することができるために、施工中の安定性がよく、施工精度を確保することができる。
【0047】
また、このように、上述の応力伝達装置4においては、凸面9が中心部11と外環部12とから形成されるとともに外環部12が仮想球面Svと同一面を構成し、中心部11が仮想球面Svを基準として凹状に形成されているために、外環部12のみが、凹面10に対して接することとなり、これにより、容易に、杭頭部材5と構造物支持部材6とが環状に接する構成を実現させて、上述のような効果を得ることができる。
【0048】
また、この場合、中心部11が孔部13として形成されるために、中心部11を容易に仮想球面Svに対して凹状に形成することができ、これにより、簡単な加工により杭頭部材5および構造物支持部材6を環状に当接させることができる。
【0049】
しかも、上述の応力伝達装置4においては、凸面9の外周縁部14が、鉛直断面内の曲率半径r1が仮想球面Svの曲率半径に比較して小さい曲面として形成されているために、凸面9の外周縁部14に生じる摩擦を低減することができる。
【0050】
すなわち、図15に示すように、外周縁部14’が曲面として形成されていない構成においては、構造物支持部材6と杭頭部材5との間に曲げモーメントMが作用した場合に、この外周縁部14’に摩擦が生じやすく、この部分を支点として、構造物支持部材6が持ち上がり、その後、摩擦が切れて初めて滑りが発生するような挙動が発生することが考えられる。しかしながら、本実施の形態においては、外周縁部14を曲面として加工しておくことにより、両者の間に滑らかに滑りを生じさせることが可能となる。
【0051】
この場合の杭頭部材5および構造物支持部材6の回転角θと、両者の間で伝達される曲げモーメントMとの関係を模式的に示したのが図16である。図16に示すように、凸面9の外周縁部14を曲面として加工していない場合(図中破線で示した場合)には、回転角θが0から上昇するに従って、杭頭部材5と構造物支持部材6との間に作用する曲げモーメントMが一時的に上昇し、その後、一定値Mcとなるが、凸面9の外周縁部14を曲面としておいた場合(図中実線で示す場合)には、このような挙動は生じず、回転角θが上昇するに従って、曲げモーメントMは、漸次一定値Mcに近づくような挙動を生じる。したがって、構造物支持部材6と杭頭部材5が回転変位する場合に必要な曲げモーメントMの上昇を抑制して、応力伝達装置4における回転変形性能を良好なものとすることができる。
【0052】
また、上述の応力伝達装置4においては、凸面9の表面に微小な凹凸16が形成され、かつ、凹面10が平滑に形成されているために、これらの間の接触面積を減少させることができ、これによって、両者の間に作用する摩擦力を低減することができる。したがって、杭頭部材5と構造物支持部材6とが回転変位する際に必要な曲げモーメントMをさらに減少させて、応力伝達装置4における回転変形性能を良好なものとすることができる。
【0053】
なお、上記実施の形態において、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で他の構成を採用するようにしてもよい。
例えば、上記実施の形態においては、凹面10のみに孔部13が設けられた構成となっていたが、これに限らず、凸面9あるいは凹面10と凸面9との双方に孔部13を設けるようにしてもよい。
【0054】
また、上記実施の形態において、微小な凹凸16が凸面9のみに設けられた構成となっていたが、これに限らず、凹面10に微小な凹凸16を設け、凸面9を平滑に形成するようにしてもよい。
【0055】
また、杭頭部材5および構造物支持部材6の形状は、上記実施の形態に示したようなものに限らず、図17に示すように、構造物支持部材6の凹面10に孔部を設けず、これを同一球面として形成するとともに、杭頭部材5の凸面9のうち中心部を水平面19として形成するようにしてもよい。これにより、単純な加工のみで、凸面9の中心部を仮想球面Svを基準として凹状に形成することができ、凸面9の外環部17のみが凹面10に対して接する構成を実現して、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0056】
また、上記実施の形態、あるいは、図17に示したその変形例においては、杭頭部材5に凸面9が、構造物支持部材6に凹面10が形成されていたが、これに限らず、杭頭部材5に凹面を、構造物支持部材6に凸面を形成し、これらを互いに当接させるようにしてもよい。
【0057】
なお、本発明においては、上述したように凹面10の曲率半径を凸面9に比較して若干大きくしておく。
【0058】
また、凸面9および凹面10の曲率、あるいは、孔部13の径は、上記のように凹面10の曲率半径を凸面9に比較して若干大きくしておく限りにおいて上記実施の形態のようなものに限定されず、杭頭2aに作用する軸力と水平力の大きさを考慮して、適当なものを定めることができる。
【0059】
さらに、上記実施の形態における凸面9および凹面10の接触部の構成は、図18に示すようなものであってもよい。図18において、凸面9および凹面10は、それぞれ紙面と交差する方向に一様な溝部21および21’を有する構成とされている。ここで、凸面9に形成された溝部21は、凸面9と当接する凹面10に形成された溝部同士21’,21’の間の距離寸法(すなわち、溝部21’,21’同士の間に位置する凸部22’の幅寸法)L2に比較して小となるように形成され、なおかつ、凹面10に形成された溝部21’は、凹面10と当接する凸面9に形成された溝部同士21,21の間の距離寸法(すなわち、溝部21,21同士の間に位置する凸部22の幅寸法)L2に比較して小となるように形成されている。このような構成とすることにより、凸面9および凹面10が接触した際に、どのように凸面9および凹面10が相対変位しても溝部21と凹部22’、および溝部21’と凸部22とが嵌合することが無く、また、凸面9および凹面10の双方が平滑に形成される場合に比較して、凸面9および凹面10同士の間の接触面積を小さくすることができる。これにより、凸面9および凹面10間の摩擦力を低減することができ、応力伝達装置4における回転変形性能を良好なものとすることができる。
【0060】
また、上記実施の形態においては、応力伝達装置4を建物1に適用するようにしていたが、これに限定されず、土木構造物など、基礎杭と上部構造とを有する形態の構造物のすべてに、応力伝達装置4を適用することができる。
【0061】
また、その他にも、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で他の構成を採用するようにしてもよく、上述した変形例を適宜選択的に組み合わせて採用するようにしてもよいのはいうまでもない。
【0062】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に係る発明においては、杭頭部材および構造物支持部材が、仮想球面内における鉛直軸の周囲の全面に亘って接しているような場合に比較して、両者に作用する軸力のうち、当接面の法線方向の成分を減ずることができ、これにより、その摩擦抵抗を低減することができる。したがって、基礎杭の杭頭と上部構造とが小さな曲げモーメントで回転を生じることが可能となり、構造物全体としての変形性能を確保して、構造物の安全化を図ることができる。
さらに、この場合、基礎杭と上部構造との間に作用する軸力のうち、杭頭部材と構造物支持部材との間の横滑りに対して抵抗する成分を大きくするとともに、基礎杭と上部構造との間に作用する水平力のうち、横滑りを生じさせる成分を小さくすることができるために、杭頭部材および構造物支持部材間において伝達可能なせん断力を増大させて、構造物全体として安全性を確保することができる。
また、構造物支持部材が杭頭部材上に安定的に載置されるために、施工中の安定性がよく、施工精度を確保することができる。
【0063】
また、凸面および凹面のうち一方の外環部のみが、他方に対して接することとなるために、容易に杭頭部材と構造物支持部材とが環状に接する構成を実現することができる。
さらに、凸面の外周縁部が、仮想球面に比較して曲率半径の小さい曲面として形成されているために、凸面の外周縁部の摩擦を低減することができ、杭頭部材と構造物支持部材との間に滑らかに滑りを生じさせて、これらが回転変位する場合に必要な曲げモーメントの上昇を抑制し、杭頭部材と構造物支持部材(基礎杭と上部構造)との回転性能を確保することできる。
【0064】
請求項2に係る発明においては、凸面または凹面の中心部が孔部として形成されるために、中心部を容易に仮想球面を基準として凹状に形成することができ、簡単な加工により杭頭部材と構造物支持部材とを環状に当接させることができる。
【0065】
請求項3に係る発明においては、単純な加工により、凸面の中心部を仮想球面を基準として凹状に形成することができ、凸面を環状に凹面に対して接する構成を容易に実現することができる。
【0067】
請求項4に係る発明においては、凸面または凹面のいずれか一方の表面に微小な凹凸が形成され、他方が平滑に形成されているために、これらの間の接触面積を減少させることができ、これによって、両者の間に作用する摩擦力を低減することができる。したがって、杭頭部材と構造物支持部材とが回転変位する際に必要な曲げモーメントを減少させて、回転性能を確保することができる。
【0068】
請求項5に係る発明においては、凸面および凹面に形成された溝部の幅寸法が当接対象の面における溝部同士の間の距離寸法に比較して小さいため、凸面および凹面間の嵌合を避けつつ、その接触面積を減少させることができ、これによって、両者の間に作用する摩擦力を低減することができる。したがって、杭頭部材と構造物支持部材とが回転変位する際に必要な曲げモーメントを減少させて、回転性能を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施の形態を模式的に示す応力伝達装置の立断面図である。
【図2】 図1において、杭頭部材と構造物支持部材との当接面の近傍を拡大して示した立断面図である。
【図3】 図1において、杭頭部材の凸面の外周縁部を拡大して示した立断面図である。
【図4】 図1に示した応力伝達装置が適用された構造物の全体構成を示す立断面図である。
【図5】 図2に示した杭頭部材と構造物支持部材との当接面をさらに拡大して示した立断面図である。
【図6】 図5の要部拡大立断面図である。
【図7】 杭頭部材の凹面と構造物支持部材の凸面の双方を平滑に形成した場合のこれらの当接面の立断面図である。
【図8】 図2に示した当接面において作用する摩擦力を説明するための立断面図である。
【図9】 図8において、構造物支持部材の凹面に孔部を設けなかったと仮定した場合に、当接面において作用する摩擦力を説明するための立断面図である。
【図10】 図2に示した当接面において、杭頭部材と構造物支持部材との間に作用する水平力に抵抗する力を説明するための立断面図である。
【図11】 図10において、構造物支持部材の凹面に孔部を設けなかったと仮定した場合に、当接面において、杭頭部材と構造物支持部材との間に作用する水平力に抵抗する力を説明するための立断面図である。
【図12】 図9,11に示した構成において、凹面の曲率が凸面と一致していない場合の状況を示す杭頭部材および構造物支持部材の立断面図である。。
【図13】 図12に示した構成において、杭頭部材と構造物支持部材との間に横滑りが生じた際の状況を示す立断面図である。
【図14】 図12に示した構成において、構造物支持部材が傾いて設置された場合の状況を示す立断面図である。
【図15】 図8に示した杭頭部材と構造物支持部材との当接面において、杭頭部材の凸面の外周縁部を曲面に加工しなかったと仮定した場合に、構造物支持部材に生じることが予想される挙動を示すための立断面図である。
【図16】 杭頭部材の凸面の外周縁部を曲面に加工した場合と、しなかった場合とで、杭頭部材および構造物支持部材の回転角(横軸)と両者の間で伝達される曲げモーメント(縦軸)との関係を比較するためのグラフである。
【図17】 本発明の他の実施の形態を模式的に示す応力伝達装置の立断面図である。
【図18】 本発明の他の実施の形態を模式的に示す凹面および凸面間の当接面の拡大立断面図である。
【符号の説明】
1 建物(構造物)
2 基礎杭
3 上部構造
4 応力伝達装置
5 杭頭部材
6 構造物支持部材
8 当接面
9 凸面
10 凹面
11 中心部
12 外環部
13 孔部
14 外周縁部
16 凹凸
19 水平面
21,21’ 溝部
Sv 仮想球面
Va 鉛直軸[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a stress transmission device that is installed between a pile head of a foundation pile and an upper structure and transmits stress between the upper structure and the foundation pile.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when a building is constructed, it is generally performed to support the upper structure on a pile embedded up to the supporting ground, thereby supporting the entire upper structure.
Conventionally, it was supposed that the pile head was rigidly connected to the superstructure, but in this case, there is a concern that the pile head may be destroyed when receiving a horizontal force on the pile head during an earthquake, in order to prevent this Reinforcement such as greatly expanding the pile head was necessary.
[0003]
Therefore, in order to reduce the stress generated in the pile head, the pile head is connected to the upper structure so that it can rotate relative to the upper structure, and the pile head is released to release the stress on the pile head. A roller coupling structure has been proposed that can move and release the stress of the pile head (for example, JP-A-1-284613, JP-A-8-120687, JP-A-10-227039, JP-A-10-227040).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in these structures, it was necessary to reduce the friction between the pile head and the upper structure in order to cause a good relative displacement between the pile head and the upper structure. For this purpose, in order to make the contact surface between the pile head and the upper structure smooth, it is necessary to perform resin processing or machining, which causes an increase in cost.
Further, in these structures, there is a concern that shear force cannot be reliably transmitted in some cases when an attempt is made to allow relative displacement between the pile head and the upper structure.
[0005]
The present invention has been made in view of such circumstances, and prevents transmission of a bending moment between the pile head and the upper structure without increasing the cost, and in this case, the pile head and It is an object of the present invention to provide a stress transmission device that can satisfactorily cope with a shearing force acting between the upper structure and the upper structure.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
That is, the stress transmission device according to
The outer periphery of the upper surface of the pile head member and the outer peripheral edge of the lower surface of the structure support member are in contact with each other up and down via a contact surface forming a part of a virtual spherical surface,
The contact surface is formed in an annular shape having a vertical axis passing through the center of curvature of the phantom spherical surface as a central axis.
[0007]
When such a configuration is adopted, the pile head member and the structure support member are separated from the structure support member by a pile compared to the case where the predetermined range near the vertical axis is in contact with the virtual spherical surface as a contact surface. Of the axial force acting on the head member, the normal direction component of the contact surface can be reduced, thereby reducing the frictional resistance of the contact surface. Moreover, it can reduce similarly about the component which is going to produce a side slip among the horizontal forces which act between a pile head member and a structure support member.
[0008]
Further, in the stress transmission device according to
At least one of the convex surface and the concave surface is formed from a central portion and an outer ring portion centered on the vertical axis, the outer ring portion constitutes the same plane as the phantom spherical surface, and the central portion is the It is characterized by being formed in a concave shape on the basis of a virtual spherical surface.
[0009]
With such a configuration, one of the convex surface and the concave surface has its center portion not in contact with the other, and only the outer ring portion is in contact with the other.
Furthermore, the stress transmission device according to
With such a configuration, it is possible to reduce the friction at the outer peripheral edge of the concave surface, and to prevent the concave surface and the convex surface from being rotationally displaced using this portion as a fulcrum.
[0010]
The stress transmission device according to
The center portion is formed as a hole in the convex surface or the concave surface.
[0011]
With such a configuration, the central portion can be easily formed in a concave shape.
[0012]
Stress transmission apparatus according to the third aspect, a stress transmission apparatus according to
The central portion is a horizontal plane formed in the convex surface.
[0013]
With such a configuration, the central portion can be formed in a concave shape with reference to the virtual spherical surface by simple processing.
[0016]
The stress transmission device according to claim 4 is the stress transmission device according to any one of
One of the convex surface and the concave surface is characterized in that minute irregularities are formed on the surface, and the other surface is formed more smoothly than the one surface.
[0017]
The stress transmission device according to
Both the convex surface and the concave surface are configured to have a plurality of grooves arranged in parallel to each other at a predetermined interval on the surface,
The width dimension of the groove portion formed on one of the convex surface and the concave surface is smaller than the distance dimension between the groove portions formed on the other surface, and is formed on the other surface. The width dimension of the groove is characterized by being smaller than the distance dimension between the grooves formed on the one side.
[0018]
With such a configuration, the contact area between the convex surface and the concave surface can be further reduced.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 4 is a diagram schematically showing an embodiment of the present invention. In the figure,
[0033]
FIG. 1 is an enlarged view of the stress transmission device 4. As shown in the figure, the stress transmission device 4 includes a
[0034]
Then, in the stress transmission device 4, lower outer peripheral portion of the upper surface outer peripheral portion and the
Although not clearly shown in FIG. 2, the radius of curvature of the
[0035]
Furthermore, the
[0036]
FIG. 3 is an enlarged view showing the outer
[0037]
FIG. 5 is an enlarged view of the contact portion between the
[0038]
In the
[0039]
That is, as shown in FIG. 9, when the
[0040]
On the other hand, in the stress transmission device 4 of the present embodiment having the configuration shown in FIG. 8, the axial force q is supported by the
[0041]
In addition, in the structure shown in FIG. 8, the component q · sin θ that causes rotation of the axial force q is larger than that in the case shown in FIG. 9. The bending moment required for relative displacement can be kept small.
[0042]
Accordingly, the bending moment M required when the
[0043]
Further, in this stress transmission device 4, since stress is transmitted only at the
[0044]
That is, as shown in FIG. 11, compared to the case where the axial force is transmitted from the
[0045]
At this time, in particular, as shown in FIG. 12, when the radius of curvature of the
[0046]
Further, when the curvatures of the
[0047]
As described above, in the above-described stress transmission device 4, the
[0048]
Further, in this case, since the central portion 11 is formed as the
[0049]
Moreover, in the stress transmission device 4 described above, the outer
[0050]
That is, as shown in FIG. 15, in the configuration in which the outer
[0051]
FIG. 16 schematically shows the relationship between the rotation angle θ of the
[0052]
Further, in the above-described stress transmission device 4, since the
[0053]
In the above embodiment, other configurations may be adopted without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the
[0054]
Moreover, in the said embodiment, it was the structure by which the micro unevenness |
[0055]
Further, the shapes of the
[0056]
Moreover, in the said embodiment or the modification shown in FIG. 17, although the
[0057]
In the present invention, the radius of curvature of the
[0058]
Further, the curvature of the
[0059]
Furthermore, the configuration of the contact portion between the
[0060]
Moreover, in the said embodiment, although the stress transmission apparatus 4 was applied to the
[0061]
In addition, other configurations may be adopted without departing from the spirit of the present invention, and the above-described modified examples may be appropriately combined. Nor.
[0062]
【The invention's effect】
As described above, in the invention according to
Furthermore, in this case, among the axial forces acting between the foundation pile and the superstructure, the component that resists the side slip between the pile head member and the structure support member is increased, and the foundation pile and the superstructure The horizontal force acting between the pile head member and the structure support member can be increased by increasing the shear force that can be transmitted between the pile head member and the structure support member. Sex can be secured.
Moreover, since a structure support member is stably mounted on a pile head member, stability during construction is good and construction accuracy can be ensured.
[0063]
In addition, since only one outer ring portion of the convex surface and the concave surface is in contact with the other, it is possible to easily realize a configuration in which the pile head member and the structure support member are in annular contact .
Furthermore, since the outer peripheral edge of the convex surface is formed as a curved surface having a smaller radius of curvature than the virtual spherical surface, the friction of the outer peripheral edge of the convex surface can be reduced, and the pile head member and the structure support member Slip is generated smoothly between them, and the increase in bending moment required when these are rotationally displaced is suppressed, ensuring the rotational performance of the pile head member and the structure support member (foundation pile and superstructure). Can do.
[0064]
In the invention which concerns on
[0065]
In the invention according to claim 3 , the center portion of the convex surface can be formed in a concave shape with reference to the virtual spherical surface by simple processing, and a configuration in which the convex surface is in contact with the concave surface in an annular shape can be easily realized. .
[0067]
In the invention according to claim 4 , since the minute irregularities are formed on the surface of either the convex surface or the concave surface, and the other is formed smoothly, the contact area between them can be reduced, Thereby, the frictional force acting between the two can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the bending moment required when the pile head member and the structure support member are rotationally displaced, and to ensure rotational performance.
[0068]
In the invention according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an elevational sectional view of a stress transmission device schematically showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged sectional view of the vicinity of a contact surface between a pile head member and a structure support member in FIG.
FIG. 3 is an enlarged sectional view showing an outer peripheral edge portion of a convex surface of a pile head member in FIG.
4 is an elevational sectional view showing the overall structure of a structure to which the stress transmission device shown in FIG. 1 is applied. FIG.
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view illustrating the contact surface between the pile head member and the structure support member illustrated in FIG. 2 in a further enlarged manner.
6 is an enlarged vertical sectional view of a main part of FIG. 5;
FIG. 7 is an elevational sectional view of these contact surfaces when both the concave surface of the pile head member and the convex surface of the structure support member are formed smoothly.
FIG. 8 is an elevational sectional view for explaining a frictional force acting on the contact surface shown in FIG. 2;
FIG. 9 is an elevational sectional view for explaining the frictional force acting on the contact surface when it is assumed that no hole is provided in the concave surface of the structure support member in FIG.
10 is an elevational sectional view for explaining a force resisting a horizontal force acting between a pile head member and a structure support member on the contact surface shown in FIG. 2; FIG.
FIG. 11 resists the horizontal force acting between the pile head member and the structure support member at the contact surface when it is assumed that no hole is provided in the concave surface of the structure support member in FIG. It is an elevation sectional view for explaining force.
12 is an elevational sectional view of a pile head member and a structure support member showing a situation where the curvature of the concave surface does not coincide with the convex surface in the configuration shown in FIGS. 9 and 11. FIG. .
13 is an elevational sectional view showing a situation when a side slip occurs between a pile head member and a structure support member in the configuration shown in FIG.
14 is an elevational sectional view showing a situation when the structure support member is installed with an inclination in the configuration shown in FIG.
FIG. 15 shows the structure supporting member when the outer peripheral edge of the convex surface of the pile head member is not processed into a curved surface at the contact surface between the pile head member and the structure supporting member shown in FIG. It is an elevational sectional view for showing behavior expected to occur.
FIG. 16 is transmitted between the rotation angle (horizontal axis) of the pile head member and the structure support member between the case where the outer peripheral edge of the convex surface of the pile head member is processed into a curved surface and the case where it is not formed. It is a graph for comparing the relationship with a bending moment (vertical axis).
FIG. 17 is an elevational sectional view of a stress transmission device schematically showing another embodiment of the present invention.
FIG. 18 is an enlarged vertical sectional view of a contact surface between a concave surface and a convex surface schematically showing another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Building (structure)
2 Foundation pile 3 Superstructure 4
Claims (5)
前記杭頭部材の上面外周部および前記構造物支持部材の下面外周縁部は、仮想球面の一部をなす当接面を介して上下に互いに接し、
前記当接面は、前記仮想球面の曲率中心を通る鉛直軸を中心軸とした環状の形状に形成され、
前記当接面は、前記杭頭部材および前記構造物支持部材のうち、いずれか一方に形成された凸面と、同他方に形成された凹面との接触面として形成されているとともに、前記凹面の曲率が前記凸面の曲率よりも大きくされ、
前記凸面および凹面のうち少なくとも一方は、前記鉛直軸を中心とした中心部と外環部とから形成されるとともに、前記外環部が前記仮想球面と同一面を構成し、前記中心部が前記仮想球面を基準として凹状に形成され、
前記凸面の外周縁部は、鉛直断面内の曲率半径が、前記仮想球面に比較して小さい曲面として形成されていることを特徴とする応力伝達装置。A pile head member installed at the pile head of the foundation pile, and a structure support member fixed to the upper structure supported by the foundation pile and disposed opposite to the pile head member,
The outer periphery of the upper surface of the pile head member and the outer peripheral edge of the lower surface of the structure support member are in contact with each other up and down via a contact surface forming a part of a virtual spherical surface,
The contact surface is formed in an annular shape with a vertical axis passing through the center of curvature of the phantom spherical surface as a central axis ,
The contact surface is formed as a contact surface between a convex surface formed on one of the pile head member and the structure support member and a concave surface formed on the other, and the concave surface The curvature is greater than the curvature of the convex surface,
At least one of the convex surface and the concave surface is formed from a central portion and an outer ring portion centered on the vertical axis, the outer ring portion constitutes the same plane as the phantom spherical surface, and the central portion is the It is formed in a concave shape based on the virtual spherical surface ,
The stress transmission device according to claim 1, wherein the outer peripheral edge of the convex surface is formed as a curved surface having a smaller radius of curvature in a vertical cross section than the phantom spherical surface.
前記中心部は、前記凸面または前記凹面において孔部として形成されていることを特徴とする応力伝達装置。The stress transmission device according to claim 1 ,
The stress transmission device, wherein the central portion is formed as a hole in the convex surface or the concave surface.
前記中心部は、前記凸面内に形成された水平面であることを特徴とする応力伝達装置。The stress transmission device according to claim 1 or 2 ,
The stress transmission device, wherein the central portion is a horizontal plane formed in the convex surface.
前記凸面および前記凹面のいずれか一方は、その表面に微小な凹凸が形成され、同他方は、前記一方の表面に比較して平滑に形成されていることを特徴とする応力伝達装置。The stress transmission device according to any one of claims 1 to 3 ,
One of the convex surface and the concave surface has minute irregularities formed on the surface thereof, and the other is formed more smoothly than the one surface.
前記凸面および前記凹面は、ともにその表面に、所定間隔をおいて互いに平行に配列された複数の溝部を有する構成とされ、
前記凸面および前記凹面のうちの一方に形成された前記溝部の幅寸法は、同他方に形成された前記溝部同士の間の距離寸法に比較して小とされ、なおかつ、前記他方に形成された前記溝部の幅寸法は、前記一方に形成された前記溝部同士の間の距離寸法に比較して小とされていることを特徴とする応力伝達装置。The stress transmission device according to any one of claims 1 to 4 ,
Both the convex surface and the concave surface are configured to have a plurality of grooves arranged in parallel to each other at a predetermined interval on the surface,
The width dimension of the groove portion formed on one of the convex surface and the concave surface is smaller than the distance dimension between the groove portions formed on the other surface, and is formed on the other surface. The stress transmission device according to claim 1, wherein a width dimension of the groove portion is smaller than a distance dimension between the groove portions formed on the one side.
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