JP4664738B2 - 構造物の杭上端部又は柱の上下端部の曲げ耐力増強方法 - Google Patents

Description

この発明は、地震等の水平力が作用する構造物について、基礎杭の杭上端部、又は柱梁仕口部等の柱の上下端部の曲げ耐力を増強する方法の技術分野に属する。更に云えば、基礎杭の杭上端部と基礎構造物（基礎梁、基礎スラブ、フーチング或いはパイルキャップを含む。以下同じ。）に対して、杭上端の外周縁部に作用する常時の圧縮応力を低減させて、その分、杭上端部の曲げ耐力を増強させる方法に関する。また、柱端部と梁又はスラブに対して、柱端部の外周縁部に作用する常時の圧縮応力を低減させて、その分、柱の上下端部の曲げ耐力を増強させる方法に関する。

一般に、基礎杭の杭上端部と基礎構造物とは剛接合して実施しているが、剛接合とした場合には前記杭上端部と基礎構造物の双方の相対回転が拘束される。よって、地震等の水平力が構造物に作用すると、前記杭上端部に大きな曲げモーメントが作用する。具体的に、構造物の杭上端部には、図１８Ａに応力分布図を示したように、常時、構造物の長期鉛直荷重による圧縮応力σが働いており、この負荷状態で地震等の水平力が作用すると、図１８Ｂに応力分布図を示したように、常時の圧縮応力σに加えて曲げによる応力変動が生じ、杭の圧縮側端部には大きな圧縮応力（以下、前記常時の圧縮応力と明解に区別するために、「合成応力」という。）が生じる。ちなみに、端部の合成応力（σＣ）は、軸（圧縮）応力（σＮ）と曲げ応力（σＭ）とを足し合わせたもので、次式で表される。
σＣ＝σＮ＋σＭ＝Ｎ／Ａ＋ＭＤ／２Ｉ｛Ｎ：軸力、Ａ：断面積、Ｍ：曲げモーメント、Ｄ：杭径、Ｉ：断面２次モーメント｝

したがって、杭上端部と基礎構造物との接合部位には軸耐力のみならず曲げ耐力も要求されて自ずと頑強な構造とならざるを得ず、そのため、基礎杭の杭径を大きくしたり、コンクリート強度を大きくするなどの工夫が必要であるが、莫大な費用が嵩み経済的でなかった。これは、杭と基礎構造物との関係に限らず、柱と梁又はスラブとの関係についてもほぼ同様のことが云える。

そこで、従来、杭上端部をピン接合又は半剛接合することで、杭上端部に作用する応力を低減し、上記したような剛接合とした場合に生じる問題を解消する技術が開示されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

上記特許文献１には、杭上端部と基礎梁との間に杭本体より曲げ剛性が小さく、杭本体と同程度の鉛直支持力を有する金属製の棒状体を介在させることにより、杭上端部に作用する曲げモーメントを低減する技術が開示されている。

上記特許文献２には、杭上端部と基礎のそれぞれに互いに接触する球面を有する部材を設置し、凸面と凹面とを接触させることで、杭上端部に作用する曲げモーメントを低減させる技術が開示されている。

上記特許文献３には、杭上端部とその上部の基礎構造物との間に金属製棒状体を配置して同金属製棒状体を双方に接合し、前記金属製棒状体を杭上端部と基礎構造物に接合するアンカーボルトや鉄筋等を含め、金属製棒状体の曲げ剛性を杭上端の回転剛性と評価した上で、杭上端部をピンに近い応力状態にしたときに金属製棒状体の必要な軸圧縮耐力を降伏軸力の面から、又は断面寸法の面から特定し、杭上端部の復元力特性を安定させる技術である。

特公平８−６３３６号公報 特開２００１−７３３８７号公報 特開２００３−４９４３８号公報

上記特許文献１に係る技術は、棒状体の断面耐力が鉛直支持力と同程度であることから、棒状体は曲げモーメントに対する抵抗力を持たないため、ピンに近い応力状態でなければ成立せず、それには棒状体の断面に対する高さの比率を大きくする必要があり、座屈等の不安定化の問題が生じる。このため、実際には、棒状体の安定性を確保する上で棒状体の外周にリングを配置することが必須となり、コストが嵩み、経済的に改良の余地がある。

上記特許文献２に係る技術は、球面部材の加工を含め、杭上端部及び基礎形成のための工数が多いため、コストが嵩み、経済的に改良の余地がある。

上記特許文献３に係る技術もまた、金属製棒状体はもとより、金属製棒状体を杭上端部に定着させるために鋼板、アンカーボルト、及び定着板を必要とするなど、部材点数及び工数が多いため、コストが嵩み、やはり経済的に改良の余地がある。

本発明の目的は、杭上端部の常時に発生する圧縮応力を断面中央部が大きくなるように分布させることにより、杭上端部の曲げ耐力を増強させ、ひいては杭上端部のコンクリート圧壊を未然に防止する等の構造物の安全性を向上させることができる、経済性に非常に優れた構造物の杭上端部の曲げ耐力増強方法を提供することにある。

本発明の目的は、柱の上下端部の常時に発生する圧縮応力を断面中央部が大きくなるように分布させることにより、柱端部の曲げ耐力を増強させ、ひいては柱端部のコンクリート圧壊を未然に防止する等の構造物の安全性を向上させることができる、経済性に非常に優れた構造物の柱の上下端部の曲げ耐力増強方法を提供することにある。

上記従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る構造物の杭上端部の曲げ耐力増強方法は、地震等の水平力が作用する構造物の杭上端部の曲げ耐力を増強する方法であって、
杭上端部における基礎構造物の下面相当位置に、当該杭の中心部分へ構造物の長期鉛直荷重の負担を集中させるために、中央部に開口部を有する低剛性なシート材を載置し、前記シート材の上面と、前記シート材の開口部内に形成した杭の上端面とを面一にしてその上に杭頭を埋め込むことなく基礎構造物を施工することにより、前記杭上端の外周縁部に作用する常時の圧縮応力を低減させ、常時の圧縮応力と地震時の曲げ応力を足し合わせた合成応力を低減することで杭上端部の曲げ耐力を増強させることを特徴とする、構造物の杭上端部の曲げ耐力増強方法。

請求項２に記載した発明に係る構造物の杭上端部の曲げ耐力増強方法は、地震等の水平力が作用する構造物の杭上端部の曲げ耐力を増強する方法であって、
杭上端部における基礎構造物の下面相当位置に、当該杭の中心部分へ構造物の長期鉛直荷重の負担を集中させるために、前記杭上端の中央部よりも外周縁部のヤング率を小さくするように、または厚みを大きくするように材質及び厚みを調整した被覆材を載置してその上に杭頭を埋め込むことなく基礎構造物を施工することにより、前記杭上端の外周縁部に作用する常時の圧縮応力を低減させ、常時の圧縮応力と地震時の曲げ応力を足し合わせた合成応力を低減することで杭上端部の曲げ耐力を増強させることを特徴とする。

請求項３に記載した発明に係る構造物の杭上端部の曲げ耐力増強方法は、地震等の水平力が作用する構造物の杭上端部の曲げ耐力を増強する方法であって、
杭上端部における基礎構造物の下面相当位置に、当該杭の中心部分へ構造物の長期鉛直荷重の負担を集中させるために、外周部に切り欠き部を設けて前記杭上端部に長期鉛直荷重を負担させた後に、前記切り欠き部に無収縮のグラウトを充填することにより、前記杭上端の外周縁部に作用する常時の圧縮応力を低減させ、常時の圧縮応力と地震時の曲げ応力を足し合わせた合成応力を低減することで杭上端部の曲げ耐力を増強させることを特徴とする。

請求項４に記載した発明に係る構造物の柱端部の曲げ耐力増強方法は、地震等の水平力が作用する構造物の柱の端部の曲げ耐力を増強する方法であって、
曲げ耐力を増強させる柱端部と梁又はスラブの当接面相当位置に、当該柱の中心部分へ構造物の長期鉛直荷重の負担を集中させるために、中央部に開口部を有する低剛性なシート材を設け、前記シート材と、前記シート材の開口部内に形成した柱の端面とを面一にして梁又はスラブを施工することにより、曲げ耐力を増強させる柱端部の外周縁部に作用する常時の圧縮応力を低減させ、常時の圧縮応力と地震時の曲げ応力を足し合わせた合成応力を低減することで前記柱端部の曲げ耐力を増強させることを特徴とする。

請求項５に記載した発明に係る構造物の柱端部の曲げ耐力増強方法は、地震等の水平力が作用する構造物の柱の端部の曲げ耐力を増強する方法であって、
曲げ耐力を増強させる柱端部と梁又はスラブの当接面相当位置に、当該柱の中心部分へ構造物の長期鉛直荷重の負担を集中させるために、前記柱端面の中央部よりも外周縁部のヤング率を小さくするように、または厚みを大きくするように材質及び厚みを調整した被覆材を設けて梁又はスラブを施工することにより、曲げ耐力を増強させる柱端部の外周縁部に作用する常時の圧縮応力を低減させ、常時の圧縮応力と地震時の曲げ応力を足し合わせた合成応力を低減することで前記柱端部の曲げ耐力を増強させることを特徴とする。

請求項６に記載した発明に係る構造物の柱端部の曲げ耐力増強方法は、地震等の水平力が作用する構造物の柱の端部の曲げ耐力を増強する方法であって、
曲げ耐力を増強させる柱端部と梁又はスラブとの当接面相当位置に、当該柱の中心部分へ構造物の長期鉛直荷重の負担を集中させるために、外周部に切り欠き部を設けて前記柱端部に長期鉛直荷重を負担させた後に、前記切り欠き部に無収縮のグラウトを充填することにより、曲げ耐力を増強させる柱端部の外周縁部に作用する常時の圧縮応力を低減させ、常時の圧縮応力と地震時の曲げ応力を足し合わせた合成応力を低減することで前記柱端部の曲げ耐力を増強させることを特徴とする。

請求項１〜３に記載した発明に係る構造物の杭上端部の曲げ耐力増強方法によれば、杭１の上端部１ａに、当該杭１の中心部分へ構造物１０の長期鉛直荷重の負担を集中させるために、中央部に開口部２ａを有する低剛性なシート材２を載置する等により、杭上端部１ａの外周縁部は、長期鉛直荷重（上載荷重）による圧縮応力を解放できる。つまり、杭１の中心部分に構造物１０の長期鉛直荷重（上載荷重）の負担が集中する接合状態を実現できるため、前記杭上端部１ａの曲げ耐力が増強され、杭上端部１ａのコンクリート圧壊を未然に防止する等の構造物１０としての安全性を向上させることができる。加えて、ピン接合状態に近い半剛接合となった前記杭上端部１ａは、水平剛性及び曲げ剛性が小さいので、地震等の水平力による水平力負荷（地震力）が杭上端部１ａへ作用した場合に、杭上端部１ａへ作用するせん断力及び曲げモーメントを低減できる。

請求項４〜６に記載した発明に係る構造物の柱端部の曲げ耐力増強方法によれば、曲げ耐力を増強させるべき柱端部１１ａ、１１ｃに、当該柱１１の中心部分へ構造物２０の長期鉛直荷重の負担を集中させるために、中央部に開口部２ａを有する低剛性なシート材２を載置する等により、柱端部１１ａ、１１ｃの外周縁部１１ｂ、１１ｄは、長期鉛直荷重（上載荷重）による圧縮応力を解放できる。つまり、柱１１の中心部分に構造物２０の長期鉛直荷重（上載荷重）の負担が集中する接合状態を実現できるため、前記柱端部１１ａ、１１ｃの曲げ耐力が増強され、柱端部１１ａ、１１ｃのコンクリート圧壊を未然に防止する等の構造物２０としての安全性を向上させることができる。加えて、ピン接合状態に近い半剛接合となった前記柱端部１１ａ、１１ｃは、水平剛性及び曲げ剛性が小さいので、地震等の水平力による水平力負荷（地震力）が柱端部１１ａ、１１ｃへ作用した場合に、柱端部１１ａ、１１ｃへ作用するせん断力及び曲げモーメントを低減できる。

また、前記シート材２の他には、材質又は厚みを調整した被覆材５、１５、２５、又は無収縮のグラウト６を使用することもできる。これらは、杭上端部１ａ又は柱端部１１ａ、１１ｃに設けて実施すれば足りるので、部材点数及び工数を極力省力化することができ、経済的に非常に優れている。

本発明に係る構造物の杭上端部又は柱の上下端部の曲げ耐力増強方法は、上述した発明の効果を奏するべく、それぞれ以下のように実施される。

図１は、本発明に係る構造物の杭上端部の曲げ耐力増強方法の実施例を示している。この方法は、地震等の水平力が作用する構造物１０の基礎杭１の杭上端部１ａの曲げ耐力を増強する方法であって、前記杭上端部１ａにおける基礎構造物１０の下面相当位置に、当該杭の中心部分へ構造物１０の長期鉛直荷重の負担を集中させるために、中央部に開口部２ａを有する低剛性なシート材２を載置し、前記シート材２の上面と、前記シート材２の開口部２ａ内に形成した杭１の上端面とを面一にしてその上に杭頭を埋め込むことなく基礎構造物３を施工することにより、前記杭上端１ａの外周縁部１ｂに作用する常時の圧縮応力を低減させ、常時の圧縮応力と地震時の曲げ応力を足し合わせた合成応力を低減することで杭上端部１ａの曲げ耐力を増強させる技術的思想に立脚している（請求項１記載の発明）。

前記基礎杭１は、地中に埋設され、その上方に構築される構造物１０の長期鉛直荷重をその杭上端部１ａで受け、これを周辺地盤４に伝達して前記構造物１０を支持している。前記基礎構造物３は、図示例では基礎梁３を示しているが、基礎スラブ、フーチング、或いはパイルキャップでも勿論実施可能である。以下の実施例２と実施例３についても同様の技術的思想とする。

ここで、この実施例１では、図２にも示したように、中央部に開口部２ａを有する厚さが均一な低剛性なシート材２を使用し、前記基礎杭１の杭上端部１ａを施工する際に、その上端面に前記シート材２を前記基礎杭１の外周面に沿うように載置して実施している。この場合、その上に構築する基礎構造物３を確実に水平に施工するべく、前記シート材２の上面と、前記シート材２の開口部２ａ内に形成した杭１の上端面とを面一にすることに留意する。なお、図示は省略するが、本実施例では、基礎杭１から立ち上がる鉄筋を基礎梁３にまで繋げた状態で実施している。

図示例に係る前記シート材２の形状は、基礎杭１の外周形状に対応させるべくリング状で実施することが好ましいが、特にこれに限定されるものではなく、杭上端部１ａの中心部分へ構造物１０の長期鉛直荷重の負担を集中させることができる形状であればよい。前記シート材２の開口部２ａの形状も同様である。また、図示例に係る前記シート材２は、ビニールシートで実施しているが、特にこれに限定されるものではなく、薄くて低剛性な部材であれば実施可能である。

前記シート材２の厚さ（Δｔ）については、理論上、Δｔ＞ＮＴ／ＥＡ’（Ｎ：軸力、Ｔ：コンクリート厚さ、Ｅ：縦弾性係数、Ａ’：シート材２の開口部２ａ内の杭上端部１ａの断面積）のシート材２であれば、杭上端部１ａの外周縁部１ｂに圧縮応力が作用しないことになる。本実施例１では、杭径１．６ｍ程度の基礎杭１に対して、０．００５ｍｍ程度のシート材２を使用している。なお、前記数式はあくまで目安であり、杭上端部１ａの外周縁部１ｂに圧縮応力が作用するシート厚で実施しても、杭上端部１ａの中心部分へ構造物１０の長期鉛直荷重の負担を集中させることができれば勿論実施できる。ちなみに、本実施例１に係るシート材２の大きさは、外径Ｈ（図２参照）が、杭径と同等の１．６ｍ程度で、内径ｈ（図２参照）が１．２ｍ程度で実施している。

以上要するに、本実施例１は、基礎杭１と基礎構造物３との間の杭上端部１ａの外周縁部１ｂに前記リング状のシート材２を面タッチ状態で嵌め込んで実施している。斯くすることにより、図４Ａに示したように、杭上端部１ａの外周部分は長期鉛直荷重（上載荷重）による圧縮応力を解放でき、杭上端部１ａの主に中心部分へ、構造物１０の長期鉛直荷重（上載荷重）の負担（圧縮応力）が集中する接合状態を実現できるのである。

したがって、この構造物１０の杭上端部１ａの曲げ耐力増強方法によれば、基礎杭１の杭上端部１ａと基礎構造物３とを剛接合して実施した従来技術の圧縮応力（図１８Ａ参照）と比して、図４Ａに示したように、長期鉛直荷重（上載荷重）による負担を中心位置から放射方向へ滑らかに減少させて水平力（地震力）を負荷したときの応力を速やかに低減させることができる。すなわち、地震時は、基礎杭１の杭上端部１ａの圧縮側端部に、図１８Ｂに示した曲げ応力と同程度の曲げ応力（図４Ｂ参照）が生じることになるが、前記杭上端部１ａの圧縮側では、図４Ａに示したように、杭上端部１ａの圧縮側端部の圧縮応力が小さいので、全体として、図５に示したように、杭上端部１ａの圧縮側端部に作用する合成応力（圧縮応力＋曲げ応力）を小さくすることができる。よって、その分、杭上端部１ａの曲げ耐力が増強され、杭上端部１ａのコンクリート圧壊を未然に防止する等の構造物１０の安全性を向上させることができるのである。また、前記シート材２を杭上端部１ａに載置して実施すれば足りるので、部材点数及び工数を極力省力化することができ、経済的に非常に優れている。

ちなみに、図６は、図５が基礎杭１から立ち上がる鉄筋を基礎梁３にまで繋げた場合の応力分布図であるのに対し、基礎杭１から立ち上げる鉄筋を基礎梁３に繋げることなく杭１内で止めた場合の応力分布図を示している。鉄筋を杭１内で止めることで杭１の引張り応力が生じないので、曲げモーメントに対する応力の中立軸が圧縮側（図中の右側）に移動し、図５の場合と比して、さらに杭上端部１ａの圧縮側端部に作用する圧縮応力を小さくすることができる。よって、その分、杭上端部１ａの曲げ耐力をさらに増強することができ、構造物１０としての安全性をさらに向上させることができるのである。

また、図７は、前記シート材２の厚さを０．０１２ｍｍと厚くした場合の応力分布図を示している。このようにシート厚を変えることにより、杭体の応力分布を変えることができる。前記図７に示したように、長期鉛直荷重（上載荷重）を中央部分で負担することにより、図８Ａ、Ｂに段階的に示したように、水平力（地震力）を負荷したときの応力を速やかに低減させることができる。すなわち、シート材２の厚さを０．０１２ｍｍと厚くして実施した場合であっても、地震時は、基礎杭１の杭上端部１ａの圧縮側端部に、図１８Ｂに示した曲げ応力と同程度の曲げ応力（図４Ｂ参照）が生じることになるが、前記杭上端部１ａの圧縮側では、図７に示したように、杭上端部１ａの圧縮側端部の圧縮応力がない（ゼロとなる）ので、全体として、図８Ｂに示したように、杭上端部１ａの圧縮側端部に作用する合成応力を小さくすることができる。よって、その分、杭上端部１ａの曲げ耐力が増強され、構造物１０としての安全性を向上させることができるのである。

図９Ａ〜Ｃはそれぞれ、請求項２に係る構造物の杭上端部の曲げ耐力増強方法の実施例を示している。この方法は、上記実施例１と同様に、地震等の水平力が作用する構造物１０の基礎杭１の杭上端部１ａの曲げ耐力を増強する方法であって、前記杭上端部１ａに、当該杭１の中心部分へ構造物１０の長期鉛直荷重の負担を集中させるために、前記杭上端部１ａの中央部よりも外周縁部１ｂのヤング率を小さくするように、または厚みを大きくするように材質及び厚みを調整した被覆材５（１５、２５）を載置してその上に杭頭を埋め込むことなく基礎構造物３を施工することにより、前記杭上端部１ａの外周縁部１ｂに作用する常時の圧縮応力を低減させ、常時の圧縮応力と地震時の曲げ応力を足し合わせた合成応力を低減することで杭上端部１ａの曲げ耐力を増強させる技術的思想に立脚している（請求項２記載の発明）。

この実施例２に係る被覆材５…の材質及び厚みは特に限定されるものではなく、要するに、杭上端部１ａの圧縮側端部に理想的な合成応力を作用させるべく、図１１Ａに示したような、稜線がなだらかな円錐形状の圧縮応力、又はこれに近い形状の圧縮応力を形成し得る被覆材５…であればよい。

具体的に、図９Ａでは、ほぼ半球面状の凹部を下面に有する上面は平らな被覆材５を使用し、杭上端部１ａを前記凹部の曲率と一致するほぼ半球面状の凸部に形成して実施している。図９Ｂでは、ほぼ円錐形状の凹部を下面に有する上面は平らな被覆材１５を使用し、杭上端部１ａを前記凹部の曲率と一致するほぼ円錐形状の凸部に形成して実施している。図９Ｃでは、均一厚さの平板状で、中心位置から放射方向に段階的にヤング率を小さくした被覆材２５を使用して実施している。

一例として、図９Ａに係る被覆材５について、ｄ（ｒ）＝δ／ε０（１−ｒ／Ｒ）｛ｄ（ｒ）：被覆材５の厚み、δ：鉛直変位（縮量）、ε０：想定軸力Ｎでの杭中央部の歪み、ｒ：杭中心からの距離、Ｒ：杭半径｝の数式を成立させる被覆材５を使用すると（図１０参照）、図１１Ａに示したような、稜線がなだらかな円錐形状の圧縮応力を形成し、図１１Ｂと図１１Ｃに示したような、前記杭上端部１ａの圧縮側端部に理想的な合成応力を作用させることができる。

したがって、この実施例２に係る構造物１０の杭上端部１ａの曲げ耐力増強方法によれば、基礎杭１の杭上端部１ａと基礎構造物３とを剛接合して実施した従来技術の圧縮応力（図１８Ｂ参照）と比して、図１１Ａに示したように、長期鉛直荷重（上載荷重）による負担を中心位置から放射方向へ漸次減少させて水平力（地震力）を負荷したときの応力を速やかに低減させることができる。すなわち、地震時は、基礎杭１の杭上端部１ａの圧縮側端部に、図１８Ｂに示した曲げ応力と同程度の曲げ応力（図４Ｂ参照）が生じることになるが、前記杭上端部１ａの圧縮側では、図１１Ａに示したように、杭上端部１ａの圧縮側端部の圧縮応力が小さいので、全体として、図１１Ｂに示したように、杭上端部１ａの圧縮側端部に作用する合成応力を小さくすることができる。よって、その分、杭上端部１ａの曲げ耐力が増強され、杭上端部１ａのコンクリート圧壊を未然に防止する等の構造物１０の安全性を向上させることができるのである。また、前記被覆材５、１５、２５を杭上端部１ａに載置すれば足りるので、部材点数及び工数を極力省力化することができ、経済的に非常に優れている。

ちなみに、図１１Ｃは、図１１Ｂが基礎杭１から立ち上がる鉄筋を基礎梁３にまで繋げた場合の応力分布図であるのに対し、基礎杭１から立ち上げる鉄筋を基礎梁３に繋げることなく杭１内で止めた場合の応力分布図を示している。鉄筋を杭１内で止めることで杭１の引張り応力が生じないので、曲げモーメントに対する応力の中立軸が圧縮側（図中の右側）に移動し、図１１Ｂの場合と比して、さらに杭上端部１ａの圧縮側端部に作用する圧縮応力を小さくすることができる。よって、その分、杭上端部１ａの曲げ耐力をさらに増強することができ、構造物１０としての安全性をさらに向上させることができるのである。

図１２は、請求項３に係る構造物の杭上端部の曲げ耐力増強方法の実施例を示している。この方法は、上記実施例１及び実施例２と同様に、地震等の水平力が作用する構造物１０の基礎杭１の杭上端部１ａの曲げ耐力を増強する方法であって、前記杭上端部１ａに、当該杭１の中心部分へ構造物１０の長期鉛直荷重の負担を集中させるために、外周部に切り欠き部７を設けて前記杭上端部１ａに長期鉛直荷重を負担させた後に、前記切り欠き部７に無収縮のグラウト６を充填することにより、前記杭上端部１ａの外周縁部１ｂに作用する常時の圧縮応力を低減させ、常時の圧縮応力と地震時の曲げ応力を足し合わせた合成応力を低減することで杭上端部１ａの曲げ耐力を増強させる技術的思想に立脚している（請求項３記載の発明）。

ちなみに、図１２中の符号８は、型枠を示している。

前記無収縮のグラウト６は、基礎梁３等の基礎構造物３に予め設けておいた注入孔６ａを利用して充填することが施工上好ましい。前記無収縮のグラウト６を前記杭上端部１ａの切り欠き部７に充填することにより、構造物１０の長期鉛直荷重による基礎杭１本来の支持力（安定性）を確保できる。また、前記切り欠き部７の形状・厚さ等を調整することで、図４Ａ、又は図７に示したような圧縮応力を実現することができ、その結果、上記実施例１及び実施例２で説明したように、杭上端部１ａの曲げ耐力が増強され、杭上端部１ａのコンクリート圧壊を未然に防止する等の構造物１０の安全性を向上させることができるのである。ちなみに、本実施例３では、ドーナツ状の切り欠き部７を設けた凸状の杭上端部１ａに形成して実施している。

また、前記無収縮のグラウト６を杭上端部１ａに設けた切り欠き部７に充填すれば足りるので、部材点数及び工数を極力省力化することができ、経済的に非常に優れている。ちなみに、前記グラウトとは、柔らかいセメントペースト又はモルタル・ベントナイト水、薬液等の総称であり、主にひび割れや空洞等の間隙へ注入又は充填する補修剤を指す。このように、前記無収縮のグラウト６を前記切り欠き部７内に充填すれば足りるので、部材点数及び工数を極力省力化することができ、経済的に非常に優れている。

図１３は、本発明に係る構造物の柱の上端部の曲げ耐力増強方法の実施例を示している。この方法は、地震等の水平力が作用する構造物２０の柱１１の上端部１１ａの曲げ耐力を増強する方法であって、前記柱上端部１１ａの梁（又はスラブ）１３の下面相当位置に、当該柱１１の中心部分へ構造物２０の長期鉛直荷重の負担を集中させるために、中央部に開口部２ａを有する低剛性なシート材２を設け、前記シート材２と、前記シート材２の開口部２ａ内に形成した柱の上端面とを面一にして梁又はスラブを施工することにより、曲げ耐力を増強させる柱上端１１ａの外周縁部１１ｂに作用する常時の圧縮応力を低減させ、常時の圧縮応力と地震時の曲げ応力を足し合わせた合成応力を低減することで柱１１の上端部１１ａの曲げ耐力を増強させている（請求項４記載の発明）。

ここで、この実施例４では、上記実施例１で既に説明したような、中央部に開口部２ａを有する厚さが均一な低剛性なシート材２を使用し、前記柱１１の柱上端部１１に梁（又はスラブ）１３を施工する際に、その上端面に前記シート材２を前記柱１１の外周面に沿うように載置して実施している。この場合、その上に構築する梁（又はスラブ）１３を確実に水平に施工するべく、前記シート材２の上面と、前記シート材２の開口部２ａ内に形成した柱１１の上端面とを面一にすることに留意する。図示例に係るシート材２の形状、厚さ等についてはほぼ、上記段落番号[0031]及び[0032]に記載した通りであり、その説明を割愛する。

以上要するに、この実施例４は、柱１１の上端部１１ａと梁（又はスラブ）１３との間の柱上端部１１ａの外周縁部１１ｂに、前記リング状のシート材２を面タッチ状態で嵌め込んで実施している。斯くすることにより、図４Ａに示したように、柱上端部１１ａの外周部分は長期鉛直荷重（上載荷重）による圧縮応力を解放でき、柱上端部１１ａの主に中心部分へ、構造物２０の長期鉛直荷重（上載荷重）の負担（圧縮応力）が集中する接合状態を実現できるのである。

したがって、この構造物２０の柱上端部１１ａの曲げ耐力増強方法によれば、上記段落番号[0034]に記載した効果とほぼ同様の効果を発揮する。即ち、図４Ａに示したように、長期鉛直荷重（上載荷重）による負担を中心位置から放射方向へ滑らかに減少させて水平力（地震力）を負荷したときの応力を速やかに低減させることができる。地震時は、柱１１の上端部１１ａの圧縮側端部に、図１８Ｂに示した曲げ応力と同程度の曲げ応力（図４Ｂ参照）が生じることになるが、前記柱上端部１１ａの圧縮側では、図４Ａに示したように、柱上端部１１ａの圧縮側端部の圧縮応力が小さいので、全体として、図５に示したように、柱上端部１１ａの圧縮側端部に作用する合成応力を小さくすることができる。よって、その分、柱上端部１１ａの曲げ耐力が増強され、柱上端部１１ａのコンクリート圧壊を未然に防止する等の構造物２０の安全性を向上させることができるのである。また、前記低剛性なシート材２を柱上端部１１ａに載置して実施すれば足りるので、部材点数及び工数を極力省力化することができ、経済的に非常に優れている。

ちなみに、図６は、図５が柱１１から立ち上がる鉄筋を梁（又はスラブ）１３にまで繋げた場合の応力分布図であるのに対し、柱１１から立ち上げる鉄筋を梁（又はスラブ）１３に繋げることなく柱１１内で止めた場合の応力分布図を示している。鉄筋を柱１１内で止めることで柱１１の引張り応力が生じないので、曲げモーメントに対する応力の中立軸が圧縮側（図中の右側）に移動し、図５の場合と比して、さらに柱上端部１１ａの圧縮側端部に作用する圧縮応力を小さくすることができる。よって、その分、柱上端部１１ａの曲げ耐力をさらに増強することができ、構造物２０としての安全性をさらに向上させることができるのである。また、図７は、前記シート材２の厚さを０．０１２ｍｍと厚くした場合の応力分布図を示している。このようにシート厚を変えることにより、柱の応力分布を変えることができる。前記図７に示したように、長期鉛直荷重（上載荷重）を中央部分で負担することにより、図８Ａ、Ｂに段階的に示したように、水平力（地震力）負荷したときの応力を速やかに低減させることができる。

図１４は、図１３と比して、前記シート材２を柱１１の下端部１１ｃに設けて実施していることのみ相違する。即ち、図１４は、本発明に係る構造物の柱の下端部の曲げ耐力増強方法の実施例を示している。この方法は、地震等の水平力が作用する構造物２０の柱１１の下端部１１ｃの曲げ耐力を増強する方法であって、前記柱下端部１１ｃの梁（又はスラブ）１３の上面相当位置に、当該柱１１の中心部分へ構造物２０の長期鉛直荷重の負担を集中させるために、中央部に開口部２ａを有する低剛性なシート材２を設け、前記シート材２と、前記シート材２の開口部２ａ内に形成した柱の下端面とを面一にして梁又はスラブを施工することにより、曲げ耐力を増強させる柱下端１１ｃの外周縁部１１ｄに作用する常時の圧縮応力を低減させ、常時の圧縮応力と地震時の曲げ応力を足し合わせた合成応力を低減することで柱１１の下端部１１ｃの曲げ耐力を増強させている（請求項４記載の発明）。

したがって、この請求項４（図１４）に係る構造物２０の柱下端部１１ｃの曲げ耐力増強方法によっても、上記段落番号[0051]に記載した効果とほぼ同様の効果を発揮する。即ち、長期鉛直荷重（上載荷重）による負担を中心位置から放射方向へ滑らかに減少させて水平力（地震力）を負荷したときの応力を速やかに低減させることができる。地震時は、前記柱下端部１１ｃの圧縮側では、柱下端部１１ｃの圧縮側端部の圧縮応力が小さいので、全体として、柱下端部１１ｃの圧縮側端部に作用する合成応力を小さくすることができる。よって、その分、柱下端部１１ｃの曲げ耐力が増強され、柱下端部１１ｃのコンクリート圧壊を未然に防止する等の構造物２０の安全性を向上させることができるのである。また、前記低剛性なシート材２を柱下端部１１ｃに載置して実施すれば足りるので、部材点数及び工数を極力省力化することができ、経済的に非常に優れている。

図１５は、云うならば図１３と図１４に係る技術を合体させた実施例を示している。即ち、図１５は、本発明に係る構造物の柱１１の上下端部１１ａ及び１１ｃの曲げ耐力増強方法の実施例を示している。この方法は、地震等の水平力が作用する構造物２０の柱１１の上下端部１１ａ及び１１ｃの曲げ耐力を増強する方法であって、前記柱の上下端部１１ａ及び１１ｃの梁（又はスラブ）１３の当接面相当位置に、当該柱１１の中心部分へ構造物２０の長期鉛直荷重の負担を集中させるために、中央部に開口部２ａを有する低剛性なシート材２を設け、前記シート材２と、前記シート材２の開口部２ａ内に形成した柱の上端面、下端面とを面一にして梁又はスラブを施工することにより、前記柱１１の曲げ耐力を増強させる上下端１１ａ及び１１ｃの外周縁部１１ｂ及び１１ｄに作用する常時の圧縮応力を低減させ、常時の圧縮応力と地震時の曲げ応力を足し合わせた合成応力を低減することで柱１１の上下端部１１ａ及び１１ｃの曲げ耐力を増強させている（請求項４記載の発明）。

したがって、この請求項４（図１５）に係る構造物２０の柱１１の上下端部１１ａ及び１１ｃの曲げ耐力増強方法によると、上記段落番号[0051]に記載した効果と比して、それ以上の効果を期待できる。即ち、柱１１の上下端部１１ａ及び１１ｃ双方で、長期鉛直荷重（上載荷重）による負担を中心位置から放射方向へ滑らかに減少させて水平力（地震力）を負荷したときの応力を速やかに低減させることができる。地震時は、前記柱上下端部１１ａ及び１１ｃの圧縮側では、柱上下端部１１ａ及び１１ｃの圧縮側端部の圧縮応力が小さいので、全体として、柱上下端部１１ａ及び１１ｃの圧縮側端部に作用する合成応力を小さくすることができる。よって、その分、柱上下端部１１ａ及び１１ｃの曲げ耐力が増強され、柱上下端部１１ａ及び１１ｃのコンクリート圧壊を未然に防止する等の構造物２０の安全性を向上させることができるのである。また、前記低剛性なシート材２を柱上下端部１１ａ、１１ｃに載置して実施すれば足りるので、部材点数及び工数を極力省力化することができ、経済的に非常に優れている。

図１６は、請求項５に記載した構造物の柱端部の曲げ耐力増強方法について、その代表図を示している。上記した実施例４では前記鉛直荷重調整材１２として、中央部に開口部２ａを有する厚さが均一な低剛性なシート材２を使用して実施しているが、この実施例５では、上記実施例２で既に説明したように、材質及び厚みを調整した被覆材５…を使用し、前記柱１１の上端部１１ａ（及び／又は下端部１１ｃ）を施工した際に、その柱端面に前記被覆材５…を設けて梁（又はスラブ）１３を施工することにより、その柱上端部１１ａ（及び／又は下端部１１ｃ）の外周縁部１１ｃに作用する常時の圧縮応力を低減させ、常時の圧縮応力と地震時の曲げ応力を足し合わせた合成応力を低減することで柱端部１１ａの曲げ耐力を増強させている（請求項５記載の発明）。前記被覆材５…の材質及び厚み等については上記段落番号[0039]〜[0041]に記載した内容とほぼ同様である。

ちなみに、代表図として例示した図１６は、図９Ａで説明した、ほぼ半球面状の凹部を下面に有する上面は平らな被覆材５を使用し、柱上端部１１ａを前記凹部の曲率と一致するほぼ半球面状の凸部に形成して実施している。勿論、図９Ｂ及び図９Ｃで説明した被覆材１５、２５でも勿論実施することができる。また、図示は省略するが、前記柱１１の下端部１１ｃについて実施する場合には、図９Ａ〜図９Ｃで示した被覆材５…を上下方向に反転させた形状で実施する。

したがって、この実施例５に係る構造物２０の柱上端部１１ａ（及び／又は下端部１１ｃ）の曲げ耐力増強方法によれば、長期鉛直荷重（上載荷重）による負担を中心位置から放射方向へ漸次減少させて水平力（地震力）を負荷したときの応力を速やかに低減させることができる。よって、その分、柱上端部１１ａ（及び／又は下端部１１ｃ）の曲げ耐力が増強され、柱上端部１１ａ（及び／又は下端部１１ｃ）のコンクリート圧壊を未然に防止する等の構造物２０の安全性を向上させることができるのである。また、前記被覆材５、１５、２５を柱上端部１１ａ（及び／又は下端部１１ｃ）に載置すれば足りるので、部材点数及び工数を極力省力化することができ、経済的に非常に優れている。

図１７は、請求項６に記載した構造物の柱端部の曲げ耐力増強方法について、その代表図を示している。上記した実施例５では、前記被覆材５…を使用して実施しているが、この実施例６では、上記実施例３で既に説明したように、無収縮のグラウト６を使用し、柱上端部１１ａ（及び／又は下端部１１ｃ）と梁（又はスラブ）１３との当接面相当位置に、切り欠き部７を設けて前記柱上端部１１ａ（及び／又は下端部１１ｃ）に長期鉛直荷重を負担させた後に、前記切り欠き部７に無収縮のグラウト６を充填することにより、その柱上端部１１ａ（及び／又は下端部１１ｃ）の外周縁部１１ｂ（及び／又は１１ｄ）に作用する常時の圧縮応力を低減させ、常時の圧縮応力と地震時の曲げ応力を足し合わせた合成応力を低減することで柱上端部１１ａ（及び／又は下端部１１ｃ）の曲げ耐力を増強している（請求項６記載の発明）。前記無収縮のグラウト６の充填方法等は、上記段落番号[0046]及び[0047]に記載した内容とほぼ同様である。

ちなみに、代表図として例示した図１７は、柱上端部１１ａについて実施する場合を示しているが、柱下端部１１ｃについて実施する場合には、同図を上下方向に反転させた形状で実施する。

したがって、この実施例６に係る構造物２０の柱上端部１１ａ（及び／又は下端部１１ｃ）の曲げ耐力増強方法によってもまた、長期鉛直荷重（上載荷重）による負担を中心位置から放射方向へ漸次減少させて水平力（地震力）を負荷したときの応力を速やかに低減させることができる。よって、その分、柱上端部１１ａ（及び／又は下端部１１ｃ）の曲げ耐力が増強され、柱上端部１１ａ（及び／又は下端部１１ｃ）のコンクリート圧壊を未然に防止する等の構造物２０の安全性を向上させることができるのである。このように、前記無収縮のグラウト６を前記切り欠き部７内に充填すれば足りるので、部材点数及び工数を極力省力化することができ、経済的に非常に優れている。

以上に実施形態を図面に基づいて説明したが、本発明は、図示例の実施形態の限りではなく、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のために言及する。

実施例１に係る構造物の杭上端部の曲げ耐力増強方法を示した立面図である。 実施例１で使用するシート材を示した平面図である。 図１の部分拡大図である。 Ａは、長期鉛直荷重による杭上端部の応力分布図を示しており、Ｂは、曲げ荷重による杭上端部の応力分布図を示している。 長期鉛直荷重及び曲げ荷重による杭上端部の応力分布図を示している。 長期鉛直荷重及び曲げ荷重による杭上端部の応力分布図を示している。 長期鉛直荷重による杭上端部の応力分布図を示している。 Ａ、Ｂは、長期鉛直荷重及び曲げ荷重による杭上端部の応力分布図を段階的に示している。 Ａ〜Ｃはそれぞれ、実施例２に係る構造物の杭上端部の曲げ耐力増強方法を示した立面図である。 図９Ａについて、数式を用いて具体的に説明するための参考図である。 Ａは、長期鉛直荷重による杭上端部の応力分布図を示しており、ＢとＣは、長期鉛直荷重及び曲げ荷重による杭上端部の応力分布図を示している。 実施例３に係る構造物の杭上端部の曲げ耐力増強方法を示した立面図である。 実施例４に係る構造物の柱の上端部の曲げ耐力増強方法を示した立面図である。 実施例４に係る構造物の柱の下端部の曲げ耐力増強方法を示した立面図である。 実施例４に係る構造物の柱の上下端部の曲げ耐力増強方法を示した立面図である。 実施例５に係る構造物の柱の上端部の曲げ耐力増強方法を示した立面図である。 実施例６に係る構造物の柱の上端部の曲げ耐力増強方法を示した立面図である。 Ａは、従来技術に係る長期鉛直荷重による杭上端部の応力分布図を示しており、Ｂは、従来技術に係る長期鉛直荷重及び曲げ荷重による杭上端部の応力分布図を示している。

符号の説明

１ 基礎杭
１ａ 杭上端部
１ｂ 外周縁部
２ シート材
３ 基礎梁（基礎構造物）
４ 地盤
５、１５、２５ 被覆材
６ 無収縮のグラウト
６ａ 注入孔
７ 切り欠き部
８ 型枠
１０、２０ 構造物
１１ 柱
１１ａ 柱上端部
１１ｂ 外周縁部
１１ｃ 柱下端部
１１ｄ 外周縁部
１３ 梁（又はスラブ）

Claims (6)

1. 地震等の水平力が作用する構造物の杭上端部の曲げ耐力を増強する方法であって、
   杭上端部における基礎構造物の下面相当位置に、当該杭の中心部分へ構造物の長期鉛直荷重の負担を集中させるために、中央部に開口部を有する低剛性なシート材を載置し、前記シート材の上面と、前記シート材の開口部内に形成した杭の上端面とを面一にしてその上に杭頭を埋め込むことなく基礎構造物を施工することにより、前記杭上端の外周縁部に作用する常時の圧縮応力を低減させ、常時の圧縮応力と地震時の曲げ応力を足し合わせた合成応力を低減することで杭上端部の曲げ耐力を増強させることを特徴とする、構造物の杭上端部の曲げ耐力増強方法。
2. 地震等の水平力が作用する構造物の杭上端部の曲げ耐力を増強する方法であって、
   杭上端部における基礎構造物の下面相当位置に、当該杭の中心部分へ構造物の長期鉛直荷重の負担を集中させるために、前記杭上端の中央部よりも外周縁部のヤング率を小さくするように、または厚みを大きくするように材質及び厚みを調整した被覆材を載置してその上に杭頭を埋め込むことなく基礎構造物を施工することにより、前記杭上端の外周縁部に作用する常時の圧縮応力を低減させ、常時の圧縮応力と地震時の曲げ応力を足し合わせた合成応力を低減することで杭上端部の曲げ耐力を増強させることを特徴とする、構造物の杭上端部の曲げ耐力増強方法。
3. 地震等の水平力が作用する構造物の杭上端部の曲げ耐力を増強する方法であって、
   杭上端部における基礎構造物の下面相当位置に、当該杭の中心部分へ構造物の長期鉛直荷重の負担を集中させるために、外周部に切り欠き部を設けて前記杭上端部に長期鉛直荷重を負担させた後に、前記切り欠き部に無収縮のグラウトを充填することにより、前記杭上端の外周縁部に作用する常時の圧縮応力を低減させ、常時の圧縮応力と地震時の曲げ応力を足し合わせた合成応力を低減することで杭上端部の曲げ耐力を増強させることを特徴とする、構造物の杭上端部の曲げ耐力増強方法。
4. 地震等の水平力が作用する構造物の柱の端部の曲げ耐力を増強する方法であって、
   曲げ耐力を増強させる柱端部と梁又はスラブの当接面相当位置に、当該柱の中心部分へ構造物の長期鉛直荷重の負担を集中させるために、中央部に開口部を有する低剛性なシート材を設け、前記シート材と、前記シート材の開口部内に形成した柱の端面とを面一にして梁又はスラブを施工することにより、曲げ耐力を増強させる柱端部の外周縁部に作用する常時の圧縮応力を低減させ、常時の圧縮応力と地震時の曲げ応力を足し合わせた合成応力を低減することで前記柱端部の曲げ耐力を増強させることを特徴とする、構造物の柱端部の曲げ耐力増強方法。
5. 地震等の水平力が作用する構造物の柱の端部の曲げ耐力を増強する方法であって、
   曲げ耐力を増強させる柱端部と梁又はスラブの当接面相当位置に、当該柱の中心部分へ構造物の長期鉛直荷重の負担を集中させるために、前記柱端面の中央部よりも外周縁部のヤング率を小さくするように、または厚みを大きくするように材質及び厚みを調整した被覆材を設けて梁又はスラブを施工することにより、曲げ耐力を増強させる柱端部の外周縁部に作用する常時の圧縮応力を低減させ、常時の圧縮応力と地震時の曲げ応力を足し合わせた合成応力を低減することで前記柱端部の曲げ耐力を増強させることを特徴とする、構造物の柱端部の曲げ耐力増強方法。
6. 地震等の水平力が作用する構造物の柱の端部の曲げ耐力を増強する方法であって、
   曲げ耐力を増強させる柱端部と梁又はスラブとの当接面相当位置に、当該柱の中心部分へ構造物の長期鉛直荷重の負担を集中させるために、外周部に切り欠き部を設けて前記柱端部に長期鉛直荷重を負担させた後に、前記切り欠き部に無収縮のグラウトを充填することにより、曲げ耐力を増強させる柱端部の外周縁部に作用する常時の圧縮応力を低減させ、常時の圧縮応力と地震時の曲げ応力を足し合わせた合成応力を低減することで前記柱端部の曲げ耐力を増強させることを特徴とする、構造物の柱端部の曲げ耐力増強方法。

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