JP4787678B2

JP4787678B2 - 杭頭接合構造及びそれに用いる接合材

Info

Publication number: JP4787678B2
Application number: JP2006151782A
Authority: JP
Inventors: 治克角屋; 貴章平山; 亨渡辺
Original assignee: 岡部株式会社
Priority date: 2006-05-31
Filing date: 2006-05-31
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2026-05-31
Also published as: JP2007321410A

Description

本発明は、杭頭接合構造及びそれに用いる接合材に関する。

杭基礎には支持杭形式と摩擦杭形式とがあり、前者は、良質な支持層が地下深くにある場合に該支持層まで打ち込んだ杭の上に上部構造物を構築することによって、構造物重量を支持層で安定支持する形式であり、後者は、良質な支持層がない場合に周辺地盤との摩擦力によって上部構造物を支持する形式の基礎形式である。

これらの杭は、その杭頭にて上部構造物の基礎スラブや基礎梁に接合されるが、かかる接合部においては、長期荷重として圧縮力が作用するほか、地震時には、上部構造物の転倒モーメントに起因する引抜き力、水平力に起因するせん断力あるいは曲げモーメントが作用する。

そして、上部構造物がきわめて大きな地震に遭遇した場合には、杭頭に過大なせん断力や曲げモーメントが作用し、杭の破壊ひいては上部構造物の倒壊といった不測の事態を招くおそれがある。

また、杭頭接合部を設計する際、一般的には剛接とみなすことが多いが、杭の頭部と上部構造物とを完全に剛接合にすることは困難であって実際の接合度は１未満、例えば０．８〜０．９程度になることが多いため、杭頭接合部が本来負担すべき曲げモーメントが杭頭に流れ、結果として設計時に想定したよりも大きな曲げモーメントが杭頭に作用することがあり、上述した大地震時の過大な曲げモーメントと相まって、杭の破壊や上部構造物の倒壊といった懸念がさらに増加する。

そこで、最近では、杭頭で発生する曲げモーメントを低減すべく、杭頭の端板に立設された異形スタッドの一部を切削加工したり、杭頭鉄筋の一部を筒体（シース管、スリーブ）内に配置したり、アンカーボルトにアスファルトを塗布したりすることで、基礎スラブを構成するコンクリートと異形スタッドや杭頭鉄筋あるいはアンカーボルトとの付着力を弱めあるいは付着を切る、いわゆるアンボンド処理が行われるようになってきた。

かかるアンボンド処理を行うことにより、杭頭に発生する曲げモーメントを低減することが可能となる。

特開２０００−１４４７６３

特開２００２−３１７４５４

しかしながら、このようなアンボンド処理によって杭頭接合部の固定度を緩和し発生曲げモーメントを低減することができたとしても、固定度を算出するにあたっては、アンカーの本数、径、定着板の形状その他様々な条件を考慮せねばならないため、その手順は複雑となり、それゆえ適切な設計手法が未だ確立できていないのが現状である。

また、上述したアンボンド処理は、異形スタッドを切削加工したり筒体を配置したりするのに手間とコストがかかり、経済的な観点で改善の余地があった。そして何より、異形スタッド、鉄筋あるいはアンカーボルトといった鋼棒がコンクリートの中性化等によって経年的に腐食膨張するとともに該腐食膨張に起因してコンクリートとの付着が生じ、その結果、アンボンド状態を長期間維持することが困難であるという問題も生じていた。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、アンボンド処理を行わずとも杭頭接合部の固定度を低減させることが可能な杭頭接合構造及びそれに用いる接合材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る接合材は請求項１に記載したように、杭の頭部に設けられた端板に取り付けられる固定度低減部材と、該固定度低減部材に取り付けられ前記杭で支持される上部構造物の基礎部材に埋設されるアンカーボルトとを備え、前記端板への取付け箇所と前記アンカーボルトへの取付け箇所との間において前記固定度低減部材に段差部、立ち上がり部等の非平坦部を形成するとともに、地震時水平力が前記上部構造物から前記杭の頭部に作用したとき、前記固定度低減部材が曲げ変形して前記杭の頭部が回転するように構成した接合材であって、
前記固定度低減部材を、前記非平坦部が段差部である複数の舌片で構成するとともに、該各舌片の一端を前記端板への取付け箇所とし、他端を前記アンカーボルトへの取付け箇所としたものである。

また、本発明に係る接合材は請求項２に記載したように、杭の頭部に設けられた端板に取り付けられる固定度低減部材と、該固定度低減部材に取り付けられ前記杭で支持される上部構造物の基礎部材に埋設されるアンカーボルトとを備え、前記端板への取付け箇所と前記アンカーボルトへの取付け箇所との間において前記固定度低減部材に段差部、立ち上がり部等の非平坦部を形成するとともに、地震時水平力が前記上部構造物から前記杭の頭部に作用したとき、前記固定度低減部材が曲げ変形して前記杭の頭部が回転するように構成した接合材であって、
前記固定度低減部材を、前記非平坦部が立ち上がり部である複数のＬ字状断面材で構成するとともに、該各Ｌ字状断面材の一端を前記端板への取付け箇所とし、他端を前記アンカーボルトへの取付け箇所としたものである。

また、本発明に係る接合材は、前記杭の断面中心から前記杭の中空内面までの距離をｒ₁、前記杭の外面までの距離をｒ₂としたとき、前記杭の断面中心から前記アンカーボルトの材軸までの距離Ｒが、
Ｒ＜ｒ₁ 又はｒ₂＜Ｒ
となるように、前記アンカーボルトを前記固定度低減部材に取り付けたものである。

また、本発明に係る接合材は請求項４に記載したように、杭の頭部に設けられた端板に取り付けられる固定度低減部材と、該固定度低減部材に取り付けられ前記杭で支持される上部構造物の基礎部材に埋設されるアンカーボルトとを備えた接合材において、
前記杭の断面中心から前記杭の中空内面までの距離をｒ₁、前記杭の外面までの距離をｒ₂としたとき、前記杭の断面中心から前記アンカーボルトの材軸までの距離Ｒが、
Ｒ＜ｒ₁ 又はｒ₂＜Ｒ
となるように、前記アンカーボルトを前記固定度低減部材に取り付けるとともに、該アンカーボルトを連結するための作業空間が連結下端近傍に形成されように、前記端板への取付け箇所と前記アンカーボルトへの取付け箇所との間において前記固定度低減部材に段差部、立ち上がり部等の非平坦部を形成し、地震時水平力が前記上部構造物から前記杭の頭部に作用したとき、前記固定度低減部材が曲げ変形して前記杭の頭部が回転するように構成したものである。

また、本発明に係る接合材は、前記非平坦部を折曲げ成形したものである。

また、本発明に係る接合材は請求項６に記載したように、一方の側に延びる直線部が杭の頭部に設けられた端板に取り付けられ、Ｌ字状固定度低減部を介して他方の側に延びる直線部が前記杭で支持される上部構造物の基礎部材にアンカーボルトとして埋設され、全体がＬ字状に形成された接合材であって、地震時水平力が前記上部構造物から前記杭の頭部に作用したとき、前記Ｌ字状固定度低減部が曲げ変形して前記杭の頭部が回転するように構成したものである。

また、本発明に係る杭頭接合構造は請求項７に記載したように、請求項１乃至請求項６のいずれか一記載の接合材の固定度低減部材を前記杭の頭部に設けられた端板に取り付けるとともに該接合材を構成するアンカーボルトが前記杭で支持される上部構造物の基礎部材に埋設されるようにしたものである。

本発明に係る杭頭接合構造及びそれに用いる接合材は、地震時水平力が上部構造物から杭の頭部に作用したとき、該杭頭に設けられた端板に取り付けてある固定度低減部材が曲げ変形して杭頭が回転するように接合材を構成してある。

このようにすると、杭頭の回転変形に対する発生曲げモーメント、換言すれば回転剛性は、固定度低減部材の曲げ剛性として評価することができるため、形状及び鋼材種類や、変形拘束位置、すなわち、アンカーボルトの設置位置といった固定度低減部材に関する諸データだけで杭頭の回転剛性を算出することが可能となり、かくして杭頭における固定度低減の程度を容易に把握することができる。

ここで、前記杭の断面中心から前記杭の中空内面までの距離をｒ₁、前記杭の外面までの距離をｒ₂としたとき、前記杭の断面中心から前記アンカーボルトの材軸までの距離Ｒが、
Ｒ＜ｒ₁ 又はｒ₂＜Ｒ
となるように、前記アンカーボルトを前記固定度低減部材に取り付けたならば、固定度低減部材の曲げ変形が杭の内周面や外周面に制限されることがなくなり、その変形量を大きくとることができる。

また、固定度低減部材は上述したように、段差部、立ち上がり部等の非平坦部を形成してある。このようにすると、杭の端板に取り付けられる側と非平坦部を挟んで反対の側、すなわちアンカーボルトが取り付けられる側では、該アンカーボルトの連結下端位置を端板の取付け平面からずらし、例えば端板から数ｃｍ乃至数十ｃｍ上がったところに設定することができる。そのため、アンカーボルトの連結下端近傍に作業空間が形成され、アンカーボルトの取付け作業が容易になるとともに、施工上の拘束がなくなる分、設置間隔、設置本数その他アンカーボルトの仕様において設計自由度も増加する。

ここで、固定度低減部材は全体として曲げ変形すれば足り、どの部分が曲げ変形するかは問わないが、上述した非平坦部を折曲げ成形したならば、接合度の低減が容易になるとともに、該非平坦部に塑性箇所が形成されるため、固定度低減部材の曲げ変形箇所を非平坦部に特定することが可能となり、曲げ挙動が把握しやすくなって杭頭の曲げ剛性をより正確に把握することが可能となる。

固定度低減部材の構成については例えば、非平坦部が段差部である複数の舌片で構成するとともに、該各舌片の一端を前記端板への取付け箇所とし、他端を前記アンカーボルトへの取付け箇所とすることができる。また、別の構成としては、前記非平坦部が立ち上がり部である複数のＬ字状断面材で構成するとともに、該各Ｌ字状断面材の一端を前記端板への取付け箇所とし、他端を前記アンカーボルトへの取付け箇所とすることができる。

また、本発明に係る杭頭接合構造及びそれに用いる接合材は、地震時水平力が上部構造物から杭の頭部に作用したとき、Ｌ字状固定度低減部が曲げ変形して杭頭が回転するように構成してある。

このようにすると、杭頭の回転変形に対する発生曲げモーメント、換言すれば回転剛性は、Ｌ字状固定度低減部の曲げ剛性として評価することができるため、形状及び鋼材種類や、変形拘束位置、すなわち、アンカーボルトの設置位置といったＬ字状固定度低減部に関する諸データだけで杭頭の回転剛性を算出することが可能となり、かくして杭頭における固定度低減の程度を容易に把握することができる。

以下、本発明に係る杭頭接合構造及びそれに用いる接合材の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。

図１及び図２は、本実施形態に係る杭頭接合構造及びそれに用いる接合材を示した図である。同図でわかるように、本実施形態に係る接合材１は、固定度低減部材２と該固定度低減部材に取り付けられたアンカーボルト３とを備えるとともに、本実施形態に係る杭頭接合構造４は、固定度低減部材２を、ＰＨＣ杭である杭５の頭部６（以下、杭頭６）に設けられた端板７にボルト１０で接合してあるとともに、杭５で支持される上部構造物８の基礎部材である基礎梁９にアンカーボルト３を埋設して構成してある。

固定度低減部材２は、平面形が短冊状の４つの舌片２ａからなるとともに、該各舌片の一端には、ボルト１０が挿通される挿通孔１１，１１を形成してあり、該挿通孔に挿通されたボルト１０を端板７に形成されたボルト孔１２にねじ込むことで、固定度低減部材２を端板７に固定することができるようになっている。

また、舌片２ａの他端にはボルト孔１３を設けてあり、該ボルト孔にアンカーボルト３を挿通してナット１４，１４を螺合することで、アンカーボルト３を固定度低減部材２に取り付けることができるようになっている。

それゆえ、挿通孔１１，１１は端板７への取付け箇所、ボルト孔１３はアンカーボルト３への取付け箇所といえるが、かかる端板７への取付け箇所とアンカーボルト１３への取付け箇所との間には、折曲げ成形によって形成された非平坦部としての段差部１５を設けてある。

ここで、ボルト孔１３は、杭５の断面中心からの距離、換言すればアンカーボルト３の取付け半径Ｒが杭５の内径の半径ｒ₁よりも小さくなるように位置決めしてある。そして、かかる構成により、アンカーボルト３の立設位置は、杭５の内周面よりも内側となる。

本実施形態に係る杭頭接合構造４及びそれに用いる接合材１は、上述した構成により、地震時水平力が上部構造物９から杭頭６に作用したとき、杭頭６の端板７に取り付けてある固定度低減部材２は、図３に示すように曲げ変形するとともに、それに伴って杭頭６に回転変形が生じる。

したがって、基礎梁９に対する杭頭６の接合度は緩和され、いわゆる半剛接合となる。加えて、杭頭６の回転角θに対する発生曲げモーメントＭ、換言すれば杭頭６における回転剛性は、固定度低減部材２の曲げ剛性として評価することが可能となる。

また、折曲げ成形により、段差部１５に塑性箇所が形成されているため、固定度低減部材２を構成する４つ舌片２ａにおける主たる曲げ変形箇所は、段差部１５の折曲げ位置に特定することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る杭頭接合構造４及びそれに用いる接合材１によれば、従来のような複雑で手間のかかるアンボンド処理を行わなくても、基礎梁９に対する杭頭６の接合度が従来よりも大幅に緩和され、いわゆる半剛接合を実現することが可能となる。

また、本実施形態に係る杭頭接合構造４及びそれに用いる接合材１によれば、杭頭６の回転角θに対する発生曲げモーメントＭ、換言すれば杭頭６における回転剛性は、固定度低減部材２の曲げ剛性として評価することが可能となる。

そのため、固定度低減部材２を構成する舌片２ａの形状及び鋼材種類や、変形拘束位置、すなわち、アンカーボルト３の取付け位置といった固定度低減部材２に関する諸データだけで杭頭６の回転剛性を算出することが可能となり、かくして杭頭６における固定度低減の程度を容易に把握することができる。

特に、非平坦部である段差部１５を折曲げ成形してあるため、接合度の低減が容易になるとともに、該段差部に塑性箇所が形成されるため、固定度低減部材２の主たる曲げ変形箇所を段差部１５の折曲げ箇所に特定することが可能となり、曲げ挙動が把握しやすくなって杭頭６の曲げ剛性をより正確に把握することが可能となる。

また、本実施形態に係る杭頭接合構造４及びそれに用いる接合材１によれば、固定度低減部材２に非平坦部である段差部１５を形成してあるので、アンカーボルト３が取り付けられる側では図２(b)でよくわかるように、該アンカーボルトの連結下端位置を端板７の取付け平面からずらし、例えば端板から数ｃｍ乃至数十ｃｍ上がったところに設定することができる。

そのため、アンカーボルト３の連結下端近傍に作業空間が形成され、アンカーボルト３の取付け作業が容易になるとともに、施工上の拘束がなくなる分、設置間隔、設置本数その他アンカーボルト３の仕様において設計自由度も増加する。

本実施形態では、ナット１４，１４を用いたボルト接合でアンカーボルト３を固定度低減部材２に立設するようにしたが、これに代えて、アンカーボルト３の下端を舌片２ａの上面に溶接することで、アンカーボルト３を固定度低減部材２に立設するようにしてもかまわない。

また、本実施形態では、固定度低減用部材２を端板７にボルト接合するようにしたが、ボルト接合に代えて溶接により接合するようにしてもかまわない。

また、本実施形態では、アンカーボルト３の立設位置を、杭５の内周面よりも内側に設定したが、これに代えて杭５の外周面よりも外側に設定してもかまわない。すなわち、アンカーボルト３が挿通されるボルト孔１３を、杭５の断面中心からの距離、換言すればアンカーボルト３の取付け半径Ｒが杭５の外径の半径ｒ₂よりも大きくなるように位置決めする。例えば、上述した実施形態における各舌片２ａの端板７への取付け角度を１８０゜反転させることで、各舌片２ａを半径方向外側に向かせ、これを本変形例に係る固定度低減部材とすることができる。

このような変形例であっても、杭頭６における回転剛性は、固定度低減部材の曲げ剛性として評価することが可能であり、上述の実施形態と同様、固定度低減部材に関する諸データだけで杭頭６の回転剛性を算出し、杭頭６における固定度低減の程度を容易に把握することができる。

また、本実施形態では特に言及しなかったが、本発明に係る固定度低減部材を図４のように構成してもよい。すなわち同図に示す固定度低減部材４２は、非平坦部としての立ち上がり部４３が形成された４つのＬ字状断面材４２ａで構成してある。ここで、立ち上がり部４３の背面にはカプラー４４を溶接してあり、該カプラーにアンカーボルトとしてのネジ鉄筋３ａをねじ込むことで、４本のネジ鉄筋３ａを固定度低減部材４２に固定することができるようになっている。

この変形例によっても上述した実施形態と同様の作用効果を奏するが、ここではその説明を省略する。

また、本実施形態では特に言及しなかったが、本発明に係る接合材を図５のように構成してもよい。すなわち、同図に示す接合材５２は、一方の側に延びる直線部５３が杭頭６に設けられた端板７に取り付けられ、Ｌ字状固定度低減部５４を介して他方の側に延びる直線部５５が基礎梁９に埋設されるアンカーボルトとなる。

接合材５２は、地震時水平力が上部構造物８から杭頭６に作用したとき、Ｌ字状固定度低減部５４が曲げ変形して杭頭が回転するように構成してある。Ｌ字状固定度低減部５４は、上述した実施形態と同様、折曲げ成形によって形成しておくのがよい。

このようにすると、杭頭６の回転変形に対する発生曲げモーメント、換言すれば回転剛性は、Ｌ字状固定度低減部５４の曲げ剛性として評価することができるため、形状及び鋼材種類や、変形拘束位置、すなわち、アンカーボルトの設置位置といったＬ字状固定度低減部５４に関する諸データだけで杭頭の回転剛性を算出することが可能となり、かくして杭頭における固定度低減の程度を容易に把握することができる。

本実施形態に係る接合材１の分解斜視図。本実施形態に係る杭頭接合構造４の図であり、(a)は平面図、(b)はＡ−Ａ線に沿う鉛直断面図。本実施形態に係る杭頭接合構造４及びそれに用いる接合材１の作用を示した図。変形例に係る接合材の固定度低減部材４２及びそれを用いた杭頭接合構造の図であり、(a)は平面図、(b)はＢ−Ｂ線に沿う鉛直断面図。変形例に係る接合材５２及びそれを用いた杭頭接合構造の図であり、(a)は平面図、(b)はＣ−Ｃ線に沿う鉛直断面図。

符号の説明

１接合材
２，４２固定度低減部材
２ａ舌片
３アンカーボルト
３ａネジ鉄筋（アンカーボルト）
５杭
６杭頭
７端板
８上部構造物
９基礎梁（基礎部材）
１５段差部（非平坦部）
４２ａＬ字状断面材
４３立ち上がり部（非平坦部）

Claims

杭の頭部に設けられた端板に取り付けられる固定度低減部材と、該固定度低減部材に取り付けられ前記杭で支持される上部構造物の基礎部材に埋設されるアンカーボルトとを備え、前記端板への取付け箇所と前記アンカーボルトへの取付け箇所との間において前記固定度低減部材に段差部、立ち上がり部等の非平坦部を形成するとともに、地震時水平力が前記上部構造物から前記杭の頭部に作用したとき、前記固定度低減部材が曲げ変形して前記杭の頭部が回転するように構成した接合材であって、
前記固定度低減部材を、前記非平坦部が段差部である複数の舌片で構成するとともに、該各舌片の一端を前記端板への取付け箇所とし、他端を前記アンカーボルトへの取付け箇所としたことを特徴とする接合材。
杭の頭部に設けられた端板に取り付けられる固定度低減部材と、該固定度低減部材に取り付けられ前記杭で支持される上部構造物の基礎部材に埋設されるアンカーボルトとを備え、前記端板への取付け箇所と前記アンカーボルトへの取付け箇所との間において前記固定度低減部材に段差部、立ち上がり部等の非平坦部を形成するとともに、地震時水平力が前記上部構造物から前記杭の頭部に作用したとき、前記固定度低減部材が曲げ変形して前記杭の頭部が回転するように構成した接合材であって、
前記固定度低減部材を、前記非平坦部が立ち上がり部である複数のＬ字状断面材で構成するとともに、該各Ｌ字状断面材の一端を前記端板への取付け箇所とし、他端を前記アンカーボルトへの取付け箇所としたことを特徴とする接合材。
前記杭の断面中心から前記杭の中空内面までの距離をｒ₁、前記杭の外面までの距離をｒ₂としたとき、前記杭の断面中心から前記アンカーボルトの材軸までの距離Ｒが、
Ｒ＜ｒ₁ 又はｒ₂＜Ｒ
となるように、前記アンカーボルトを前記固定度低減部材に取り付けた請求項１又は請求項２記載の接合材。
杭の頭部に設けられた端板に取り付けられる固定度低減部材と、該固定度低減部材に取り付けられ前記杭で支持される上部構造物の基礎部材に埋設されるアンカーボルトとを備えた接合材において、
前記杭の断面中心から前記杭の中空内面までの距離をｒ₁、前記杭の外面までの距離をｒ₂としたとき、前記杭の断面中心から前記アンカーボルトの材軸までの距離Ｒが、
Ｒ＜ｒ₁ 又はｒ₂＜Ｒ
となるように、前記アンカーボルトを前記固定度低減部材に取り付けるとともに、該アンカーボルトを連結するための作業空間が連結下端近傍に形成されように、前記端板への取付け箇所と前記アンカーボルトへの取付け箇所との間において前記固定度低減部材に段差部、立ち上がり部等の非平坦部を形成し、地震時水平力が前記上部構造物から前記杭の頭部に作用したとき、前記固定度低減部材が曲げ変形して前記杭の頭部が回転するように構成したことを特徴とする接合材。
前記非平坦部を折曲げ成形した請求項１乃至請求項４のいずれか一記載の接合材。
一方の側に延びる直線部が杭の頭部に設けられた端板に取り付けられ、Ｌ字状固定度低減部を介して他方の側に延びる直線部が前記杭で支持される上部構造物の基礎部材にアンカーボルトとして埋設され、全体がＬ字状に形成された接合材であって、地震時水平力が前記上部構造物から前記杭の頭部に作用したとき、前記Ｌ字状固定度低減部が曲げ変形して前記杭の頭部が回転するように構成したことを特徴とする接合材。
請求項１乃至請求項６のいずれか一記載の接合材の固定度低減部材を前記杭の頭部に設けられた端板に取り付けるとともに該接合材を構成するアンカーボルトが前記杭で支持される上部構造物の基礎部材に埋設されるようにしたことを特徴とする杭頭接合構造。