JP6926367B1 - フック付き異形棒鋼による拡径式杭頭接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】フック付き異形棒鋼により、高い定着性能と曲げ耐力を発現する拡径式杭頭接合構造に関する。【解決手段】杭とフーチングとの接合構造として、鋼管巻きコンクリート杭とその上部に構築するフーチングとの接合は、杭頭鋼管側面にフック付き複合開先付き異形棒鋼ならびにフック付き一般異形棒鋼のフックの余長部を接触させて溶接し、フック付き複合開先付き異形棒鋼ならびにフック付き一般異形棒鋼の直線部を杭外周から折曲げて内法直径以上外側のフーチング内に拡径配置させることにより、定着性能および杭頭接合部曲げ耐力を著しく向上させるようにしたことを特徴とするフック付き異形棒鋼による拡径式杭頭接合構造である。【選択図】 図６

Description

本発明は、杭とフーチングとの接合構造として、フック付き異形棒鋼による拡径式杭頭接合構造に関するものである。

近年、異形棒鋼は、新材料および新工法の開発に伴い、フーチングと鋼管杭との杭頭接合部など、鉄筋コンクリートと鉄骨との境界構造に適用される状況において、本来のコンクリートとの付着機能と共に鋼材との溶接機能の向上が要請されている。

このような状況に鑑み、溶接性を高めるため、溶接に適したＪ形開先やレ形開先などの開先を節と共に棒鋼の長手方向の全長にわたって成型した直線状の複合開先付き異形棒鋼や一般異形棒鋼が使用されているが、当該直線状の複合開先付き異形棒鋼や一般異形棒鋼を杭頭鋼管に溶接してフーチングと接合する杭頭接合構造にすることにより定着性能と曲げ耐力を確保しているのが現状である。

特許第６００６３６６号公報 特許第４５４４６１８号公報

土木学会論文報告集（第３０７号・１９８１年３月）論文「鉄筋コンクリート部材における鉄筋コンクリートとの応力伝達に関する研究」・池田尚治

しかしながら、前記特許第６００６３６６号や特許第４５４４６１８号に記載されている従来のフーチングと接合する杭頭接合構造においては、鋼材との溶接における定着性能だけでなく、鉄筋とコンクリートとの境界面である鉄筋表面の付着強度を高めて、その定着性能と曲げ耐力をより一層向上させる杭頭接合構造が求められている。

当該特許第６００６３６６号や特許第４５４４６１８号は、本件出願人会社が開発した技術であり、これに基づく製品は業界において信頼を得て施行されている。
特に、特許第６００６３６６号の特許発明である直線状の複合開先付き異形棒鋼を用いたフーチングと接合する杭頭接合構造は、一般社団法人日本鋼構造協会等の溶接開先標準に適合させることが可能なため甚大な信頼を得て盛んに施行されている。

このように、今日ではほとんどの鉄筋がその表面に異形を施し、コンクリートとの付着強度を高めるように配慮されているが、異形棒鋼によりコンクリートの付着力を高めようとすると、当該異形棒鋼とコンクリートとの間に支圧力や引張応力などの付着応力が生じて異形棒鋼周囲のコンクリート内にひび割れが発生することが明らかになった（非特許文献１）。業界ではこの鉄筋とコンクリートとの応力伝達による挙動によって起こる弊害問題を、新たな技術課題としてこれを解決することが求められている。本発明は、上記のような鉄筋とコンクリートとの応力伝達による挙動によって起こる弊害問題に対処してその定着性能と曲げ耐力の向上とコンクリート内部のひび割れ防止を目的とするものである。

特許を受けようとする第１発明は、ＳＣ杭、鋼管杭および外殻鋼管場所打ちコンクリート杭等の杭とその上部に構築するフーチングとの接合構造において、複合開先付き異形棒鋼又は一般異形棒鋼の端部をＵ字状に折り曲げてフックを形成してなるフック付き複合開先付き異形棒鋼又はフック付き一般異形棒鋼を用いて、そのフックの余長部を杭頭鋼管の側面に接触させて溶接すると共に、フック付き複合開先付き異形棒鋼又はフック付き一般異形棒鋼の直線部を杭外周から折曲げて内法直径以上外側のフーチング内に拡径配置させるようにしたことを特徴とする杭とフーチングとの杭頭接合構造である。

特許を受けようとする第２発明は、ＳＣ杭、鋼管杭および外殻鋼管場所打ちコンクリート杭等の杭とその上部に構築するフーチングとの接合構造において、杭頭鋼管の側面に溶接する複合開先付き異形棒鋼の端部を、内法直径が鉄筋径の４倍以上で１８０度に折曲げて、１８０度フック付き複合開先付き異形棒鋼とし、その余長部の開先面を外側にして杭頭鋼管に接触させて溶接することにより、フック付き複合開先付き異形棒鋼の直線部を杭外周から折曲げ内法直径以上外側のフーチング内に拡径配置させるようにしたことを特徴とする杭とフーチングとの接合構造である。

特許を受けようとする第３発明は、ＳＣ杭、鋼管杭および外殻鋼管場所打ちコンクリート杭等の杭とその上部に構築するフーチングとの接合構造において、杭頭鋼管の側面に溶接する一般異形棒鋼の端部を、内法直径が鉄筋径の４倍以上で１８０度に折曲げて、１８０度フック付き一般異形棒鋼とし、そのフックの余長部を杭頭鋼管に接触させて溶接することにより、フック付き一般異形棒鋼の直線部を杭外周から折曲げ内法直径以上外側のフーチング内に拡径配置させるようにしたことを特徴とする杭とフーチングとの接合構造である。

本発明に係わるフック付き複合開先付き異形棒鋼又はフック付き一般異形棒鋼を用いた杭とフーチングとの接合構造には、次の様な特有の技術的効果がある。

フック付き複合開先付き異形棒鋼又はフック付き一般異形棒鋼の端部をＵ字状に折り曲げてフックを形成し、コンクリートへの定着長さを確保して付着力を強化すると共に、Ｕ字状に折り曲げた部分が引っ掛りとなってコンクリートとの付着力と定着性を著しく向上させることができるようになった。

杭とフーチングとの接合構造として、ＳＣ杭、鋼管杭および外殻鋼管場所打ちコンクリート杭等の杭とその上部に構築するフーチングとの接合は、杭頭鋼管側面にフック付き複合開先付き異形棒鋼ならびにフック付き一般異形棒鋼のフックの余長部を接触させて、溶接することにより、フック付き複合開先付き異形棒鋼ならびにフック付き一般異形棒鋼の直線部を杭外周からフックの折曲げ内法直径以上外側のフーチング内に配置させる拡径効果があり、フーチングと杭との杭頭接合部の定着性能と曲げ耐力を著しく向上させる。

特にフック付きの複合開先付き異形棒鋼を用いた杭と基礎フーチングとの接合構造は、杭頭鋼管の側面に溶接する複合開先付き異形棒鋼の端部を、内法直径が鉄筋径の４倍以上で１８０度に折曲げて、１８０度フック付き複合開先付き異形棒鋼とし、その余長部の開先面を外側にして杭頭鋼管に接触させて溶接する際に、前記複合開先付き異形棒鋼の開先部に複合Ｊ形開先の開先角度及びルート半径が、溶接開先標準の許容値内に形成されていることになるため、どの切断面においても溶接開先標準に適合させることが可能となり、本発明に係る複合開先付き異形棒鋼が有している鋼管杭への強力な溶接が可能となった。

更に、前記複合開先付き異形棒鋼や一般異形棒鋼の端部にフックを形成させたことにより、コンクリートと異形棒鋼の境界における応力伝達の挙動によって異形棒鋼の周囲で起こすコンクリート内部のひび割れ発生を防止することが出来る。
また、拡径効果により、少ない補強筋で必要曲げ耐力を確保出来るため、杭頭補強筋の本数を著しく低減でき、経済性（材料費、溶接材工費の低減）、施工法の向上および工期短縮を実現できる。

このように、本発明に係る杭と基礎フーチングとの接合構造は、上記のように基礎フーチングと鋼管杭との杭頭接合部の結合状態を著しく向上させることが出来るものである。

図１は、請求項１、請求項２の本発明に用いられるフック付き複合開先付き異形棒鋼の側面図である。 図２は、請求項１、請求項２の本発明に用いられる複合開先付き異形棒鋼の断面図である。 図３は、図２のＡ線による複合開先付き異形棒鋼の要部側面図である。 図４は、図３のＢ線による複合開先付き異形棒鋼の開先側の要部平面図である。 図５は、図４のＣ−Ｃ線による複合開先付き異形棒鋼の複合Ｊ形開先面の要部断面図である。 図６は、フック付き複合開先付き異形棒鋼６を鋼管巻きコンクリート杭１の鋼管２の側面に溶接した杭頭接合部の立面図である。 図７は、図６のＤ線によるフック付き複合開先付き異形棒鋼６を鋼管巻きコンクリート杭１の鋼管２の側面に溶接した杭頭接合部の平面図である。 図８は、フック付き一般異形棒鋼の側面図である。 図９は、フック付き一般異形棒鋼７を鋼管巻きコンクリート杭１の鋼管２の側面に溶接した杭頭接合部の立面図である。 図１０は、図９のＤ線によるフック付き一般異形棒鋼７を鋼管巻きコンクリート杭１の鋼管２の側面に溶接した杭頭接合部の平面図である。

以下、本発明のフック付き複合開先付き異形棒鋼６ならびにフック付き一般異形棒鋼７を用いた杭頭接合構造の実施例を図面に基づいて説明する。

図1〜図５は、請求項１及び請求項２の本発明に用いられているフック付き複合開先付き異形棒鋼を示すものである。

図１は、本発明の実施例で、請求項１、請求項２の本発明に用いられているフック付き複合開先付き異形棒鋼の側面図である。
当該フック付き複合開先付き異形棒鋼６は、鋼材側面に接触する面１０を棒鋼の長手方向に形成した面とし、かつその接触する面１０の両側に異なる形状のＪ形又は異なる形状のレ形の開先８を棒鋼の長手方向の全長にわたって交互に加工してある。この開先８は、小さなルート半径の開先面１５と、大きなルート半径の開先面１６という異なる形状の開先面を交互に開先８の根本を一致もしくは小さなルート半径１３の根本を大きなルート半径１４の根本より少し上にして成型することにより、段差１８がある境界面を形成している。更にその棒鋼の周面に同一円周面にある前記Ｊ形又はレ形の開先を除いて長手方向に予め定めた間隔でかつ長手方向の全長にわたる節７を設けた複合開先付き異形棒鋼であって、当該複合開先付き異形棒鋼５の端部を、内法直径２８が鉄筋径の４倍以上で１８０度に折曲げて、１８０度フック付き複合開先付き異形棒鋼とし、その余長部２７の開先面を外側にして杭頭鋼管２に接触させ得るようにしたことを特徴とするフック付き複合開先付き異形棒鋼６である。

以下、前記フック付き複合開先付き異形棒鋼６の構造について詳しく説明する。図２は、本発明に係わるフック付き開先付き異形棒鋼６の断面図である。当該フック付き開先付き異形棒鋼６は、横臥した状態で説明すると、上部に節７、中央の両側にリブ９および下部の両側に複合Ｊ形開先８の左右の開先面１５、１６と開先面１５，１６の間に鋼管と接触する面１０を成型した構成である。

前記複合Ｊ開先８は、開先面を例に説明するとルート半径１４，１６で形成される円弧部２１と開先角度２０で形成される直線部２２を組み合わせてできる形状を上面視でみて、アルファベットのＪに似た開先形状のことである。この複合Ｊ形開先８は、小さなルート半径１３のＪ形開先面１５と、大きなルート半径１４のＪ形開先面１６の、異なる形状の開先面を交互に開先の根本２３を一致させて成型することにより、段差１８がある境界面１７を形成している。

前記段差１８は、溶接開先標準に適合させつつ、鋼管２との溶接安定性を向上させるとともに、コンクリートとの付着においても滑らかに切削加工された開先面とは異なって、異形棒鋼とコンクリートの付着性能を向上させる。
この複合Ｊ形開先面８は、小さなルート半径１３のＪ形開先面１５を上縁とする段差１８がある境界面１７を有する突条を形成していることになり、その突条は間隔をおいて成型されている。

なお、小さなルート半径１３のＪ形開先面１５は、ロール成型する金型の加工などの理由から、根本２３より少し上の根本２４から成型することがある。
ただし、製造上の根本２４から成型される小さなルート半径１３のＪ形開先面１５は、根本２３で成型する開先面を包含しており、溶接開先標準の規定を満足するので問題ない。

また、境界面１７は開先面１５と開先面１６に連続するほぼ４５°の傾斜面で成型されるため、傾斜面の位置に応じてルート半径は小さなルート半径１３と大きなルート半径１４の範囲内で変化する事となる。
従って、複合Ｊ形開先８は、開先角度２０が溶接開先標準に規定された許容値内（θ＝45±5°）で、かつ、成型する小さなルート半径１３を溶接開先標準に規定された最小値以上にすると共に大きなルート半径１４を溶接開先標準に規定された最大値以下にすることにより、形成される段差１８がある境界面１７のルート半径も許容値内（ｒ＝9±2mm）になり、どの切断面においても溶接開先標準に適合することになる。

また、段差１８は交互に成型する異なる開先面のルート半径の差および開先角度の差に応じて、１．４mm〜３mm程度まで大きくすることが可能である。
なお、この複合Ｊ形開先８はルート半径だけが異なる実施例を示しているが、ルート半径と開先角度２０の二つ以上の寸法が異なる成型も可能である。

また、複合Ｊ形開先８の形状は、レ形も選択出来るが、複合レ形開先の段差１８は開先角度２０と開先深さ１９だけで決定されるため、開先の根本２３をずらした開先深さ１９が異なるレ形開先を交互に成型して形成できる。

両側に異なる形状のＪ形又は異なる形状のレ形の開先とは、ルート半径、開先角度２０および開先深さ１９の一つまたは二つ以上が異なる形状の開先が、少なくとも２面あって、その各面で段差１８を形成し、かつそれを連続形状にしている形態を指す。
２面ともＪ形開先８であるがそのＪ形が異なる形状の２面であるものや、２面ともレ形開先であるがそのレ形が異なる形状で、全体として観た開先にレ形開先が２面あるものになる。

段差１８によって溶接面積および付着面積が拡大され、段差１８によって形成される空間への溶接材およびコンクリートとの安定接合が可能になる。
なお、杭頭鋼管２に接触する面１０の中間には、鋼管２の円形表面に隙間なく接触するように窪み１１を設け、かつ、節１２を配置した例を示している。

フック付き開先付き異形棒鋼６の開先深さ１９は、開先の根本２３からリブ９までの距離となる。

図３は、図２のＡ線による開先付き異形棒鋼６の要部側面図である。
フック付き開先付き異形棒鋼６は、リブ９および鋼材側面に接触する面１０を棒鋼の長手方向に成形した面とし、かつその接触する面１０の両側に小さなルート半径１３のＪ形開先面１５および大きなルート半径１４のＪ形開先面１６ならびに前記Ｊ形開先面１５および１６が形成する境界面１７を棒鋼の長手方向の全長にわたって交互に成型している。

さらにその棒鋼の周面には、その同一円周面にある前記複合Ｊ形開先８を除いた長手方向に、予め定めた間隔でかつ長手方向の全長にわたって節７が設けられている。当該節７は円周方向に平行に配置した例を形成しており、リブ９は長手方向の両側に配置した例を形成している。

図４は、図３のＢ線によるフック付き複合開先付き異形棒鋼６の開先側の要部平面図である。
複合Ｊ形開先面８の相互間には鋼管に接触する面１０が成型されており、面１０の長手方向に窪み１１を成型し、かつ、節１２を連続的に配置した構成になっている。

ただし、必要とされる付着性能に応じて、断続的に節１２を成型したり、節１２を全く配置しない事もある。

複合Ｊ形開先８には、前記鋼管に接触する面１０の両側に小さなルート半径１３のＪ形開先面１５および大きなルート半径１４のＪ形開先面１６ならびにＪ形開先面１５および１６が形成する境界面１７が棒鋼の長手方向の全長にわたって交互に加工されている。

なお、フック付き開先付き異形棒鋼６の開先深さ１９は、開先の根本２３からリブ９までの距離となり、溶接個所の高さになっている。

図５は、図４のＣ−Ｃ線によるフック付き開先付き異形棒鋼６の複合Ｊ形開先面８の断面図である。
複合Ｊ形開先面８には、小さなルート半径１３のＪ形開先面１５および大きなルート半径１４のＪ形開先面１６ならびにＪ形開先面１５および１６が形成する段差１８を有する境界面１７が棒鋼の長手方向の全長にわたって交互に成型されている。

当該複合Ｊ形開先面８は、小さなルート半径１３のＪ形開先面１５を上縁とする段差１８がある境界面１７を有する突条を形成している。
この境界面１７は開先面１５と開先面１６に連続するほぼ４５°の傾斜面で成型されるため、傾斜面の位置に応じてルート半径は小さなルート半径１３と大きなルート半径１４の範囲内で変化する事となる。

図６〜図７は、請求項１及び請求項２の本発明に係わるフック付き複合開先付き異形棒鋼６を用いた杭とフーチング４との頭接合構造の実施例を示すものである。

前記フック付き複合開先付き異形棒鋼６を用いた杭とフーチングとの杭頭接合構造は、図６に示すように鋼管巻きコンクリート杭１の杭頭鋼管２とその上部に構築するフーチング４との接合構造において、杭頭鋼管２に溶接する複合開先付き異形棒鋼５の端部を内法直径が鉄筋径の４倍以上で１８０度に折曲げて余長部２７を有するフックを成型した。そのフック付き複合開先付き異形棒鋼６を複数本用いて、その余長部２７の開先面を外側にして杭頭鋼管２の側面にフック付き複合開先付き異形棒鋼６のフックの余長部２７を接触させて溶接することにより、フック付き複合開先付き異形棒鋼６の直線部３０を杭外周から折曲げ内法直径２８以上外側のフーチング４内に拡径配置させるようにしたことを特徴とする杭とフーチングとの接合構造とした。

なお、図６に示した実施例ではフック付き複合開先付き異形棒鋼６の直線部の中間位置に、１本のリング筋２５を取り付けているが、当該リング筋２５は必ずしも取り付けない場合もあり、又これをフープとして機能させるため、複数取り付けることもある。

本発明に係る実施例１は、フック付き複合開先付き異形棒鋼６を用いたことにより複合開先付き異形棒鋼５が本来有している杭への強力な溶接を可能ならしめているとともに、複合開先付き異形棒鋼６の端部にフックを成型して定着長さを確保しているので、コンクリートへの付着力を強化すると共に、半円形状に折り曲げた部分が引っ掛りとなってコンクリートとの定着性を著しく向上させている。

更に、本発明は、鋼管２に溶接し定着された複合開先付き異形棒鋼６の端部がフック状に折曲げ内法直径２８以上の外側でフーチング４内に拡径配置させるようにしたことにより、溶接し定着された余長部２７が内筋となり拡径配置された直線部３０が外筋となるダブル配筋構造となるので、フーチング４と杭１との杭頭接合部の定着性能と曲げ耐力を著しく向上させることが出来るようになった。
図７は、その平面図である。

図８は、請求項１、請求項３の本発明に係わるフック付き一般異形棒鋼の側面図である。
当該フック付き一般異形棒鋼２９は、棒鋼の長手方向にリブ９を設けるとともに、その長手方向の全長にわたって予め定めた間隔でる節７を設けてなるものであって、その異形棒鋼の端部を、内法直径２８が鉄筋径の４倍以上で１８０度に折曲げて、１８０度フック付き異形棒鋼とし、その余長部２７に杭頭鋼管を接触させ得るようにしたことを特徴とするフック付き一般異形棒鋼である。

図９〜図１０は、請求項１及び請求項３の発明に係わるフック付き一般異形棒鋼２９を用いた杭とフーチングとの杭頭接合構造の実施例を示すものである。
図９は、フック付き一般異形棒鋼２９を杭頭鋼管２に取付けた、立面図であり、当該フック付き一般異形棒鋼２９を用いた杭とフーチングとの頭接合構造は、鋼管巻コンクリート杭１とその上部に構築するフーチング４との接合を、杭頭鋼管２の側面にフック付き一般異形棒鋼２９のフックの余長部２７を接触させて溶接２６することにより、フック付き一般異形棒鋼２９の直線部３０を杭外周からフックの折曲げ内法直径２８以上の外側でフーチング４内に円形状に拡径配置させるように構成したものである。図１０に、その平面図を示す。

これにより、本発明は、定着長さを確保して一般異形棒鋼のコンクリートへの付着力を強化すると共に、半円形状に折り曲げたフック部分が引っ掛りとなってコンクリートとの定着性を著しく向上させる。
また、接合構造下部に溶接し定着された余長部２７が内筋となり拡径配置された直線部３０が外筋となるダブル配筋構造となるので、杭１とフーチング４との杭頭接合部の定着性能と曲げ耐力を著しく向上させることができる。

１：鋼管巻きコンクリート杭
２：杭頭鋼管
３：鋼管内のコンクリート
４：フーチング
５：複合開先付き異形棒鋼
６：フック付き複合開先付き異形棒鋼
７：異形棒鋼に成型された節
８：複合Ｊ形開先
９：異形棒鋼に成型されたリブ
１０：開先面と開先面の間の鋼管と接触する面
１１：開先面と開先面の間の鋼管と接触する面に設けた窪み
１２：開先面と開先面の間の窪みに設けた節
１３：小さなルート半径
１４：大きなルート半径
１５：小さなルート半径のＪ形開先面
１６：大きなルート半径のＪ形開先面
１７：異なるルート半径のＪ形開先面が形成する境界面
１８：異なるルート半径のＪ形開先面が形成する境界面の段差
１９：開先深さ
２０：開先角度
２１：開先面を形成する円弧部
２２：開先面を形成する直線部
２３：開先面の根本
１４：小さなルート半径のＪ形開先面の製造上の根本
２５：リング筋
２６：杭頭鋼管とフック付き異形棒鋼との溶接部
２７：余長部
２８：折曲げ内法直径
２９：フック付き一般異形棒鋼
３０：フック付き異形棒鋼の直線部

Claims (3)

1. ＳＣ杭、鋼管杭および外殻鋼管場所打ちコンクリート杭等の杭とその上部に構築するフーチングとの接合構造において、複合開先付き異形棒鋼又は一般異形棒鋼の端部をＵ字状に折り曲げてフックを形成してなるフック付き複合開先付き異形棒鋼又はフック付き一般異形棒鋼を用いて、そのフックの余長部を杭頭鋼管の側面に接触させて溶接すると共に、フック付き複合開先付き異形棒鋼又はフック付き一般異形棒鋼の直線部を杭外周から折曲げて内法直径以上外側のフーチング内に拡径配置させるようにしたことを特徴とするフック付き異形棒鋼による拡径式杭頭接合構造。
2. ＳＣ杭、鋼管杭および外殻鋼管場所打ちコンクリート杭等の杭とその上部に構築するフーチングとの接合構造において、杭頭鋼管の側面に溶接する複合開先付き異形棒鋼の端部を、内法直径が鉄筋径の４倍以上で１８０度に折曲げて、１８０度フック付き複合開先付き異形棒鋼とし、その余長部の開先面を外側にして杭頭鋼管に接触させて溶接することにより、フック付き複合開先付き異形棒鋼の直線部を杭外周から折曲げ内法直径以上外側のフーチング内に拡径配置させるようにしたことを特徴とするフック付き異形棒鋼による拡径式杭頭接合構造。
3. ＳＣ杭、鋼管杭および外殻鋼管場所打ちコンクリート杭等の杭とその上部に構築するフーチングとの接合構造において、杭頭鋼管の側面に溶接する一般異形棒鋼の端部を、内法直径が鉄筋径の４倍以上で１８０度に折曲げて、１８０度フック付き一般異形棒鋼とし、そのフックの余長部を杭頭鋼管に接触させて溶接することにより、フック付き一般異形棒鋼の直線部を杭外周から折曲げ内法直径以上外側のフーチング内に拡径配置させるようにしたことを特徴とするフック付き異形棒鋼による拡径式杭頭接合構造。
   

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