JPH0567629U

JPH0567629U - 超高曲げ靱性遠心力成形プレストレストコンクリート杭体

Info

Publication number: JPH0567629U
Application number: JP2547492U
Authority: JP
Inventors: 煕六車
Original assignee: 関西アサノポール株式会社; 大日コンクリート工業株式会社; 日本ヒューム管株式会社; 日本高圧コンクリート株式会社; 前田製管株式会社; 三谷セキサン株式会社
Priority date: 1992-03-26
Filing date: 1992-03-26
Publication date: 1993-09-07

Abstract

(57)【要約】【目的】曲げ靭性を大きくして耐震性の高いプレスト
レストコンクリート杭となす。【構成】中空円筒コンクリート体内に長手方向の縦筋
群２と、円周方向の横拘束筋３を配し、縦筋群２によっ
てプレストレスを付与する。縦筋群２には、破断伸び率
が５％以上で、かつ一様伸び率が３％以上のＰＣ鋼材を
使用する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、各種構築物の基礎として用いる超高曲げ靭性遠心力成形プレストレストコンクリート杭体に関する。

【０００２】

【従来の技術】

１９６８年十勝沖地震において鉄筋コンクリート構造物が数多く被災し、我国における構造物の耐震設計の根本的な見直しの契機となり、今日では大地震時の構造物のエネルギー吸収能力を高めるためには、塑性変形能力が大きい高曲げ靭性を示す構造部材の開発が重要視されるに至っている。特にプレストレストコンクリート（以下ＰＣ記す）杭については、１９７８年宮城県沖地震によって被害を受けたことが明らかにされ、その破壊の状況が極めて粘りのないぜい性的様相を示したことから、ＰＣ杭の耐震性能、特に曲げモーメントに対する塑性変形能力のほとんど期待できない点が重要視され、その改善なくしては地震国である我国での使用さえも危ぶまれている。耐震性を向上するには、その曲げ破壊耐力の増大と同時に塑性変形能力の増大を図ることが大切である。前者については、導入するプレストレスの大きさを大きくすることによって解決されるが、後者については、プレストレスが大きくなると塑性変形能力は益々小さくなるという逆の方向となり、導入プレストレスを大きくすることがかえって耐震性能を劣化させるといったことにもなりかねない。このようなコンクリート系曲げ材の一般的性質を踏まえて、プレストレスの増大による杭体の曲げ耐力増大を図ると同時に、別の手段によって曲げ破壊時の塑性変形能力の増大を図ることが特に杭体の耐震性向上にとって欠くことのできない急務である。本考案者はその一つの有力な方法としてコンクリートの横拘束によるコンクリートそのものの圧縮変形能力の増大に着目し、長年に亘って横拘束コンクリートの圧縮変形特性及びこれを一般のコンクリート系部材に利用したときの効果について研究を重ねてきたが、遠心力成形ＰＣ杭体のようにコンクリート体そのものが中空円筒の場合には、横拘束効果が激減するという推論が長年に亘って専門家の間の定説となっており、このことから杭体への横拘束の適用については論外とされてきた。しかし、発明者はコンクリートの横拘束効果は、横拘束筋が降伏しない限り、どのようなコンクリート断面形状であっても、期待できることを実験及び理論の裏付けによって見出し、杭体への横拘束の適用によって、その曲げ靭性を大幅に改善できる可能性を見出した。

【０００３】このような背景のもとに本考案者は高曲げ靭性杭体及び超高曲げ靭性杭体を開発した（特開昭５５−１３３９０８号）が、その基礎となる中空円筒コンクリート体の横拘束効果を実験した一例を図２に示す。この図は中空円筒コンクリート体を種々の量の横拘束筋によって横拘束した場合の、圧縮破壊特のコンクリート圧縮ひずみを測定した結果であって、横拘束筋の横拘束効果を表す指標である横拘束係数

【０００４】

【式１】Ｐ_ｓ＝４ａ_ｓ／ＳＤ：横拘束筋体積比（中空円筒部もコンクリートが充填されているものとして計算）ｆ_ｙ：横拘束筋の降伏点応力度ｆ_ｃ´：横拘束のない普通のコンクリート圧縮強度ａ_ｓ：横拘束筋一本の断面積Ｓ：横拘束筋の配置ピッチＤ：中空円筒コンクリート体の外径（横拘束筋の巻付け径）が大きくなると、圧縮破壊時のコンクリート圧縮ひずみが大きくなることを明確に表している。

【０００５】横拘束コンクリートとしての圧縮破壊時ひずみＥω´と横拘束のない普通のコンクリートの値Ｅωとの関係の一例を挙げると、Ｅω´＝Ｅω（１＋９９０Ｃ_ｃ）………（２）となり、図中に点線で示してある。（２）式は中空部のない円筒コンクリート体を横拘束したときの関係式であって、（１）式で横拘束効果を評価する限り、中空円筒コンクリート体にも適用されることが第２図からわかる。一例として上の各式を用いて横拘束した場合のＤ＝40cm中空円筒コンクリート体（Ｄ＝400mm 杭体にあたる）についての圧縮破壊時ひずみＥω´を計算すると次のようになる。横拘束筋φ＝5mm 、ａ_ｓ＝0.1964ｃｍ^２、Ｓ＝5cm 、ｆ_ｙ＝10000Kgf／ｃｍ^２、Ｐ_ｓ＝0.003928 コンクリートｆ_ｃ´＝800Kgf／ｃｍ^２、Ｅω＝0.3% 横拘束計数Ｃ_ｃ＝4.603 ×10^−４ ∴ Ｅω´＝ 0.003×（１＋990 ×4.603 ×10^−４）＝0.00437 ＝0.437% 即ち、Ｄ＝400mm 杭体に外周に降伏点応力度ｆ_ｙ＝10000Kgf／ｃｍ^２のφ５mm 横拘束筋をピッチｓ＝５cmで巻き付けることによって、コンクリートの圧縮破壊ひずみＥω´は横拘束筋のない場合の値Ｅω＝0.3%の1.46倍のＥω´＝0.437%まで改善できることになる。

【０００６】特に、ここで強調しておくべきことは、（１）式で示される横拘束効果を表す横拘束係数Ｃ_ｃについてである。Ｃ_ｃは横拘束筋の降伏点応力度ｆ_ｙの関数であって、同じピッチで横拘束筋を配置したとしてもｆ_ｙの値が小さいものを用いるとそれだけ横拘束効果が減少する。

【０００７】従来、円筒中空コンクリート体では、横拘束を行ってもその効果が期待できないであろうといわれていた理由の一つは、降伏点応力度ｆ_ｙ＝3000Kgf/ｃｍ^２程度の横拘束筋を用いていたためと考えられる。ちなみに、上記計算例をｆ_ｙ＝30 00Kgf/ｃｍ^２として行うと、Ｃ_ｃ＝2.857 ×10^−４、Ｅω´＝0.385%となって、Ｓ＝５cmというかなり狭いピッチで横拘束筋を配置した場合でも圧縮破壊時ひずみの改善は半減する。従って、使用する横拘束筋としては、横拘束効果を高めるために高降伏点応力度のものを用いるのが望ましい。本考案者の研究によると、ｆ_ｙ≧6000Kgf/ｃｍ^２、通常ｆ_ｙ＝8000〜10000Kgf／ｃｍ^２のものが最も効果的である。

【０００８】次に、このような横拘束筋を配置したＰＣ杭について如何に曲げ靭性が改善されるかを、実験によって得られた結果を用いて説明する。

【０００９】実験は、図３に示すＤ400mm Ｃ種ＰＣ杭を用いて行った。供試杭の種類は横拘束筋を配置していない通常の遠心力成形超高強度ＰＣ杭（記号ＰＨＣ）２本、杭外周内側に接して降伏点応力度が10000Kgf/ ｃｍ^２、直径がφ５、φ６又はφ７ mm横拘束筋をピッチ５cmで配置した杭（記号ＰＣＰＥＸ）が各々２本、ＰＣ鋼材外周に接して上記拘束筋を配置した杭（記号ＰＣＰＩＮ）が各々１本、これに加えて降伏点応力度が3000Kgf/ｃｍ^２、φ５mm横拘束筋をＰＣ鋼材外周に接してピッチ５cmで配置した杭（記号ＰＣＰＩＮ5002) が１本である。

【００１０】実験の結果は図４に示すように横拘束筋のない通常のＰＣ杭（記号ＰＨＣ）に比べて横拘束筋を配置した杭（記号ＰＣＰＥＸ及びＰＣＰＩＮ）ではいずれも曲げ破壊時の中央たわみ、コンクリート圧縮縁ひずみ、曲げ破壊時引っ張り側最外端ＰＣ鋼材伸びひずみ、曲げスパン内断面の曲率は著しく大きくなっており、高曲げ靭性を示すことが明らかにわかる。

【００１１】上記の実験では降伏点応力度が3000Kgf/ｃｍ^２の横拘束筋を用いた杭ではほとんど曲げ靭性の改善効果が認められず、横拘束筋のない通常の杭と変わらない性能しか発揮されていない。これは（１）式の横拘束係数Ｃ_ｃの値が前記計算例でも示したように不足しており、十分な横拘束効果を期待できなかったためである。

【００１２】また、上記実験例において横拘束筋のない通常のＰＣ杭（記号ＰＨＣ）の曲げ破壊は、曲げスパン内圧縮側コンクリートの圧壊によって起っているにの対し、ＰＣＰＩＮ5002杭を除く横拘束筋を配置した杭（記号ＰＣＰＥＸ及びＰＣＰＩＮ）ではいずれも引っ張り側のＰＣ鋼材の破断によって曲げ破壊に至っている。これはコンクリートの横拘束によって圧縮破壊に至るまでのコンクリートの圧縮変形能力が著しく改善され、圧縮側コンクリートがその圧縮変形限界に達して圧壊を起す以前に、引っ張り側ＰＣ鋼材の伸びひずみが破断限界ひずみに達したことによるものであり、この実験的事実は杭体曲げ靭性を更に改善するのにＰＣ鋼材の引っ張り破断限界ひずみの更に大きなものを用いることによって可能となることを示唆している。更にＰＣ鋼材の引っ張り破断限界伸びひずみは、上記実験では平均値で2.031%であり、ＰＣ鋼材そのものの引っ張り試験から得られる破断伸び規格値５％と比べて著しく小さい。

【００１３】即ち、2.031%という限界伸びひずみは使用ＰＣ鋼材の一様伸び（工学的には応力ひずみ曲線におけるピーク応力に到達するときのひずみ）に略一致しており、このことから、杭体曲げ靭性の更なる改善には一様伸びの更に大きいＰＣ鋼材の使用によって可能となり、破断伸びが大きいことだけではその目的を達し得ないという重要な示唆を与えている。

【００１４】

【発明の構成】

本考案者は、以上に述べた実験的示唆に基づき、高一様伸びＰＣ鋼材を用いた超高曲げ靭性ＰＣ杭体の考案を完成させたものであり、その特徴とするところは、予め遠心力成形された中空円筒コンクリート体に、プレテンション工法、又はポストテンション工法によってプレストレスを導入するプレストレストコンクリート杭体において、ＰＣ鋼材である縦筋群の外周に接して、又は縦筋群の外周と中空円筒コンクリート体の外周との間に縦筋群及び中空円筒コンクリート体の外周とは接触しない状態で、或いは、中空円筒コンクリート体の外周の内側に外周と接して、円環状又はスパイラル状のコンクリート横拘束筋を配置し、一様伸びが少なくとも３％以上の高一様伸びＰＣ鋼材を前記縦筋群に用いたことにある。

【００１５】

【実施例】

従来ＰＣ鋼材の品質として、降伏後の破断に至るまでの伸び及び絞りの、できるたげ大きいものが望ましいとされ、このことは一様伸びが小さく押さえられることにつながり、一様伸びの曲げ靭性改善に対する優れた効果が知られないままに今日に至っているが、むしろこれはＰＣ杭の曲げ破壊がＰＣ鋼材の破断によって誘発されるようなケースが、従来のＰＣ杭では起り得なかったためである。本考案者は前述の実験結果から得られた一様伸びの重要性に着目し、破断伸びは規格値５％以上を満足し、かつ一様伸びが従来慣用品では1.5 〜2%程度であるのに対して３％以上の値を示すＰＣ鋼材を試作し、横拘束筋と組み合せることによって前記実験よりも更に曲げ靭性を改善した超高曲げ靭性杭を試作し、実験を行った。実験に用いたＰＣ杭は前記実験と全く同じもので、使用ＰＣ鋼材の一様伸びひずみが前記実験では２％であったのに対して、この実験では４％のものを用いている。実験結果の一例を表１に示す。

【００１６】

【表１】表１の実験結果から横拘束筋と高一様伸びＰＣ鋼材の併用によって更に曲げ靭性の改善が進み、通常のＰＣ杭と比較して、曲げ破壊時の中央のたわみは2.9 倍、曲率では3.55倍に達し、著しく曲げ靭性が改善されることが実証されている。これをエネルギー吸収能力で表すと、通常のＰＣ杭のそれの約５〜６倍に相当し、大地震時の基礎杭としての十分なエネルギー吸収量を備えているといえる。

【００１７】図１は本考案を実施したＰＣ杭の断面形状を示しており、同図（ａ）はプレテンション方式、又はポストテンション方式による方式により成形した中空円筒コンクリート体１の縦方向に適宜の間隔をおいて複数のＰＣ鋼材２を設け、該鋼材２に接して円環状又はスパイラル状の横拘束筋３を設けたものである。

【００１８】同図（ｂ）は、ＰＣ鋼材２の外方にＰＣ鋼材２に接触せず横拘束筋３を設けたものである。

【００１９】同図（ｃ）は中空円筒コンクリート体の外周に喰込ませ、又は喰込ませずに横拘束筋３を設けたものである。

【００２０】

【考案の効果】

本考案により曲げ靭性を備えたＰＣ杭が簡単に得られ、激震時に受ける地震エネルギーを十分に吸収して安全に上部構造を支え得る超高強度遠心力成形ＰＣ杭体の実現が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）（ｂ）（ｃ）は本考案の別々の実施例を
示すＰＣ杭の断面図である。

【図２】ひずみに対する横拘束係数の影響説明図であ
る。

【図３】横拘束筋の配置説明図である。

【図４】各物理量計測結果の説明図である。

【符号の説明】

１中空円筒コンクリート体２縦方向のＰＣ鋼材３円環状又はスパイラル状の横拘束筋

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000201504 前田製管株式会社山形県酒田市上本町６番７号 (71)出願人 000176512 三谷セキサン株式会社福井県福井市豊島１丁目３番１号 (72)考案者六車煕京都府京都市西京区川島梅園町１番地

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】予め遠心力成形された中空円筒コンクリ
ート体に、プレテンション工法、又はポストテンション
工法によってプレストレスを導入するプレストレストコ
ンクリート杭体において、ＰＣ鋼材である縦筋群の外周
に接して、又は縦筋群の外周と中空円筒コンクリート体
の外周との間に縦筋群及び中空円筒コンクリート体の外
周とは接触しない状態で、或いは、中空円筒コンクリー
ト体の外周の内側に外周と接して、円環状又はスパイラ
ル状のコンクリート横拘束筋を配置し、一様伸びが少な
くとも３％以上の高一様伸びＰＣ鋼材を前記縦筋群に用
いたことを特徴としてなる超高曲げ靭性遠心力成形プレ
ストレストコンクリート杭体。