WO2006038620A1 - 脚柱の接合部構造および接合方法 - Google Patents

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Masahiro Takeguchi
Takeshi Umebara
Yasumi Wakabayashi
Yuuji Mishima
Setsuo Iwata
Yoshikazu Kobayashi
Terukatsu Sasaya
Kenichirou Sakamoto
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Hitachi Zosen Corporation
Fujita Corporation
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    • E02D5/385Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same making by use of mould-pipes or other moulds with removal of the outer mould-pipes

Abstract

 RC杭(3)の杭頭(3a)と、鋼製の角筒脚(4)の基部構造体(4b)とを接続する脚柱の接合部構造であって、基部構造体(4b)と、基部構造体(4b)のフランジ(12)から延長された延長板(15)と、杭頭(3b)から上方に突出された接合用鉄筋(8)と、基部構造体(4b)および接合用鉄筋(8)に外嵌され延長板(15)を介して基部構造体(4b)に連結固定されるとともに打設された接合用コンクリート(31)を外周から拘束する円筒鋼殻(21)とを具備した接合ユニット(5)を設け、基部構造体(4b)のウェブ(11)、フランジ(12)、リブ(13,14)および延長板(15)に、基部構造体(4b)から接合用コンクリート(31)を介して杭頭(3a)にせん断力を伝達する多数のずれ止め孔(16)を形成した。

Description

明 細 書
脚柱の接合部構造および接合方法
技術分野
[0001] 本発明は、立体交差橋や高架橋、高架構造体、一般橋梁、鉄道橋などのコンクリ ート製杭と鋼製脚とを接合する脚柱の接合部構造および接合方法に関する。
背景技術
[0002] 従来、地中に打ち込まれたコンクリート製杭 (以下 RC杭という)と、鋼製の脚柱とを 接合する橋脚の接合部は、単数または複数の RC杭の頂部にフーチングを設け、こ のフーチングに脚柱の基端部を接合するものが公知資料 1 (たとえば特開平 9— 719 49号公報、特開 2004— 68338)に開示されている。またアンカーボルトにより RC杭 と脚柱とを接合するものが公知資料 2 (たとえば特開 2004— 68338)に開示されて いる。さらに RC杭に脚柱を埋め込んで接合するものが公知資料 3 (たとえば特開 200 1 348887)【こ開示されて!、る。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] し力しながら、公知資料 1のフーチングによる接合構造の場合、形枠工事など煩雑 な現場工事が付随してェ期が長くなる傾向にある。また現場施工に必要な占有面積 が大きくなるとともに、フーチング形成時にコンクリートの打設面積が大きいと天候の 影響を受けやすい。このため、工事用地の確保が困難で、施工期間が短い立体交 差橋などの工事に適さない。また公知資料 2のアンカーボルトによる接合構造の場合 、煩雑な現場工事が付随し、施工工事期間が長いという問題があった。さらに公知資 料 1, 2では寸法精度の確保が困難であった。また公知資料 3の RC杭に脚柱を埋め 込む接合構造の場合、寸法精度は向上できるが、接合部でコンクリートの圧壊がおこ るおそれがあった。
[0004] したがって、本発明は上記問題点を解決して、現場工事の占有面積も小さぐ施工 工期を短縮できて工事費の削減が図れ、十分な接合部の耐カを確保できる脚柱の 接合部構造および接合方法を提供することを目的とする。 課題を解決するための手段
[0005] 本発明は、コンクリート製杭の杭頭上に、鋼製の筒状脚の基部を接続する脚柱の接 合部構造であって、前記筒状脚の基部に設けられた基部構造体と、前記基部構造 体の外周部に外嵌される円筒鋼殻と、前記基部構造体の外板に突設されて前記円 筒鋼殻に連結固定された延長部と、前記杭頭から前記円筒鋼殻内に突出された接 合用鉄筋と、前記円筒鋼殻内に打設されて前記基部構造体、前記延長部、前記接 合用鉄筋および前記杭頭を接合する接合用コンクリートとを有する接合ユニットを具 備し、前記基部構造体の少なくとも前記外板に、前記基部構造体から前記接合用コ ンクリートを介して前記杭頭にせん断力を伝達する多数のずれ止め孔を形成したも のである。
[0006] また、前記筒状脚が矩形断面の角筒脚であり、前記延長部は、前記基部構造体の 前記外板カゝら延長して形成されたものである。
[0007] さらに、前記筒状脚は円形断面の円筒脚であり、前記延長部は、前記基部構造体 の前記外板から半径方向に突設されたものである。
[0008] さらにまた、前記円筒鋼殻の下部に、当該円筒鋼殻を前記杭頭の頂部に外嵌する 余入れ部を設け、前記ずれ止め孔を前記基部構造体の補強用リブおよび前記延長 部にそれぞれ形成したものである。
[0009] また、前記基部構造体に負荷されるせん断力の大きい部分の前記ずれ止め孔に、 ずれ止め部材を配設したものである。
[0010] さらに、コンクリート製杭の杭頭上に、鋼製の筒状脚の基部を接続するに際して、前 記筒状脚の基部に設けられた基部構造体とその外周部に外嵌される円筒鋼殻とが、 該基部構造体の外板カゝら突設されかつ前記杭頭にせん断力を伝達するための多数 のずれ止め孔が形成された延長部を介して連結固定された接合ユニットを形成し、 前記筒状脚を前記接合ユニットを介して前記杭頭上に配置して前記杭頭から突出さ れた接合用鉄筋を前記円筒鋼殻に内在させ、前記円筒鋼殻内に接合用コンクリート を打設して前記基部構造体、前記延長部、前記接合用鉄筋および前記杭頭とを接 合し前記杭頭と前記筒状脚とを接続するものである。
[0011] さらにまた、前記接合ユニットの取り付け時に、前記円筒鋼殻を前記杭頭の頂部か ら下方に外嵌させる余入れ部を形成し、せん断力が大きく負荷される部分の前記ず れ止め孔にずれ止め部材を配置したものである。
[0012] また、前記接合ユニットを前記杭頭に嵌合する時に、少なくとも前記余入れ部の高 さ分の前記杭頭の外周部を削径して、前記杭頭を前記円筒鋼殻の内径より小さくす るものである。
発明の効果
[0013] 上記発明によれば、基部構造体と円筒鋼殻とを延長部を介して一体に連結固定す ることにより、基部構造体の挙動にほぼ従って円筒鋼殻が変位され、従来のソケット 基礎に比較して支圧や剥離力を大幅に低減することができる。また接合用コンクリー トを円形鋼殻により均一に拘束することにより、接合用コンクリートの割裂破壊を防止 して接合用コンクリートのひずみを拘束できずれ止め孔によるせん断耐カを十分に 発揮することができる。これによりせん断力を、基部構造体から接合用コンクリートを 介してコンクリート杭に良好に伝達することができて圧壊などを防止できる。したがつ て、接合ユニットにより工事の占有面積を小さくできて施工ェ期を短縮できて工事費 を削減することができ、また十分な接合部の耐カを確保することができる。
[0014] また、接合ユニットとコンクリート杭との境界部分で、円筒鋼殻の下部を杭頭に外嵌 させる余入れ部を設けたので、この連結部分がコンクリート杭力 突出された鉄筋組 物だけになるのを避け、断面急変による応力集中を緩和して、水平せん断耐カを向 上させることができる。
[0015] さらに、基部構造体の外板に形成されたずれ止め孔が形成された場合、鋼板の剛 性により個々のずれ止め孔の変位が異なることによりずれ止め孔が分担するせん断 力も異なる。このため、せん断力が大きいずれ止め孔にずれ止め部材を配置すること により、せん断耐カを向上させることができて、せん断力を基部構造体から接合用コ ンクリートに良好に伝達することができる。
[0016] さらにまた、接合ユニットとコンクリート杭との境界部分で、円筒鋼殻の下部を杭頭 に外嵌させる余入れ部により、断面急変による応力集中を緩和して、水平せん断耐 力を向上させることができる。また、せん断力が大きいずれ止め孔にずれ止め部材を 配置することにより、さらにせん断耐カを向上させることができて、せん断力を基部構 造体力 接合用コンクリートを介してコンクリート杭に良好に伝達することができる。
[0017] また、円筒鋼殻を必要以上に大径にすることなぐ余入れ部に対応する杭頭を円筒 鋼殻の内径より小さく削径することにより、コンクリート杭と角筒脚のずれを吸収して施 ェ時の寸法精度を緩和することができ、施工の容易化とェ期の短縮ィ匕を図ることが できる。
図面の簡単な説明
[0018] [図 1]本発明に係る脚柱の接合部の実施の形態 1を示し、接合ユニットの設置状態の 平面図である。
[図 2]図 1に示す A— A断面図である。
[図 3]図 2に示す C— C断面図である。
[図 4]図 1に示す B— B断面図である。
[図 5]同接合部のずれ止め孔とずれ止め部材を示す部分拡大斜視図である。
[図 6]同接合部のずれ止め部材を省略した接合ユニットを示す斜視図である。
[図 7]同接合ユニットの設置状態を示す斜視図である。
[図 8]同接合部を使用する高架橋を示す全体側面図である。
[図 9]同接合部の現場施工手順における土留用スタンドパイプの設置状態を示す説 明図である。
[図 10]同接合部の現場施工手順における杭打ち用スタンドパイプ力もの削穴の形成 状態を示す説明図である。
[図 11]同接合部の現場施工手順における鉄筋組物の挿入状態を示す説明図である
[図 12]同接合部の現場施工手順における RC杭の形成状態を示す説明図である。
[図 13]同接合部の現場施工手順における RC杭の劣化部の削り取り状態を示す説明 図である。
[図 14]同接合部の現場施工手順における接合ユニットの搬入状態を示す説明図で ある。
[図 15]同接合部の現場施工手順における接合ユニットの保持状態を示す説明図で ある。 [図 16]同接合部の現場施工手順における接合用コンクリートの打設状態を示す説明 図である。
[図 17a]主構造体に取り付けられたリブにずれ止め穴を形成した時のずれ止め孔の せん断力を示す説明図である。
[図 17b]主構造体である鋼板にずれ止め穴を形成した時の止め孔のせん断力を示す 説明図である。
圆 18]実施の形態 1の脚柱の接合部の変形例を示すもので、接合ユニットの設置状 態の断面図である。
圆 19a]第 1試験体を示す平面図である。
圆 19b]第 1試験体を示す縦断面図である。
[図 20a]第 2試験体を示す平面図である。
[図 20b]第 2試験体を示す縦断面図である。
圆 21]試験装置を示す正面図である。
圆 22]第 1試験体の断面変化部における水平荷重と水平変位の関係を示すグラフで ある。
圆 23]第 2試験体の断面変化部における水平荷重と水平変位の関係を示すグラフで ある。
[図 24]本発明に係る脚柱の接合部の実施の形態 2を示し、接合ユニットの設置状態 の平面図である。
[図 25]同接合ユニット設置状態の図 24に示す E—E断面図である。
[図 26]同接合ユニット設置状態の図 25に示す F— F断面図である。
[図 27]同接合ユニット設置状態の図 25に示す G— G断面図である。
[図 28]図 25の接合ユニットへの接合用コンクリートの充填状態を示す断面図である。
[図 29]同接合ユニット設置状態の図 25に示す H— H断面図である。
圆 30a]従来のソケット基礎における曲げモーメントとせん断力を示す説明図である。 圆 30b]従来のソケット基礎における支圧および摩擦力の合力、曲げモーメント、せん 断力を示す説明図である。
発明を実施するための最良の形態 [0019] 本発明に係る橋脚の接合部の構造および接合方法について説明する。
[0020] [実施の形態 1]
実施の形態 1を図 1〜図 17に、試験方法と結果を図 25〜図 30に、従来との比較を 図 31にそれぞれ基づいて説明する。
[0021] 図 8に示すように、径間桁長 Lがたとえば約 200mの立体交差橋 1の橋脚 (脚柱) 2 の接合部構造に係るもので、図 1〜図 7に示すように、橋脚 2は RC杭 (コンクリート杭) 3の杭頭 3aに鋼製の矩形断面の角筒脚 4とが接合ユニット (鋼製フーチング) 5を介し て接合されたものである。
[0022] 前記 RC杭 3は、たとえば図 10,図 11に示すように、所定位置にスクリューオーガな どの穿孔装置 45により地盤に形成された削穴 44内に、鉄筋組物 7を挿入した後、コ ンクリートを打設して形成される場所打ちコンクリート杭と呼ばれるものである。この R C杭 3のコンクリート上端部は、気泡や不純物を含む品質が悪い劣化部であるため、 この劣化部をはつって除去した後に、接合ユニット 5が接合される。また RC杭 3の杭 頭 3aには、前記鉄筋組物 7から一体に延長された多数の接合用鉄筋 8が外周部近 傍から上方に突出されて 、る。これら接合用鉄筋 8は接合ユニット 5の高さ分の長さを 有し、かつ接合ユニット 5内のウェブ 11、フランジ 12および延長板 15の据付が十分 可能となるように配置されて 、る。
[0023] 前記接合ユニット 5は、前記角筒脚 4の脚構造体 4aの基部に連続して形成された 基部構造体 4bと、基部構造体 4bの外周部に外嵌固定される円筒鋼殻 21と、基部構 造体 4bおよび円筒鋼殻 21内に打設される接合用コンクリート 31とを具備している。
[0024] 前記角筒脚 4の基部構造体 4bは、脚構造体 4aからそれぞれ一体に連続する前後 一対のウェブ (外板) 11と左右一対のフランジ (外板) 12とにより矩形断面に形成され 、たとえばここではウェブ 11の幅がフランジ 12より広い横長に形成されている力 フラ ンジ 12の幅がウェブ 11より幅が広!、矩形断面でもよ!/、。またウェブ 11およびフランジ 12の内面に、複数の補強用の板状リブ 13, 14がそれぞれ上下方向に突設されてい る。さらにフランジ 12には、両側部力も外側に突出されて先端部が円筒鋼殻 21の内 面に連結固定される延長板 (延長部) 15がー体に設けられている。これら延長板 15 は基部構造体 4bと円筒鋼殻 21とを連結して接合ユニット 5を一体ィ匕するものである。 なお、延長板 15はフランジ板 12に設ける以外に、ウェブ 11の両側部から延長板を 一体に設けてもよいし、また各コーナー部でフランジ 12とウェブ 11の両方に連続する 2枚の延長板を直角方向に設けてもょ 、。
[0025] またウェブ 11とフランジ 12の下端部に RC杭 3の杭頭 3aに直接または据付ブロック
(たとえば図 14のように H型鋼力もなる)を介して着座させる据付台板 17が設けられ ている。また円筒鋼殻 21の上端部に対応して脚構造体 4aと基部構造体 4bとを区画 する仕切板 18が取付けられ、その中央部に開口部 18aが形成されている。
[0026] そしてウェブ 11、フランジ 12、板状リブ 13, 14および延長部 15には、それぞれ所 定ピッチで多数のずれ止め孔(孔明き鋼板ジベル: PBLともいう) 16がそれぞれ貫通 形成され、角筒脚 4からの軸力、曲げモーメントおよびせん断力などの負荷を接合用 コンクリート 31を介して RC杭 3に伝達するように構成されている。これらずれ止め孔 1 6による接合用コンクリート 31に対するせん断力の伝達は、接合用コンクリート 31を外 周側から均一に拘束する円筒鋼殻 21によりさらに効果的におこなわれる。
[0027] 前記ずれ止め孔 16の特徴は、 a)単位面積当りのせん断抵抗が大きいため、ずれ 止め用のスタッドのように多く設置する必要も無ぐ構造的に簡略ィ匕することができる 、 b)疲労耐久性があり、十分な靭性を有するずれ止め構造となる、 c)設計法が確立 されており、道路橋などに置いて実績があるなどである。また、 d)角筒脚 4を構成する ウェブ 11とフランジ 12に形成することにより、ずれ止めのための補剛材を省略するこ とができ、 e)ずれ止めの荷重を直接角筒脚 4のウェブ 11とフランジ 12に伝達できて 荷重あるいは応力の伝達 (流れ)が明解になるとともに、補剛材との溶接部に生じる 疲労亀裂などの問題が発生しないという点も特徴となる。
[0028] なお、構造体であるウェブ 11とフランジ 12にずれ止め孔 16を形成することにより、 角筒脚 4の剛性が減少して鋼板の引張強度が減少するおそれがあるが、ずれ止め 孔 16の間隔と穴径とを適宜選択することにより、鋼板の引張強度の減少を防止する ことができる。また座屈に対しては、接合用コンクリート 31の周囲が円筒鋼殻 21によ つて拘束され変形が防止されているため、接合用コンクリート 31が破壊されない限り は問題がない。もちろん、全断面塑性に対しては、ウェブ 11とフランジ 12の板厚およ びずれ止め孔 16の間隔を適切に設定してずれ止め孔 16の穴断面が決定される。 [0029] ところで、図 17aに示すように、主構造体 aに取付けられたリブ bにずれ止め孔 cを形 成した場合、主構造体 aの母材が力なり大きい高剛性とすると、引張り荷重が負荷さ れた場合、個々のずれ止め孔 cはあた力も剛体の上に乗った穴として全体が均等に 変位されるため、個々のずれ止め孔 cはほぼ等しいせん断耐カを有する仮定して設 計することができる。これに対して、図 17bに示すように、主構造体 dである鋼板にず れ止め孔 eが形成された場合、引張り荷重が負荷されると、鋼板の剛性により個々の ずれ止め孔 eの変位量が異なる。これにより、それぞれが分担するせん断力が異なり 、全てのずれ止め孔 eが等しくせん断力を分担するという設計ができない。たとえば主 構造体 dを鋼板として複数のずれ止め孔 eを上下方向に形成した時には、図示するよ うに、主構造体 dに上方への引張り力が負荷された時には、ずれ止め孔 eが支持する せん断力が荷重力も遠ざかる下方にいくに従って小さくなる分布となる。この分布は 、鋼板の剛性、コンクリートの弾性係数などによって変化するため、予め解析を行って せん断耐カを確認する必要がある。
[0030] 本発明では、前記せん断耐力および破壊靭性を高めるために、図 2〜図 5に示す ように、せん断力の大きい上部のずれ止め孔 16にずれ止め部材 (耐カ部材) 19を配 置している。これらずれ止め部材 19にはたとえば鉄筋が使用され、互いに水平方向 に対向する位置に形成されたずれ止め孔 16間に挿入して掛け渡すことで、特定の 支持治具を必要としない。これらずれ止め部材 19は、ここでは、ウェブ 11, 11間、フ ランジ 12, 12間、リブ 13, 13間、リブ 14, 14間および延長板 15, 15間の各上部の ずれ止め孔 16にそれぞれ配置される。
[0031] 前記円筒鋼殻 21は、 RC杭 3の杭頭 3aと内径が同じかまたは大きく形成され、その 内面に所定間隔ごとに半径方向のコンクリート剥離防止用のスタッド 22が所定間隔 ごとに複数本植設されている。
[0032] ところで、ずれ止め用として植設されるスタッドに比較して、前記ずれ止め孔 16は 2 〜3倍のせん断耐力が高ぐずれ止め性能として優れた特性を示すが、この性能を 発揮できるのは、ずれ止め孔 16が形成された鋼板とコンクリートとの境界面で引張破 壊を防止する引張方向のひずみの拘束や、ずれ止め孔 16内のコンクリートの割裂破 壊を防止するために接合用コンクリート 31のひずみを拘束することが必要である。こ のため、本発明では円形断面で外周部力もコンクリートを均等に拘束が可能な円筒 鋼殻 21が採用されており、この円筒鋼殻 21は RC杭などで拘束効果を得るために内 装されるフープ鉄筋などに比較して拘束効果が高い。またここで、円筒鋼殻 21に替 えて矩形断面の角筒鋼殻で囲んでも、接合用コンクリート 31の均一な拘束力を得ら れず、ずれ止め孔 16による十分なせん断耐カを確保することができない。
[0033] ところで、図 30aおよび図 30bは従来のソケット基礎を示している。ここで、 Mは曲げ モーメント、 Qはせん断力、 Pは支圧力の合力、 Tは摩擦力の合力、 Lは脚柱 Uのソケ ット Sへの埋め込み長さである。このソケット基礎では、脚柱 Uとソケット Sとの間に支 圧力 Pが支配的に作用して耐荷構造が形成される。しかし本発明では、延長板 15を 介して基部構造体 4bと円筒鋼殻 21とが一体に連結固定されるため、円筒鋼殻 21は 基部構造体 4bの挙動にほぼ従って変位する。したがって、若干の支圧と円筒鋼殻 2 1と基部構造体 4bの剥離力は生じるが、ソケット基礎に比較してそれほど大きくない。 また本発明では、ずれ止め孔 16によりせん断力が接合用コンクリート 31を介して RC 杭 3に伝達されるためには、接続用鉄筋 8の十分な長さによる付着力が必要であるが 、これも計算により求めることができる。
[0034] 次にこの橋脚の現場における施工方法を図 9〜図 16を参照して説明する。
[0035] 1)施工位置を掘削後、ジブクレーン 41等の揚降装置を使用して土留用スタンドパ イブ 42を施工位置に設置する [図 9]。
[0036] 2)土留用スタンドパイプ 42内に小径の杭打ち用スタンドパイプ 43を設置し、穿孔 装置 45により杭打ち用スタンドパイプ 43から地中に杭打設用の削穴 44を形成する [ 図 10]。
[0037] 3)削穴 44内に鉄筋組物 7を挿入設置し [図 11]、杭打ち用スタンドパイプ 43を撤 去後、土留用スタンドパイプ 42の下端より所定高さ上方位置までコンクリートを打設し て RC杭 3を形成する [図 12]。
[0038] 4)杭頭 3aの劣化部が削り取られた後 [図 13]、脚構造体 4bとともに接合ユニット 5 を搬入し、円筒鋼殻 21を杭頭 3aに外嵌する [図 14]。
[0039] なお、図 2,図 4では基部構造体 4bを据付台板 17を介して直接杭頭 3a頂面に設 置している力 図 14に示すように、基部構造体 4bと杭頭 3aとの間に、 H型鋼力もなる 据付ブロック 46を配置してもよい。この据付ブロック 46により、杭頭 3aのハツリ面の凹 凸を吸収することができる。
[0040] 5)ジャッキや支持部材により接合ユニット 21を所定の高さ位置に保持して余入れ 部 23が形成されるとともに、仕切板 18の開口部 18aおよび基部構造体 4bと円筒鋼 殻 21の間から接合用コンクリート 31が注入打設され、 RC杭 3と角筒脚 4とが接合ュ ニット 5を介して接合される [図 4,図 15]。
[0041] 6)埋め戻した後、スタンドパイプ 42を撤去する。 [図 16]
次に上記構造の接合ユニット 21を具備した試験体を製作して行った試験結果を、 図 19〜図 23を参照して説明する。
[0042] 橋脚接合部が大地震にも耐えうる強度を有することを確認するために、実際の橋脚 接合部の 1Z5の 2種類の第 1試験体 81と第 2試験体 82を製作した。ここで大地震と は、「道路橋示方書 ·同解説 V (耐震設計編)」に規定されて!ヽる『レベル 2地震動』の ことであり、『レベル 2地振動』とは、道路橋の供用期間中に発生する確率は低いが、 大きな強度を持つ地震動であり、プレート境界型大規模地震による地震動および内 陸直下型地震による地震動を指す。
[0043] 第 1試験体 81は、図 19aおよび図 19bに示すように、 RC杭 3の杭頭 3aと鋼製の角 筒脚 4の接合ユニット 5を取り出した部分構造とし、第 2試験体 82は、図 20aおよび図 20bに示すように、 RC杭 3の特性まで含めて接合ユニット 5の強度特性を考察する部 分構造とした。ただし、ずれ止め孔 (孔明き鋼板ジベル: PBL) 16は、実際の橋脚接 合部では直径 70mmであり、それを 1Z5に縮尺すると直径 14mmとなる力 これま での研究にぉ 、て、このような小径のずれ止め孔を用いた実験を行った実績がな ヽ ことを考慮して、ずれ止め孔 16の直径は公表された試験データの多い直径 35mmと し、強度特性が合うようにずれ止め孔 16の個数を調整した。上記第 1試験体 81と第 2 試験体 82における RC杭 3と接合部コンクリートの実圧縮強度は、 45NZmm2である
[0044] 図 21に示す試験装置を使用して、上部油圧ジャッキ 83により中間部材を介して角 筒脚 4に上方力も第 1試験体 81および第 2試験体 82にそれぞれ鉛直荷重を与えると ともに、水平油圧ジャッキ 85により角筒脚 4の上部に水平方向から第 1試験体 81およ び第 2試験体 82にそれぞれ正負の交番水平荷重を与えた。
[0045] 図 22は,第 1試験体 81に正負交番荷重を与えた状態における水平荷重 (縦軸)と 水平変位 (横軸)を示し、また図 23は、第 2試験体 82に正負交番荷重を与えた状態 における水平荷重 (縦軸)と水平変位 (横軸)を示す。ここで Paは設計荷重、 Pyは引 張側の最外縁位置の接合用鉄筋 8が降伏する時の水平荷重(降伏荷重)、 Puは、引 張側の接合用鉄筋 8の破断と圧縮側のコンクリートの圧壊が起こる直前において水 平荷重が最大値を示す時の水平荷重 (終局荷重)である。
[0046] 第 1試験体 81では、 RC杭 3の杭頭 3aと角筒脚 4の下端の間の断面変化部の接合 用鉄筋 8が降伏したが、第 2試験体 82では、 RC杭 3の杭頭 3aの接合用鉄筋 8が降 伏 ·破断して終局を迎えた。第 1試験体 81,第 2試験体 82とも降伏荷重 Pyは、設計 荷重 Paに対して約 2倍程度の余裕のある値となった。さらに第 1試験体 81,第 2試験 体 82とも、 RC杭 3と角筒脚 4との間でずれが無かったので、接合ユニット 5内のずれ 止め孔 16の破壊はな力つたと判断された。このように、 RC杭 3と角筒脚 4の接合部分 では、断面変化部および RC杭の杭頭 3aの破壊が先行して発生することが明らかと なり、接合部は『レベル 2地震』に対して十分な耐カを有することが確認された。
[0047] 上記実施の形態 1によれば、
A.従来の RCフーチングとアンカーフレームを用いない簡単な構造で、基部構造 体 4bに延長板 15を介して円筒鋼殻 21を一体ィ匕した接合ユニット 5により、施工現場 での型枠や配筋作業を省略することができ、従来に比較して現場施工工期を短縮す ることができ、工事費を削減できる。
[0048] B.円筒鋼殻 21により、接合ユニット 5の接合用コンクリート 31を外周側力 均一に 拘束して、多数のずれ止め孔 16により、基部構造体 4bから接合用コンクリート 31を 介して RC杭にせん断力を効果的に伝達することができる。これにより、従来必要であ つたフープ鉄筋ゃスタッドなどのせん断力伝達用の複雑な構造部材を省略でき、ま たずれ止め孔 16を基部構造体 4bのウェブ 11やフランジ 12に直接に形成することで 、ずれ止め用のリブを不要にすることができ、構造の簡略化とコストダウンを図ること ができる。
[0049] C.基部構造体 4bの外板であるウェブ 11やフランジ 12にずれ止め孔 16を形成す ることで、ずれ止め孔 16の位置によりせん断力に差が生じる力 予めせん断力分布 を計算して予測し、大きいせん断力が加わる上部のずれ止め孔 16にたとえば鉄筋か らなるずれ止め部材 19を配設することにより、せん断耐カをさらに向上してせん断力 を効果的に伝達することができる。
[0050] D.現場施工時に、図 2に示すように、余入れ部 23を設けて円筒鋼殻 21の下部が 杭頭 3aに外嵌されるので、断面の急変による応力集中を緩和し、水平方向のせん断 力に抵抗することができる。
[0051] なお、図 18は実施の形態 1の変形例で、施工時の精度緩和のために、杭頭 3aの 外周部を、余入れ部 23に対応する高さ分だけ削り取って段部 9を形成したものであ る。この段部 9により、杭頭 3aと円形鋼殻 21と間に遊び (余裕)を形成して接合ュ-ッ ト 5を杭頭 3aに嵌合する作業を容易化し、施工時の寸法精度を緩和することができる
[0052] [実施の形態 2]
図 25〜図 29は実施の形態 2を示し、実施の形態 1における脚柱を円形断面の円 筒脚 51としたものである。なお、実施の形態 1と同一部材には同一符号を付して説明 を省略する。
[0053] この接合部は、 RC杭 (コンクリート杭) 3の杭頭 3aと鋼製の円形断面の円筒脚 51と を接合ユニット (鋼製フーチング) 52を介して接合するものである。
[0054] 前記円筒脚 51の脚構造体 51aの基部に設けられた基部構造体 51bは、円筒状の 脚構造体 51aから連続して形成された円筒外板 53と、この円筒外板 53内に軸心位 置で 90° で接合交差された縦方向の内補強面板 54と、円筒外板 53の外面で内補 強面板 54に連続する延長位置に半径方向に突設された 4枚の延長板 (延長部) 15 と、円筒外板 53の外周面で延長板 15の間に所定角度(図では 30° )隔てて半径方 向に突設された複数枚の補強用板状リブ 55とで構成されて ヽる。
[0055] 前記接合ユニット 52は、前記基部構造体 51bと、基部構造体 5 lbに外嵌され延長 板 15を介して連結固定された円筒鋼殻 21と、基部構造体 51bおよび円筒鋼殻 21内 に打設される接合用コンクリート 31とを具備している。そして前記延長板 15は基部構 造体 51bと円筒鋼殻 21とを連結して接合ユニット 52を一体ィ匕するものである。 [0056] また円筒外板 53と内補強面板 54の下端縁部に沿って、 RC杭 3の杭頭 3aに直接ま たは据付ブロック (たとえば H型鋼力もなる) 46を介して着座させる据付台板 17が設 けられている。また円筒鋼殻 21の上端部に対応する円筒脚 51の脚構造体 51aと基 部構造体 51bの境界部には、中央部に開口部 18aが形成された仕切板 18が取付け られている。
[0057] そして円筒外板 53、内補強面板 54および板状リブ 55および延長板 15には、それ ぞれ所定ピッチで多数のずれ止め孔(孔明き鋼板ジベル: PBLともいう) 16がそれぞ れ貫通形成され、円筒脚 51からの軸力、曲げモーメントおよびせん断力を接合用コ ンクリート 31を介して RC杭 3に伝達するように構成されている。これらずれ止め孔 16 による接合用コンクリート 31に対するせん断力の伝達は、接合用コンクリート 31を外 周側から均一に拘束する円筒鋼殻 21により効果的に行われる。
[0058] また、せん断耐力および破壊靭性を高めるために、円筒外板 53、内補強面板 54 および板状リブ 55および延長板 15でせん断力の大きい上部のずれ止め孔 16には、 せん断耐カ補強用のずれ止め部材 19が配置されている。これらずれ止め部材 19に はたとえば鉄筋が使用され、互いに水平方向に対向する位置に形成されたずれ止 め孔 16間に挿入して図示するように井桁状や放射状、円弧状などに掛け渡すことで 、特定の支持治具を必要としない。
[0059] 現場における脚柱の接合部の施工手順も、実施の形態 1と同様の手順で実施する ことができる。
[0060] 上記実施の形態 2によれば、実施の形態 1と同様の効果を奏することができる。
産業上の利用可能性
[0061] 以上のように本発明に係る脚柱の接合部構造および接合方法は、狭 、工事の占 有面積でかつ短期間に工事を行う必要がある場合において、コンクリート製杭の杭頭 と鋼製の筒状脚の基部とを十分な接合部の耐カを有して接続するのに適し、立体交 差橋や高架橋、高架構造体、一般橋梁、鉄道橋などに利用可能である。

Claims

請求の範囲
[1] コンクリート製杭の杭頭上に、鋼製の筒状脚の基部を接続する脚柱の接合部構造 であって、
前記筒状脚の基部に設けられた基部構造体と、前記基部構造体の外周部に外嵌 される円筒鋼殻と、前記基部構造体の外板に突設されて前記円筒鋼殻に連結固定 された延長部と、前記杭頭から前記円筒鋼殻内に突出された接合用鉄筋と、前記円 筒鋼殻内に打設されて前記基部構造体、前記延長部、前記接合用鉄筋および前記 杭頭を接合する接合用コンクリートとを有する接合ユニットを具備し、
前記基部構造体の少なくとも前記外板に、前記基部構造体力も前記接合用コンクリ ートを介して前記杭頭にせん断力を伝達する多数のずれ止め孔を形成した
脚柱の接合部構造。
[2] 前記筒状脚が矩形断面の角筒脚であり、
前記延長部は、前記基部構造体の前記外板から延長して形成された
請求項 1記載の脚柱の接合部構造。
[3] 前記筒状脚は円形断面の円筒脚であり、
前記延長部は、前記基部構造体の前記外板から半径方向に突設された ことを特徴とする請求項 1記載の脚柱の接合部構造。
[4] 前記円筒鋼殻の下部に、当該円筒鋼殻を前記杭頭の頂部に外嵌する余入れ部を 設け、
前記ずれ止め孔を前記基部構造体の補強用リブおよび前記延長部にそれぞれ形 成した
請求項 1乃至 3のいずれかに記載の脚柱の接合部構造。
[5] 前記基部構造体に負荷されるせん断力の大きい部分の前記ずれ止め孔に、ずれ 止め部材を配設した
請求項 1乃至 4のいずれかに記載の脚柱の接合部構造。
[6] コンクリート製杭の杭頭上に、鋼製の筒状脚の基部を接続するに際して、
前記筒状脚の基部に設けられた基部構造体とその外周部に外嵌される円筒鋼殻と 力 該基部構造体の外板カゝら突設されかつ前記杭頭にせん断力を伝達するための 多数のずれ止め孔が形成された延長部を介して連結固定された接合ユニットを形成 し、
前記筒状脚を前記接合ユニットを介して前記杭頭上に配置して前記杭頭カゝら突出 された接合用鉄筋を前記円筒鋼殻に内在させ、
前記円筒鋼殻内に接合用コンクリートを打設して前記基部構造体、前記延長部、 前記接合用鉄筋および前記杭頭とを接合し前記杭頭と前記筒状脚とを接続する 脚柱の接合方法。
[7] 前記接合ユニットの取り付け時に、前記円筒鋼殻を前記杭頭の頂部力も下方に外 嵌させる余入れ部を形成し、
せん断力が大きく負荷される部分の前記ずれ止め孔にずれ止め部材を配置した 請求項 6記載の脚柱の接合方法。
[8] 前記接合ユニットを前記杭頭に嵌合する時に、少なくとも前記余入れ部の高さ分の 前記杭頭の外周部を削径して、前記杭頭を前記円筒鋼殻の内径より小さくする 請求項 7記載の脚柱の接合方法。
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