【
論文
I
UDC ：624
．
155．
113 口本建築 学会構造系論 文 報 告 集 第 398 号・
1989 年4
月高 強 度
PC
杭
と
パ
イ
ル
キ
ャ
ッ
プ
と
の
接 合
に
関
す
る
研
究
高強 度
PC
杭
の耐 力 及
び
変
形
性
能
向
上
に
関 す
る
研 究 （
3
）
正 会 員 正 会 員TF
．
会 員
正 会 員 正会 員
止 会 員 正 会 員黒
堀
和
林
小
上
斉
正
井
田
林
出
藤
清
昌
靜
克
邦
安
治
＊博
＊ ＊章
＊ ＊ ＊雄
＊ ＊＊ ＊巳
＊ ＊ ＊＊ ＊成
＊＊ ＊ ＊ ＊ ＊生
＊ ＊ ＊＊ ＊ ＊ ＊1．
序 論
筆 者
ら は，
プ
レス トレ ス部 材
と し て の高 強 度
PC
杭
（
PHC
杭 〉
を用
いた杭 基 礎
の耐 震 性 能
につ い て実 験
と解 析
を行
い，PHC
杭 基 礎
の靱 性 を確 保 す
る ため
に は，
杭 体 中
空部
にコ ンク リー
トを中 詰
め し，
さら に，
杭 体
ら せん筋 を
あ る程 度 以
上施
す 必要
が ある こ とを報 告
し て きttT1
・
・
Z）。
これ らの報
告
で用
い た杭 基 礎 試 験
体
は，
いず
れ も杭 軸 方 向 筋 を残
し て杭 頭
の コ ンク リー
トを カ ッ ト オフ し た ものであ
っ た。
しか し，
実 際
の 工事
現 場
で，
杭
に損
傷
を与
え るこ と なく杭 軸 方 向 筋
を残
して杭
を カッ トオフ す るこ とは， 現状
で は技 術 的
に大 変 難
し い。
そこで
，
杭 頭 を軸 方 向筋 も含
め てカッ トオフ し，
杭
軸
方 向
筋
を アン カー
し な くと も
，
杭
とパイ
ルキ
ャップ
と の間
で曲
げモー
メ ン トとせ ん断
力
の伝 達
が可 能
な方 法
と し て，
杭 中
空部
に中
詰
めコ ン ク リー
トと同 時
に異 形 鉄 筋
を配 筋
す る方
法
を考
え た31。
こ の工 法
は，第
一
に，
施
工 が現 実 的
であ るこ と，
第
二 に，
杭軸
方
向
筋
をパイ
ルキ
ャップ
に アン カー
し た場 合
に は，
軸 力
が低
い と き に生
じ てい た杭 軸 方 向 筋
の破 断
が，
この工 法によ れば防 止
で き るこど
1な どの利 点
か ある。
本
論 文
で は，
この よう
な杭
とパイ
ルキャ ップ
と の接
合
方 法 を 用いた杭 基 礎
の、
力
の伝 達
の メ カニズ
ムや強 度
と変
形
性 状
を調
べ る た めに行
っ た実 験
と解 析 結 果
につ い て報 告
してい る。
2
．
実 験 概 要
2
．
1
試 験 体
試 験 体
は，表
一
1
に示
す2
体
で あep
T 図一
1
に配 筋
と試 験 体
の寸法 を示
し，
図
一
2
に杭 断 面
の詳細
を示
す。
杭
は，
軸方 向 筋
8
−
9
．
2
φ
，
ら せ ん筋
6
．
0
φ ＠50mm
，
有 効
表一
一
・
1
試 験 体一
覧 Ho 試験体記 号 b 旨 埋 め込み 長 き ら せ ん 筋
1
軸力 メ カニズム シ リー
ズ AFB （20）・
7
−
80
−
3
−
020cm
BFR
（10）・
7一
臼0−
3−
010
¢m6．
0 φ色50ロml
Otonf
08N 寧 東 京L
業 大 学 名誉 教 授・
⊥博＃
（株1
日建設計 騨 寧 東 京工業大学 助 教 授・
⊥博 ＊ ＊ ＊ 宰 東 京 工 業 大 学 助 教 授・
工 博 ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ 福 井大学 助 教授・．
1
／博 ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ 〔株1
大 林 組 ＃ ＊＃＊＊＊ （株
）目建設 計Cig88
郎 7 月 7 日原 稿 受 理，
1989 年 2 月 7 日採 用決 定 ）加 力 用
キャ ップ
8N
o88n
PHC
杭
300
φ 中 詰 め ら せ ん笏
4
．
O
φ 皀50
バ イ ル キャ ップ
底 面 バ イルキ
ャ ツプ
8L
O ミ8
一
水 平 力 加力
点発 泡
スチロー
ル杭 体 軸 方 向 筋
異 牙
彡
PC
鋼 棒@8
−9
レ2
中詰 め コ ンク
リト
ら
ん 筋6
，0
＠50
想 基瞹はり
D
r
黝接
冷
1
6
榊駈噸 膜{h50i
’
＝
コ＿」
lobO
1
115D
露
1332
1
D22
0
単位m
図
一
1
試験
体
図
一2
試 験 体 断 面 詳 細 表一
2
使 用 材
料
一
一
覧
コ ン ク リー
ト 圧 縮 強 度 （平 均 ） （kgf／e ） 弾 性 係 数 （平 均 ） （×且05k
尺f
／c質1冒
） 引 張強度（平均 ） （k8f！cの 杭 体 η0〜894 （83の 3．49〜3．63（3
．
60
＞2
了，
6〜
46，6（34．3） 中詰め・
バイル キヤツブ 212〜
270（258
）2
．
認〜
2．53（2．45） 15．3〜28．8（23、8） 鉄 筋 直 径 （mm） 降 伏 強 度 （k
呂f
／Cm塵
） 引 張強 度 （kgf
！Cm「
〉 弾 性 係 数 〈x 且06kgf／c胴
’
〉 軸 方向 筋 9．2
φ （高強 度 ） 且q4D5M96q
2，154922
36445581
1
．
966
ら ぜ ん 筋6
．
0
φ q20了 5【771
．
945
4
．
0
φ522
昭568d
2
・
239
プ
レス ト レス80
kgf
／
cm ’tのB
種
であ り，
せ ん断
ス パ ン は3
で あ る。
中詰
めコ ンク リー
ト内
の配 筋
は，
軸 方 向 筋
6
−
D22
，
ら せ ん筋
4
．
0
φ＠
50
mm であ る。
杭 頭 部
の パイ
ルキ
ャ ップ
へ の埋
め 込 み長
さ を，No ，
A
は20
cm
と し，
No
．
B
は10cm
と してい る。
軸
力
によ る拘 束
が杭
とパイ
ル キャッ プと の接
合 部に生 じ ない よ うに，
軸 力
を加
え な い ものと し た。オ
ー
ト クレー
プ 養
生 を行 う
と杭 軸 方 向 筋
の ひず
みを測
定 す るこ と が難
し い の で，本 論
の試験
体
で は，富調 合
に よっ て コ ン クリー
ト強 度 を 確 保
し た。
使 用 材 料
の力 学 的 性 質
を表
一
2
に示
す。
2
．
2
加 力
・
測 定 方 法
加 力
の方 法
は前 報
1： の と お り と し，
加 力装
置
を図
一3
に示
す。
変 位
の 測定
も 前 報1）の と お り で あり，
パ イルキ
ャ ップ
に固定
し たゲ
ー
ジ ホルダ
ー
に より，
加 力 点 位 置
で の水 平 変 位 （
δ〉
とパイ
ルキャ ップ 面
位
置
か ら10mm
加 力 点 寄
りの位
置で の杭 頭
の 回 転 角 （の
と抜
け出
し を測 定
し た。
ひずみ は，杭
軸
方
向
筋
と中 詰
め軸 方 向 筋
の ひず
みを
ス トレイ
ンゲ
ー
ジに よ り測 定
し．
ま た，
中 詰
めコ ン ク リー
トの主
ひず
み をパ イル キャ ップ 面 位 置
か らIG
mm加 力 点 寄
り の位
置
を
中
心に水
平
5
断 面
（
各 断 面
2
カ所 ）
で3
方 向
モー
ルドゲ
ー
ジに よ り測 定
し た、
，
3
，
実 験 結 果
3
．
1
水
平
力（
P
）
と水 平 変 位 （
δ）
の関 係
一144．
仁
図一
3
加 力装 置吸
P
（
tonO
1
｛
20
i
N
．
16Pげ
、，
i
．
、
L15
F ヨ10
…
F
［
｝
曽 5 一 0
15
5
610
旨一5
δ
ω
」一101
：0
笛nf
一
151
：21c
皿理
一20Fl
〔
2
。
）
−
1
−
a
。
＋
0
図一
4
水 平
1
］一
水 平 変 位閧係 〔No
．
A
）P
（
tonl
）
1
2015
N ・葡
8
1
：−
i・
．
L10
11
i11
盟 5Q
1
O
l5
610
一5
δ
（
噐）
一
10
一
151
：lt
。nll
：11c
匝一20FB
（
廟
一
81
＋
1
図一
5
水平 カ
ー
水平 変位 関 係 〔No
．
B
）図
一
4
．
5
にP
一
δ関 係
を示
す。埋
め 込み長
さ20cm
のNo ．
A
は，
埋 め込
み長
さ10
cm
のNQ ．B
に比
べ，
初 期 剛
性，
最
大耐
力 と もにやや高
く，
両 者
と もに，水
平
変 位
60
mm （部 材 角
1
／
15
｝
まで急 激
な耐 力 低 ドを起
こ さ な かっ た。
3
．
2
杭 頭 回 転 角
と杭 頭
の抜
け出
し図
一
6
，
7
に杭 頭
の回 転 角
（θ） と 水 平 力 〔
P
｝の関係
を，
図一8，
9
に杭 頭
の抜
け出
しと水 平 力
の関 係
を示
す。
No ．
A
は，
水 平 力5
しf
まで は ほ ぼ杭 頭
固定
と見
ら れ る が， そ の後
， 回転 角
・
抜
け出
しとも
に急
に増 加
して杭 頭の固
P
価 f）2015105
日o
F
一5
5
10
θ
（、LO
−
・r。d ）一10
一
15
一20FB
〔20
｝−
7
−
80
−
3
−
0
図一
6
水 平 カ
ー
杭 頭 回 転 角関係 （
No
．
A
｝
P
（翩2
°15105
一
］0
5
10
−5
θ
（，
1
。一
・r 、d
）− 10
一
15
一20
FBI1 ω一
7
−
80
−
3
−
O
図一
7
水平 カ
ー
杭 頭回転 角 関 係 （No
、
B
）A15
、
O←
【
PILE一
隆 0 ご 10．
0 ユ 5．
o一
1，
0 口 z．
口 3、
D 抜け 出し 〔悶祠一
10．
0噛
一
15．
o 図一
8
水 平 カ
ー．
杭の抜け出し関 係 〔No
．
A
〕
＿
】5．
0甲
匚
o ご lo，
O 店 5．
o一
1、0 3．0 3．D 披 け 出 し 〔閉 閏1 o卩
10』一
15、
0 図一
9
水 平 カ
ー
杭の抜け出
し関 係 〔No
．
B
）定
度
が弱
まっ て い る。No ．
B
は，
初 期 〔
P
＝ 】tf
）
か ら杭 頭
の回 転 角
・
抜
け出
し共
に増 加
し て お り杭 頭
の固 定 度
はNo
．
A
に比
べ て低
くなっ て いる。
埋
め 込 み 長 さ が浅
いと初 期
か ら杭
側 面 とパ イル キャ ッ プ間
ですべ りが生
じ や すい と考
え ら れ る。3
．
3
杭 軸 方 向 筋
・
中 詰
め軸 方 向 筋
の ひず
み 分布
図
一
ユ0
，ll
に杭 軸 方
向
筋
と中
詰
め軸 方 向 筋
の ひずみ分 布 を示
す。
両 図
において，
そ れ ぞ れ，
（
a）は ひず
み の測 定 位 置 を
，
（
b
）
は水 平 力 加 力
開 始直
前時
を原
点 とし た各 繰
り返
し ピー
ク時
の杭
軸
方
向
筋
の ひ ず み分 布
を，
（
の
は各 繰
り返
し ピー ク か ら除 荷
してP ＝
O
tf
と なっ たとき の ひず
み分布
を，
〔d
）
は（
b
） か ら （cl の ひずみ を羨
し引
いた と き の ひず
み分 布
を，
（
e
）
は中 詰
め軸 方 向筋
の ひず
み分
布
を示
す。
杭
に水 平 力
が作 用
する と，
杭 軸 方 向
筋 の ひ ずみ は，
（
b
）
に示
さ れ る よ う に，最 初
は モー
メ ン トの分 布
と一
致 す
るも
の の，
水 平 力
の増 加
に伴
っ て，
c−
g 点
に おける ひず
み が減 少
しe，f
点
で は 負に転 じて しまう。
こ れ は，杭 軸 方
向
筋
に導
入 されて い たプ
レ ス ト レ スカ （
参 考 資 料
Al
）
が水
平
力
の増 加
と杭
に 生 じ るひ び割
れ の ために杭
頭 近 傍で減 少 して い く た め と考
え ら れ る。
図
一
12
は，
杭
．
軸
方
向
筋
の ひず
み分 布
の変 化
を模 式
的
に説 明
し た もので あ り，
図
一12
左
は，
無 応 力 〔プ
レ ス トレ ス 力 導 人 前）
の時
を 基準
と して ひずみ分 布
を表
し てお り，同 図 右
は，
水 平 力 載 荷 直 前 を基 準
と して表
して いる。
状
態
1
か ら杭
に水 平 力
を載 荷
する ことに よ り軸 方
向 筋
の ひずみ分 布
は状 態 π
と な る。一
方
，
曲
げ ひ び割
れ の発 生 や繰
り返
し加 力
に伴
い，プ
レス ト レスカ
が杭
頭 近
傍
で減 少
し，
水 平 力 零
の時
の ひず
み 分布
が状
態1
か ら状
態
田へ移
行
す る た め ，水
平 力
が加
わっ た と きの軸 方 向 筋
．
の ひず
み分 布
図一10
（
b
）
は，
斜 線
で示
し た状
態IV
と な る と考
え ら れ る。
図一
12
の破 線
は，
埋
め込
み長
さが短
いと きの場 合
で あ り，
図
一11
〔
b
）
を説 明
して い る。
図
一10
（
c）
，ll
（
c）
は，
図
一
12
右
の状 態 田
に対 応
し，外 力
が ない状
態で ある の で，
No
．
A
で はh〜c
点
ま でプ
レスト
レスカ
が失
わ れて い るも
のと 思
わ れ，No ．
B
で は ほと ん どプ
レ スト
レ スカ
が失
わ れてい ない もの と 思 わ れ る。
同
じ く（
d
＞
は，
水 平 力
に よっ て杭 軸 方 向 筋 に生 じ て い る ひ すみ増
分 で あ り，
図．
一
一
・
12
右 0
）状
ra4
ll
を示
してお
り，
パイ
ルキ
ャ ップ 面 位 置
で最
大
と なり，No ．
A
で はo
．
35
％（
7
．
8tf
／cm2＞
，
No
．
B
で はo
．
15
％（
3
．
1tf
／
cmz）
で頭 打
ち と なっ て いる。 これ は杭 軸 方 向 筋
の定 着 強 度
で あ る と考
え られ，
杭 軸 方 向 筋
に は6
φ
の丸 鋼
が50mm
間 隔で点付
け溶 接
さ れて おり必 ず しも
一
様
な付 着 応 力 度
に なっ て い る と は考
えに くいが，
こ の杭 軸 方 向筋
の引 張
力 を定
着 長
さ間
の平 均 付 着 応 力 度
に換 算
する とNo ．
A
で88kgf
／
cm2，
No
．
B
で67
kgf
／
cm2
と な っ て い る。
参考
資 料
A2
に比べ て や や低
くな っ て い る の は，
付 着 応 力
度
を平 均
し たた め と，
プ
レ ス トレスカにより残 留 付 着 応
力 度
が作 用
し てい た ため と 考え ら れ る。
中 詰
め軸 方 向 筋
はパイ
ル キャ ップ 面 位 置
で降 伏
し て い る。 これ らの こと
か ら，
杭
の最 大 耐 力
は杭 軸
方向 筋
の定
着 強 度
と中
詰め軸
方向 筋
の降 伏 強 度
で定
まっ た もの と考
一
一
一
．
145
OON
OO のOO
P
δ
obCdef
oOo
▼
−
o一
9
■
h
rI
jk1
〔a ｝ ひS
み測定 位 置 ひ ず み （％ ） 〔c ） 杭軸 方 向筋の ひずみ 材軸
位 置 aCe9
lh
〕 杭 軸 方向筋の ひずみ 0．
．
1
，
2
ひ ず み （％ ） αb
b
Cd
e
gh
．
3
．
4 〔d
｝ 杭軸 方向 筋の ひずみ 図一
10
軸 方 向 筋の ひずみ分布 （No
，
A
） え ら れる。3
．
4
中 詰
めコ ンク リー
トの主
ひず
み分 布
図
一
13
に中 詰
め コ ン クリー
トの 主ひず
み分布
を示
す。
No ．
A
はパイ
ルキ
ャップ面 位 置
で主
ひず
み の方
向
が逆 転
して お りパイ
ルキ
ャ ップ 内
の ひず
み が ほ ぼ一
様
であ る。
No
．
B
は荷 重
の小
さい内
か ら，
杭 先 端
で の ひず み が 大 き く，
荷
重
が増
加
す る と主
ひず
みの逆 転 す
る位 置
がパイ プ
キ
ャ ップ 面
位
置
よ り や や載 荷 端
に近
い位 置
とな っ て い る。
N
。．
A
で は杭
か らパイ
ル キャ ップ
へ の力
の伝 達
は か な り滑
ら か で あ るの に対
し，No ．
B
で は，応 力 変 化
が急
で あ り，
抗 頭 近
くで の コン ク リー
トの応 力
が乱
れてい る。
4．
断 面 曲 げ解 析
試 験 体
の耐 力
と杭 頭
の固 定 度
を調
べ る た めに断 面 曲
げ 解析
を行
っ た。
解 析
の手 法
は通
常
の断 面 曲 げ 解 析 法
と同
じで あ り，断 面
の平 面 保 持
を仮 定
し，
コ ン ク リー
トの応力
ひず
み関 係
は杭 体 中 詰
め とも
に梅 村
の e関
数 を 使 用
し，
鉄 筋
の応 力
ひずみ関 係
は杭 軸 方
向
筋
，
中 詰
め軸 方 向
筋 と もに完 全 弾 塑
．
性
とし て いる。本 試 験 体
を解
析
する に当
た っ て は，
ト記
の条 件
を 考．
慮 し た。
（
1
）
杭 軸
方向
筋
に はプ
レス トレ ス による初 期 引 張 応
力
が作 用
して お り，杭 体
コ ンク リー
トに は逆に圧 縮 応 力 が 作 用 し てい る。
また，
こ の初 期
応 力 はカ ッ トオフ さ れk
｝
竃
（
ε le ） 中 詰 め 筋のひずみ εcn
た杭 頭 部 近
辺 で はカッ トオフ面
か らの距離
に よっ て異
な る（
参 考 資 料
A1
）
。
（
2
） 杭 軸 方 向 筋
は，
図
一
10
（
d
）
，
ll （
d
）
で示
し た よう
に，
危 険 断
面
（
パイ
ルキ
ャップ面 位 置 ）
か らの定 着 長
さ が 短い の で降
伏 強 度 ま
で引 張 応 力
を負 担
．
で き ない。
そ こ で
，
解 析 例
と し て次
の4
例 を 行
っ た。
1
＞ 杭 軸 方 向 筋
にプ
レス トレ ス に よる初 期
ひず み が0
．
5
％ 〔
そ れに応
じ た 圧縮
応 力
が杭 体
コ ンクリ
ー
ト
に生
じ る）で，杭 軸 方 向
筋 は 完 全 定 着 され てい る とする場 合
（
CASE
I
）
2
）
プ
レス トレ スカ
は カッ トオ フ に よ り すべ て な く なっ てい る もの の，杭 軸 方 向 筋
は完
全 定 着 され てい ると す る 場合 〔
CASE
2
）
3
） プ
レ スト
レスカ
は カッ ト オフ に よ り すべ て なく
なっ てい て，
杭 軸 方 向 筋
の定 着
は不 完
全で，
定 着
での滑
り に よっ て降伏
強 度
が見
か け上 低 下
している と する場 合
（
CASE
3
）
。
この場 合
，
杭 軸 方 向 筋
の見
か けの降 伏 応
力 度
を 図一
10
（d
）
よ り7
．
8tffcmz
とし た場 合 （
CASE
3
−
1
）
と 図一
11
（
d
） よ り3
．
1tf
／
cmz と した場 合
（
CASE
3
−
2
）
がある。
4
〕プ
レス トレ ス カは カ ッ ト オフ に よ り すべ て な く な っ て い て，
杭 軸 方向 筋
の定 着
も 全 く 期待
でき ない と す一
146
一
OON
OO
の OO のP
δ
αbCdef
oOor
−
〇一
9h
尸
1
．
亅k
監 〔a ＞ ひずみ 測定 位置0
CeG
」
〔b
） 杭 軸方 向筋の ひ ず み ε（
1
）
0 CeG」
ひ ず み （％ ） 〔c ｝ 杭 軸 方 向筋 の ひずみ る 場合
（
CASE
4 ）
材
軸 位 置 3 ） ％ 2 （ み 一 ず ひ0
｛d
〕 杭 軸 方 向 筋のひずみqb
b
（： e9df 図一11
軸
方向筋
の ひずみ分 布 （No
．
B
）解 析 結 果
を水 平 力
に換 算
し た結
果
，
お よび，実
験
結
果
との比 較
を表
一
3
に示
す。最
大
せ ん断 力 解
析 値
は，
杭 軸
方
向
筋
のプ
レ ス トレ ス に よ る初
期 応 力
にはほと んど
関係
せず
，
杭 軸 方 向 筋
の見
かけ
の降 伏 応 力 度
の大
き さに作 用
され てい る。No
．
A
の実 験 値
はCASE
ユ の0
．
92
倍
，
CASE
4
の1
．
54
倍
と なっ て お り，CASE
l
に近
い。
杭 軸 方 向 筋
の定 着 強 度 と
し て本 実 験 結 果 を 用
い たCASE3 −
1
に対
し て は1
．
09
倍
と な っ てい る。
Ne
．
B
の実 験 値
はCASE
1
の0．
69
倍
，CASE
4
の1
．
15
倍
と な り， む し ろ杭 軸 方 向
筋 を無 視
し た場 合
に近
い。
杭 軸 方 向 筋
の定 着 強 度
と して本 実 験
結
果
を 用 い たCASE
3−
2
に対
し て は0
、
98
倍
と なっ て いる。杭
体
コ ンク リー
トが オー
トクレイ ブ
養
生
し たもの である以外
ば，
No
．
B
と同
じ試 験体
で軸 力 が105
tf
で あ るFB
（
10
）
−
7
−
80
−
3
−
341
を 解 析 結 果 と 比べ てみ る と，CASE
1
の0
．
92
倍
，
CASE4
の1
」5
倍 と なっ てお り，
杭 軸
方向
筋の定 着
強度
と して本 実 験
結
果 を 用 い たCASE
3
−
2
に対 してCS
1
．
07
倍 と なっ て い る。
解析
が鉄筋
の ひず
み硬 化
やコ ンク リー
トの拘
束 効 果
を考
慮
し てい ない こ と を考
え れば 実 験 結
果 が や や高
口 と なるCASE
3
が最
も実 状
を表
し てい る もの と考
え ら れ，
埋
め込み長
kO
．
1
，
2
、
3
，
4ε
〔e ） 中 詰め筋の ひずみ さが
10cm
で軸 力
0
tf
の場 合
には杭 自体
のパ イルキャ ップ
か らの抜 け 出
し等
によ
りパイ
ルキ
ャップ 面位 置
で平 面
保 持
の仮 定
が成 立
して お らず
，
計 算
上の曲
げ耐 力
を発揮
で きない もの と考
え ら れ る。
図
一14
，15
は，断 面 曲 げ 解 析
に よ る曲 げ 変 形
の み のP
一
δ関
係
と実
験
結
果 との比 較 を 示
し た もの であ
る。
埋
め 込 み 長 さ20cm
の場 合に は， 約6tf
まで は実 験 結
果と解 析 結 果
が一
致
して いる が，
その後
，
実
験
結
果では 剛性
が 急 に低 ト
し てお り，
約 6
tf
で杭 頭
の固定 度
が低 下
し た もの と考
え ら れ る。
埋 め 込 み 長 さ10cm
の場 合 に は，
初 期 よ
り実 験 結 果
の剛 性
は解 析 結 果
よ り低
く杭 頭
の固
定
度
もか な り低
い こと が分
か る。 これ らの ことは，
図一
6
，
7
の結 果
と・・
致
し て い る。
5．
三次 元 有 限 要 素 法
によ る解 析
5
．
1
解 析
の 目的
前 章
ま で に，実 験 結
果は杭 頭 固定
と し た断 面 曲
げ解 析
に比
ぺ剛 性
がか な り低
い こと を述
べ た。 これは，
杭 体
コ ン ク リー
トと杭 軸 方 向 筋
との付 着
，
杭 内 側
に お け る杭 体
コ ン クリー
トと中 詰
め コ ン ク リー
トとの付 着
，
中 詰
めコ ン クリ
ー
ト
と中 詰
め軸 方 向 筋
との付 着
，
杭 外 側
にお け る杭 体
コ ン ク リー
ト とパイ
ル キャ ップ
との付 着
・
摩 擦
，
お よ び，
パ イルキャ ップ
の 杭 周 辺 部 の変
形の 影 響 と考
え ら147
l
O
ひず み
0
ひず
．
ひずみ実際の 杭軸 方向 筋の
測定さ れ た 杭 軸 方 向 筋
ひず み 分 布
の ひずみ 分 布 （状 態 工よ りの増 分ひずみ ） 状態
1
： 実 験 開 始 直 前、初期状態 状 態11
：状態1
と 水 平 力に よ り 生 じる 曲 げ ひ ず みの 和 状ue
IIT
： 杭 頭 部 分の ブ レ ス ト レ ス が 曲 げ ひ び 割 れ 発 生 等に よ り 失 わ れ た と き の 状態 （水平 力な し｝ 状 態IV
： 状 態IIE
と 水 平 力 に よ り生じ る曲 げひずみの 和表
一
3
解 析 結 果 と 実 験 結 果 との比較 〔の 解析 結 麝 お よ び 実験 結 果 解析例 また は 試験体名 1最 大せ ん 断 力（tf ） CASE1 ⊂解 折 ， 軸 力＝
0 1r：L7．
3 解 杭 軸 方 向筋のプレ ストレ スに よ る 初 期 ひ ず み【
0，
5％ 杭 軸 方 向筋 完 全 定 思．
．
一．
一
一
一
．
．
．
軸 力．
一
・
lo5tf ：23，
2〒
一
CA5E2 1 解 析 ， 軸 力＝
0 匸f≡L7．
6 杭軸方向筋のプレ スト レ ス による切 期ひずみ＝
0、
％ 杭軸方向師 定著 完全 CASE3−
L ｛解 析 ｝1
軸 力。
o 【正、
14．
7 听 杭 軸 方 向 筋 の ブ レス ト レス に よ る 初 潮 ひ ず み弾
D．
％ 杭軸方向筋定潤不 宛全；
すべ
り開始 時引張応 力度‘
7、
8 ぱ 〆c囿
2 CASL3−
2 〔解 析 〕 瞰 力＝
O L【312．
2 杭軸方向筋のプレ スト レ ス による初朗ひずみ＝
O．
％ 杭 紬 方 向 筋 定 着 不 完 全2すベリ開 始 時 引張 応力度＝
言，
ユtr／c ゴー
．
h一
．
．
．
．
．
一
．
軸力；
105tf；
19，
9 CASE4 （解 斫 ） 軸 力＝
O tf；
10．
4 例 杭 軸 方 向 齏 の ブ レス トレ スに よ る 初 賜 ひ ず みiO、
％ 硫 帖 方 向 商 定 着 無 軸 力＝
1051f：
1昼．
5 試 騒 倅 A 寅 埋め込み長 さ 2 0 c m．
軸 ノ丿＝
O t f 1日，
0．
〔．
2 試験俳 B 埋 め 込み艮 さ ユ0 匸 田．
軸 か＝
O t f−．
一
一
．
一．
12，
0 験 鼠鹸体
Fロ
〔101
广
7−
80
−
」一
昌
．
埋 め 込 み 辰 さ 10C皿
．
軸 力皇05 ヒf 21，
3 〔b）実験結果と解析結 果 の比 較 実 線 ：埋 め込み 長 さ20cm
破線 1 埋 め込み長 さ10cm
図．
−
12
杭 軸方 向 筋の ひずみ分布 〔模 式 図 ） →→
→4
→ ・ 。P
＝
lO
．
↓61tonf
DELTA
詈
5
．
05
冊m → → →＜ → → ＜
P
＝
13
．
253ton
｛DEL
τA
＝12
．
3Bmm
試 験 体 Ho．
A
埋 め込み 長 さ2Dcコ 軸 力Oto
ロf
図一
13
→ →一
『
1
0
」 ｛鮒 ←一一
十一
一
ラ → ぐ → 〈 →P
＝
8
．
808tonf
DELTA
＝
5
．
01mm
→ → → ＜ ＜ 累 陳縞展
と
麗
揃昭羅の
此駁 試 験 体 名 鯉cAs 巳1 cA巳E4 C皿
ん
5E3−
L 一CA593−
2隣
験 体 A 層o込 み 艮さ 20艦
厘
、
髄 力．
oヒ
望
o、
92L．
56Lro9 甕国
隅R体 月瑠
o込
み
長
言
LOcm、
黜 方凾
oヒ
f o．
09L、
L5 o．
98甑露
FE
【
LOP−
7−
BO−
3−
3 堰 の已 ゐ員 さ 10ロ
臥
軸 カユ
05t「
o．
92L．
跏
5 L．
0715
10
（翼
と
5
／ン ！ ！ ！ ！CASE2
！ノ ！ ノCASE3−
1
CASE3
−
2
輿）
・
Pt
ノ
ロ
／ ’ で 噛ρ
・
ら’
→ 〈パイルキャッ プ 面位 置 中 詰めコ ンク リー
トの主ひずみ分布 →P
＝
11
．
713tanf
DE
しTA
＝
12
．
07mm
試 験 体 No．
B
埋 め 込み 長 さ10cm 軸 力 oω nf ← ひずみ測 定 断 面 ぐ杭カッ トオフ断 面 れ る。
これ らの問
題 を
解 析
的
に明
ら か に す る た め に は，．
二次
元的
な扱
いが必 要
で ある．
本 章
で は，
置次
元有
限要
素
解 析
に よっ て， これ らの点
を 明 ら かにす るこ と を試
み た。
5
．
2
解 析
モ デル図
一
16
に解 析
の モ デ ル化
を示
す。
加 力 方 向
の 垂直 面
で の対 称 性
を考
え て，
半 分 を解 析
する。
想 定 韮 礎 梁
の中
10
5
δ
（
mm）
図一
14
水平 カー
水 平 変 位 関 係 心を通
る水
平
面
で切
り取
り，
切 断 面
で全 方 向 を 固定
と し，
切 断 面
よ り下
の中詰
め軸 方向筋
はばね に置
き換
え る。
PHC
杭
に は，プ
レス トレ．
スが導
入 さ れ ている の で杭
単体
でプ
レ ス トレ ス導
入 と杭 頭
カ ッ トオフに よるプレ ス トレ ス カの解
除につ い て解 析
し そ の結
果 を，
図
一
16
の解析
モ デ ルの初 期 応 力
と し て与
え た。
水 平 力
の加 力
は，
杭 先 端
の節 点
に強 制 変 位 を与
え るも
の とし，一
一
一
方 向加 力
と す る，、
解 析
に用いた要
素
は， コ ン ク リー
ト要 素
，鉄 筋
要 素
，
付 着 要 素
，
杭 体
コ ンク リー
ト
と中 詰
めコ ン ク リー
トと の境 界 要 素
，
杭 体
コ ン クリー
トとパイ
ル キャ ップ
と の境 界 要 素
の5
要 素
と する。
（コ ン ク リー
ト要 素
）コ ン ク リ
ー
ト要
素
は，
非 適
合
モー
148
一
（ 胴 尸 ） 匹
20
10
5
δ
（
mm
）
10
図一
15
水平カー
水平 変 位 関 係 〔軸 力105
tf
） 表一
＝
4
解 析に使用し た数 値一
覧 匠ンクリー
ト 1要 羃 F。
x呼kg吮随2II
σ・
Ik暫f〆GmP ・、
1
・
．
・
IK
酖・
’
1乙
，
温
k嚆
σ
＋
た m
・
冒
i
杭 鼻 3 E771 邯 432 口O B3L1 ・2 ・1
IUD
I 中 諾 め
・
バ
イ ルギ
ャ
・
ア
丁 2．
7272562600 24 7 、 、 、1
．
一
一
［ 2了詈
：
濃 鬘
時轟
圧解
引 。豪
羞 脇 強 闘 ひ ず みσ
譜 局 離 鉄 筋 直 往l
E．
〔閏
旧
） E．
山沢
10 翫ε喰旧
，
叉
田陶 r！⊆
ず kgfκ旧
，
9 2φ i三
万 同 脆 碼 強 度｝ 2L54 婆OO L44D5 D22−一
】9団1
2。 35q4 ら ¢ん 藺 撃 0山．
ら oφ一
一
】945148Di軋
453 2239 菷2巨15513
Ee 苓匸朋 剛 性 ビ1
2 次 印惇σ
・
降 伏 強 農 瓢ンrリ ン ク ［“
巳．
凵
kgf／弖
kg炉ノ⊂
m⊃
I K9重厂亡m2 軸 万 向 瓩 目 20 〈高強 匿〉一
goo．
一
一
〔圏
91
EID D22一一
900D 9 7り 杭 と 中 話めコ ン ク リー
｝の惚総 257 5 1B Ee 初 朋 剛 償 E．
2改 剛 質 r，
降 伏 強 虚 弾 塑 性コ ン ク1∫一
ト ● 鉄 筋の 1∫一
ト ポ ン ドリン クo
中 詰 め コ ン ク ワー
ト と 杭 体 コ ン ク リー
ト との境 界 ▲ 杭 とバ ィル キ ャ ッ プ と の 境 界 弾 性 コ ン ク．
L「
1
琶
図一
16
二次元
有
限要素
法解
析モデルX
ドを 有
す る ア イソ パ ラ メ トリ
ッ ク6
面 体
要 素
と し5］，
数値 積 分
は2 次
の ガウ ス積 分 （
ガ ウス点
8
点 ）
で行
っ た。
コ ン クリー
トは弾 塑 性 と
し，
その構 成
則
はBatheE
｝ にょっ た。
た だ し，
計 算 機
の容 量 と演 算 時 間
等
の関 係
か ら，
パイ
ルキャ ップ
の埋
め込み杭
の周 辺 部 分 以外
は，
鉄筋
の剛
性
をコ ン クリ
ー
ト
に算
入 し た等
価 弾 性 剛性
とし，
弾 性
と し て扱
い，
応 力
の解 除 も 行
っ ていない。
（
鉄
筋要
素
） 鉄 筋
は，
ダボ 作
用 を考 慮
せ ず，
軸 方 向 剛 性
のみ を有
する1
次 元 部 材
と し，応
力 とひずみ の関係
は弾
塑性
と し た。 ら せん筋
は， クロー
ズ ドフー
プ
に置
き換
え た。
（
付 着 要 素 ） 軸 方 向 筋 と
コ ンク リー
トとの付 着
はボンド
リンク を用
い，
付 着 応 力
とすべ りの関係
は，
弾
塑性
と し た。
中 詰
め軸 方 向 筋
の付 着 応 力
と すべ りの関 係
は，
異 形
鉄 筋
と普 通 強 度
コ ンクリ
ー
トとの関係
と して，一
般 的
な数 値
を使 用
し たが，杭 軸 方 向 筋
と高 強
度
コ ン クリー
トと の付 着 応 力
と すべ り の関 係
は，
実 験
デー
ター
がほと ん ど ない た め に数
は少
ないが実
験結
果
に基
づい て定
め た（
参
考 資
料
A2
）。
〔
杭 体
コ ン ク リー
トと中 詰
めコン クリ
ー
トと
の境 界 要
素 ）
杭 体
コ ンク リー
トと中 詰
め コ ンクリ
ー
トとの境 界
は，
ボ ン ド リン クを用
い て表 現
し た。PHC
杭
の 内 側に は，遠 心 成 形
によ
っ て作 製
さ れ る際
に内 側
に は絞
り出
さ れ た水 分
の多
い ペー
ストが 硬 化
し た「
の ろ」
と呼
ば
れ る柔
ら か い層が出来
る。
この た め，
中 詰
めコ ン クリー
トと杭 体
コ ン クリー
トとの一一
体性
につ い ては疑 問
が あるが，
両 者
の付 着 特 性
につ い て は実 験
デー
ター
は ほ と んどな いの で，一
応 実 験
を行
っ て定 め た（
参 考 資 料
A3
）
。
（
杭
体
コ ン ク リー
トとパイ
ルキ
ャップ
との境 界 要 素
）
杭
体 外 側
とパ イル キャップ
との間
に は，
単
に，
付 着 力
だ け では な く か な り大
き な摩 擦 力 （
杭
の転 倒
モー
メ ン トに対
す る側 反 力
によ
っ て生
じる） も作 用
している もの と考
え られる。
し か しな がら，
こ の よ うな場 合
の摩 擦 係 数
につ い て は全 く実 験
デー
ター
がな く，
また，杭 体
コ ン ク リー
ト
とパイ
ルキ
ャ ップ
との境 界 要 素 を
モデル化
する実 験 手
法
そ のも
のも非 常
に難
しい。
さ らに，
解析
に お いて摩 擦
力
を考 慮
する ことは，多
量
の収
れ ん計
算
を必
要
と し，本
解 析
に取
り込 むことは困難
で あっ た。
そこで，
本 解 析
で は 二つ の解 析
モ デル を設 定
し た。
第
一
を，
「
接
触・
体
モ デル」
と呼
び，杭
とパイ
ルキ
ャ ップと の間
に リンク要 素
を置
き， そのリ
ン ク要 素
の法 線 方 向
のば
ね に引張 力
が作
用し てい る と き は完
全 分離
である が， 圧 縮 力が作 用 して い る と き に は ほ ぼ一
体
と考
え られ る程 度
に杭 軸 方 向
の ば ね剛 性 を高
く した。
第
二を
，
「
摩 擦
すべ りモ デ ル」
と呼 び
，
杭
と パイ
ルキ
ャ ップ
との間
の リ ンク要 素
の法 線 方 向
の ば一
149
一
ね に 圧
