【論 文 ！ UDG ：624
．
155．
113 第 407日本 建 築 学 会 構 造 系 論 文号・
1990 年報告1集月高
強 度
PC
杭
と
パ
イ
ル
キ
ャ
ップ
と
の
接 合 部
の
強
度
と
変形性状
高強
度
PC
杭
の耐 力
お よ び変
形性
能
向
上に関
する研究
（
4
）
正 会 員 正 会 員 正 会 畏 正 会 員 正 会 員 正 会 員黒
堀
和
林
斉
高
正井
田藤
見
清
昌静
安
信
治
＊博
＊＊章
＊ ＊＊雄
＊＊ ＊ ＊生
＊＊ ＊ ＊＊ 局司
＊＊ ＊＊ ＊ ＊ 1．
序 論 フ レ ス トレス トコ ン クリー
ト部 材である高 強度PC
杭 （PHC
杭）は，
変形 性 能が乏 し いた め地 震に よ る水 平 力が建 物に作 用 す る と脆 性 的な破 壊 を起こす可 能 性が ある。
こ のよ う な破壊は，
耐 震 上 危 険なもの であ り，
避 け な くて は な ら ない破壊であることはい う まで も ない。
そ こ で筆 者ら はPHC 杭の変 形 性 能 改善を 目的と して一
連の研 究 を行っ て き た。 その結 果 とし て，PHC
杭 基 礎 の靱 性 を確 保す る た め に は，
抗 体 を多 量の ら せ ん筋で補 強 し．
杭 体 中 空 部に もコンク リー
トを打 設す れば，
非 常 に効 果がある こと が分かっ た。一
方， 杭 とパ イルキャ ッ プ を接 合す る際に杭体軸方 向 筋 を残して杭 をカッ トオフ する現 在の工法で は，
杭に損 傷 を与えずに施工 す ること が困 難であり， ま た軸方 向筋がパ イルキャ ッ プ内に完 全 定 着さ れ ることでか えっ て，
伸び能力
に乏しい杭 体 軸 方 向 筋が引張破断 を引き起 こ し て し ま い脆性 的な破 壊 を き たす恐れが あ る。 そこで杭 とパ イルキャ ップの接 合 方 法 と して， 杭 体 を軸 方 向筋と ともに カ1
ン トオフ し，
杭頭コ ン クリー
トを あ る程 度パ イル キャ ッ プ内に埋め込み，
中 1 空部に も軸 方 向筋お よ び らせん筋 を配しコ ンク リー
トを 打 設 する接 合 法 を考え た。
杭 径 30cm、
のB
種 杭を用い て，
こ のよ う な接 合 法を用い た杭 基礁
¢≧
琴
験を行っ てき た結 果， 杭体軸方向筋が破 断せず 大窄
形まで耐力を確 保で き るこ と が確 認さ れ た2L3） 。 本 論文は
，、
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 基礎の強 度と 変形性 状につ い て， 変形 性 能を確 保 するの に 必要な杭 体 ’ 東 京工業 大 学 名 誉 教 授・
工博 韓 （株 ）日建 設計 ＃ i 束 京工 業 大学 教 授・
工博 騨 脚 東 京工業大学 助 教 授・
工博 iii ＃ 〔株）日 建設 計 ＃ ＃ il 東 京 工 業 大学 大 学 院 生 〔1989 年 6 月 10 日 原 稿 受 理，
1989年 ll 月 4日採用決定 ） の ら せ ん筋 量 を調べ るとと も に杭体の軸 方 向筋の定着性 能や，
軸 力が強 度と変形 性 能 に及ぼ す影 響につ い て調べ る た めに行っ た実 験結果を ま と め たもの で あ る。
2．
ら せ ん筋の効 果に関す る実験 （シ リー
ズ1
）2．1
目 的既 往の研 究IL2）に お い て杭 体 中 空 部に コ ン ク リ
ー
トを 中 詰め す る と と も に，
杭体ら せ ん筋 とし て 異形PC
鋼 棒 を使 用し て，
杭の補強量 を大幅に増 加さ せ るこ とに よ り杭の せ ん断 破 壊や曲げ 圧縮 破 壊を防ぎ， その変形 性 能 を 大 幅に改 善で き ること を確 認し た。 しか しこ の場 合，
らせん 筋の強 度 と 断面積を極端に増 加さ せ た 場合で あ り，
現 実 的な ら せ ん 筋 量 と はい えな い。
杭体の ら せ ん筋 量 を どの程度ま で増や せ ば変 形 性 能に及ぼ す効果がある の か， また，
杭体らせん筋 量の効果 と は，
ら せ ん筋の断 面 積に よ る もの なの か，
ら せ ん筋の断面 積と降 伏 強 度の 積に よ る も の な の か明 らか ではない。
シ リー
ズ 1で は， これ らの点を明らか にする こ とを目的と して実 験が行わ れ てい る。
2．
2
試験体 試 験体は表一
1に示す試 験 体一
覧のNo ．
1−
No．
4の 4 体で あ り， 試 験体配 筋 を図一
1に， 杭 体断面 詳 細 を 図一
表一
1 試 験 体一
覧 鬪o 試 願 体 名 糧め込み 長 さ （c口） 杭 体 ら せ ん 筋 〔副一
〔．．1 軸 方向 鯔 峰 伏強度 佳8f／開り 軸力 ［田 1FEI1ω一
5−
50−
3−
3 5．
oφ＠50 2 刪10〕−
7−
50−
3−
3 6．
o薜＠50 ：O 3rB 〔川一
9−
80−
3−
3 ｛6、
Dφ 督3．
2φ［＠50 皇4405105 引 『B〔川 ｝−
17−
80−
3一
謳 僑 張力5．
oφ。3．
2副＠50 5r8 【瑚一
9−
8D−
3・
o 14600 6 『臼Kl3じト9一
日0−
3−
0o l6
、
oφ壷3．
2φ1＠50 0 7F 肌啣 ｝−
9−
80−
3−
130 35 10860 臼 阻 【佃oレ9−
80−
3−
2 70 9F 日K｛30卜9−
80−
3−
3 105一 97 一
加 φ ト
D22 D10
単 位．
mm 図一
1 試 験 体 配 筋 杭体 軸 方 向筋 筋 ） 図一
2 杭 体 断 面詳細 2に示す。
杭 体らせ ん筋は表一
1に示す。
杭は，
外 径30
cm のB
種PHC
杭であ り，
軸方 向筋は， 異 形PC 鋼 棒 8−
9，
2
φ，
有 効 プレ ス トレス80kgf
／cmZ，
せ ん断ス パ ン 比は， 3と し た。 杭とパ イルキャ ッ プとの接 合方法は，
前述のと お り，
杭 頭を，
軸方向筋 と と もにカッ トオフ し，
杭 頭をパ イル キャッ プ内に10cm
埋め込み，
杭 体 中空 部に も軸方 向 筋 6−
D22，
らせ ん筋 4．
0φ＠50 mm を配 し，
コ ン クリー
トを中 詰め し てい る。
既 往の研 究2 ）にお い て は，
杭 体ら せん筋が 4，
0φ＠50mm で は変 形 性 能 が あまり向上 せず，
3．
2φ ＠50mm に異形PC
鋼 棒6．
0 φ ＠ 50mm を 添 え巻き すると その 効 果が大きか っ た。
本 実験では その間の ら せ ん筋量 で実 験 を行うことと し た。
試 験 体No ．
ユ は，
5．
0φ ＠50 mm，
No．
2 は6，
0
φ ＠50
rnm ， No．
3 は 3．
2φ＠50 mm に 6．
0φ ＠ 50 mm を添え 巻 き して い る。
No．
4 は 3．
2 φ＠ 50 mm に 異 形PC
鋼 棒 5．
0φ＠50
mm を 添え 巻きし て い る。 現 在，一
般に使 用さ れてい る杭の ら せ ん筋は，
普通鉄 筋 3．
2φ ＠ 100mm で あり，
この時の ら せ ん 筋 比 に降 伏強 度を乗 じ た値を基準の 補 強 量 とし て 1と す る と，No ．
1
が5，
No，
2が7，
No．
3が 9，No ．
4が 17とい う値になる。
試 験 体 記 号の2
番目の数 字＊ ＊（FB （10
）一
＊＊−
80−
3−
3）が こ の値を意味す る。
また，
前 述し た よ う に，
本 実 験で の 基 本と し た杭 体らせ ん筋が 4．
0φ＠ 50mm の場 合は 3，
3．
2φ＠50mm
に異形 PC 鋼 棒 6．
0
φ＠ 50 mm を添え 巻きとした場合は 24と なっ て い る。
使用材料の力 学 的 性 質 を表一
2に示す。
2．
3 加力・
測 定 方 法加力装置 を
，
図一
3に示 すが，
前 報2） とまっ たく 同様 で ある。 試験 体の製 作に際し ては，
杭 をF
に し て パイル キャッ プの コ ンク リー
ト打 設を行っ ている が， 加 力に際 し て は天 地 を逆に して いる。
加 力は，
片 持ち梁 方 式で試 験 体 先 端に 正負の水 平 力を荷重 制 御で 2．
6 tf，
5．
2tf，
10．
4tf
と し， そ れ以 降は変 形 制 御で， 加 力 点の変 位で δ＝
6皿m，9mm ，
12mm，
15mm，18mm ，
30 mm，
45 mm （部 材 角R ＝
1／150，1／100，
1／75，1
／60，
1／50，
1／30，
1／20 ）と し て正 負 交 番 繰 返 し載 荷と して， 最終的に正 方 向に 60mm （R
＝ 1／15）まで変 形さ せ ることを原 則とし た。 ま た曲げ 圧縮破 壊を起こ しや すいよ うに杭 先 端に極 限 支 持 力に相 当す る 105t正の軸 力を作 用させ， 加 力 中一
表一
2 使用 材 料の力 学 的性 質 〔シリー
ズ 1＞ 鉄筋 直 径 （ ） 降 伏 強 度 （kgf／c閉2＞ 引 張 強 度 （kgf！cm2 ） 弾 性 係 数 XlO6k呂f！c吊2 軸 方 向 筋 9，
2φ（高 張 力） 1440514965 2．
154 D22 36445581 1．
966 ら せ ん筋 6．
0φ 42075L η L945 5，
0φ（高張力） 1385714839 2．
034 5．
0φ 58756434 2，
106 4，
0 52245686 2．
239 32 605了 6455 2．
169 コ ン ク リー
ト 圧 縮 強 度 【平 蚓 lkgf／c田2〕 弾 性 係数1平 均 〕 引張 強度【平均 ） lx．
田5kg1 ／c尉 〔昭［ノc瓦21 抗 体 中詰め・
パイ ル キヤ ツプ 964〜
904〔3821 283〜
3201302 ｝．
5L〜
3，
69 〔3，
56｝，
5ト 2、
73【2、
65159，
3〜
6h，
6160，
3〕 24，
0〜
26．
9125，
21 図一
3 加 力 装 置一．
98
一
P（ton） NP
δ
●
，
20
↑o0
− 2
20
4060
δ（m面）一
10 No．
1一20
P（ton）20
10一 0
− 2
2o
0
60
δ（田 皿）一
10 No．
2一20
P（ton）20
10一
ル0一
0
6 δ（回 囿） 0一
10 No，
3一20
P（ton＞
一
20 10一 O
− 2o
2Q 06
δ（ロ囮）o
一10
No．
4一20
図一
4 P一
δ関 係 定に保っ た。
ま た，
杭の パ イル キャ ッ プへ の埋め 込み長 さ を10cm と し た の は，
これ ま での研 究z．
b・
31iに よれ ば， 軸 力105tfの場 合には 埋 め 込 み 長 さ10cm 以 上 あれ ば杭゜
、，
‘■凾
，
．
し
20P
（tonl） N L5 P 6 LO L髄
−．
」
5−
50−
4D−
30−
20一
聯O 、 1‘
曾
．
r
曳「
．
■
．
、
剛
、
L噛
」
』一
、
盟
1
10 2Q 30 4u 50 60『
5 δω 1、
唱「一
な」
■
，
．
o．
．
oo
．
．
ら せん筋 5．
o φ巳50 臼．
0 φ●50 （6、
0φ噸
3、
Zφ）駈0 〔高 張 力5．
oφう
3．
〜φ）050、，
、
5一
10一
且5−
20’
’
，
，
7一
一
一
一
一
一
・
一
＿
＿
4．
O φ臼50 既 往の実 験 O 馨 『寸
6
図一
5 P一
δ関 係の包 絡 線 O霾
O．
興
R
塁
“ O羹
鰲
塁
含．
u・
爵
．
n）
F
o
，
42o
，
61O
●
92
0
．
94
1
，
21
P
凵（
％）
O：
本 実験縮 果 O ：既 往 の 実 験 結 果 破 壊モー
ド C ：曲げ圧叡 破 壌 R二
ら せ ん筋 破 断 F ：邪材AV15t で に急磁 に耐力 低下せず 変 形 図一
6 破 壊 状況 と ら せ ん筋比 との関係 頭は ほ ぼ完 全 固 定とみ な せ る た め である。
2．
4 実 験 結 果 2．
4．
1 水 平 カー
水 平 変 位 関 係 図一
4にNo ．
1− No ．
4の 水 平 力 （P
）と加 力 点 水 平 変 位 くδ｝の 関係を，
図一
5に そ の包 絡 線を示すe 図一
5に は，
杭 体ら せ ん筋とし て 4．
0φ ＠50mm の もの も示 し て い る。 杭 体ら せ ん筋 5，
0φ ＠50mm の No．
1 とら せ ん筋 6．
0φ＠ 50mm の No．
2は，
最 大 水 平 力 後の耐 力 低 トが大き く，
最 終 変 形まで加 力す る こと がで き な か っ た が，
杭 体ら せ ん筋 3．
2φ＠50mm に 6．
0φ＠50 mm 添え巻きし た No，
3と3．
2φ＠50 mm に異 形 PC 鋼 棒 5．
0φピッ チ 50添え巻き し た NQ．
4は最 終 変 形ま で安 定 し た履 歴 性 状を示し た。
これは，No ，
1，
No ．
2が部 材 角 R＝
・
1／20 （δ＝
・
45mm ）辺 り で杭 体の軸 方 向 筋が座 屈し，
杭 体ら せん筋が破 断し て軸 力 保 持 能 力を失い水 平 力が急 激に低 下し た の に比べ，
N。．
3お よ び No，
4は杭 体ら せ ん筋が最 終 変 形 R；
IA5 （δ；
60 mm ）ま で破 断せず，
か ぶ りコ ン クリー
トが は く離し た後も内 部コ ン ク リー
ト を拘 束す ること がで きた ため と考え られ る。 軸 力105 tf の場合，
杭 体 ら せ ん筋を 6．
0φ＠50mm に す ると変形 性能 は，
4．
0φ ＠ 50mm よ り 2倍 程 度 向上 す る といえ る。 図一6，
図一7
に試験体の破壊状況と杭 体 ら せ ん筋 比 （Pw ）との関 係お よ びらせ ん筋比 と降 伏 強 度 （w σy）と一
99
一
ひずみ測定 位 置
N
．
OONPa
δ
OOb
o C．
de
oof
尸o
9
のh
置i
ε（
％
）
a
b
Cdef塁
8．
媼
二〇
δ§
⇔
窃墨
“ 『峭
醸
哩墨
含．
累韆
中
9
h
。
ユ16
，
T
26
，
0
37
、
6
4S
．
4
89
，
2
123
，
8
Pl
’ ・σy（
f1
2）
O：
本実 験 緒 果 O：
既 往の実験結 果 賍 壌モー
ド C ：曲 げ圧縮 破 壊 R：
ら せ ん筋 破 断 F：部 材角VISま で に 急激に酎力 低 下 せ ず変形 図一
ア 破 壊状況とら せ ん筋 比と降伏 強度の積 との関 係 δニ6
皿 田 ＝9mm
δ ＝12
孤m
δ ＝15mm
δ ＝18m
田F
No
，2
0
．
1
．
2
．
3
．
4
ε
（
％）
ε
（
％
）
図一
8 中 詰め軸 方 向 筋ひず み 分 布 ε（％
）
一
100 一
の積 （Pw
’
wσv）との 関 係 を 示 す。 杭 体の らせ ん筋 量 を Pw で評価し た場合，
杭体ら せ ん筋3．
2φ ＠50
mm に異 形PC
鋼 棒5．
0
φ ＠50
mm を 添え巻 き し たNo ．
3が，
ら せ ん筋破断を 起 こ さ ず部 材 角 1／15 までの変形に耐え た の に対し， そ れ よりも杭 体らせん筋比 の大き な6．
0φ ＠50mm
が ら せ ん筋 破 断し，
変 形 能 力が劣っ て い る。
よっ て ら せ ん 筋の効果は，Pw
の み で決ま るの で はない こ と が分か る。 杭 体ら せ ん筋 をρw・
w σ y で評価し た場 合，
らせ ん筋 量が37．
6kgf
／cm2 以 下だ と らせ ん筋が破 断し，
48．
4kgf／cm2 以 上 だ と 急激な耐 力 低 下を せずに部 材 角 1／15 ま での 変形に耐えて い る。
これ ら の こと か ら杭 体 ら せ ん筋量 は，
ら せ ん筋 比に 降 伏 強度を乗じ た値 ρw’
wcrs で評 価 すべ きで ある。 し か し， 杭が曲 げ圧 縮 破 壊する場合，
杭体ら せ ん筋は杭 体 軸 方 向筋の座屈を抑え る働 き が 大きいので，
杭体らせ ん筋の量の みでなく，
間 隔も変形性能の改 善には 重要な もの と考え ら れ る。2
．
4．
2中詰め軸 方 向 筋の ひずみ分布
図
一8
に各 水平 変形 ピー
ク時の中 詰め軸 方向筋の ひず み分 布を示す。
全試 験 体とも水平 変形15mm
以 上にな る と中詰め軸方 向 筋が降 伏しており， 曲げモー
メ ン トを 有 効に負 担し てい ること が分か る。
ひずみの最 も大き く な る位置は，
パ イルキャ ップ底面位置 e，
ま たはパ イル キャッ プ内へ 15cm 入 った部 分f
と なっ て い る。
こ の パ イル キャ ッ プ 位 置で は な くパ イル キャ ッ プ 内15cm の部分の方 がひずみが大き く な る原 因に は，
以 下の こと が考え ら れ る。杭 頭部はパ イルキャ ッ プ内に
10cm
埋め込ん で いる。
杭は パ イル キャッ プ底 面 位 置で完全固定さ れる の で は な いの で， 変形の 増 大に伴っ て杭 頭に生 じ る回 転によ りパ イルキャ ップ内杭頭 部に も回 転 が 生じる。 杭 頭に生じ る 曲げモー
メ ン トに よる引 張 力は中詰め軸 方 向 筋のみで負 担す る が，
パ イルキャ ップ底 面で は， 中詰 め 軸 方 向 筋と 杭体の軸 方向筋の両 方が負 担して いるの で，
中 詰め軸方 向筋の杭 頭 部に近いf
位 置の鉄 筋 応 力がパ イルキャ ッ プ底 面位置 e の応 力 より大き く な る と考え られ る。
2．
5
ま と め 杭体 らせ ん筋量 とし て は断 面積に降 伏 強 度 を乗 じ た値で 評 価で き，
今 回 実 験 を 行っ た杭径30cm
の もの に関し ていえば，
ら せ ん筋 量 を 現状の杭の 7 倍程 度まで増や せ ば， 高 軸 力下で の変 形 性 状は著し く改 善 され る。
3．
杭体軸 方 向 筋の強 度の影響に関 する実 験 （シ リー
ズ2
） 3．
ユ 目 的杭 頭 部を軸 方向筋と ともに カッ トオフ す る 工法の場 合
，
パ イルキャ ップに杭体軸方 向 筋が完 全に定着さ れる わ けでは ない の で，
特に， 低軸力下に お い て は定 着すべ り を 起こ し，
軸 方向 筋の引 張 能 力を十 分 発 揮で き な く な る可 能 性が あ る。
こ こ で は，
軸 方 向 筋 降 伏強度と定 着す べ り の関係，
そ してそれ が耐 力 と変 形 性 状に及ぼ す影響 につ い て検討 する。
3．
2 試 験 体 試 験 体は，
表一
1のNo ．
5
とNo ．
6
の2
体である。
試 験 体形 状は シ リー
ズ 1と 同様で あ る が杭 頭の パ イル キ ャッ プへ の埋め込み長さを 30cm に して い る。 杭 体 断面 詳 細を図一
9に示す。
パ ラメー
ター
は，
杭 体 軸 方 向 筋の降伏 強 度とそ の本 数で あ り，
No．
5は降 伏 強 度14．
6 tf／cme で 8本，
No．
6 は降 伏強度10．
86
tf／cm2 で 10本 と して，
杭 体 軸 方 向筋 が 定着すべ り を起こ さ ない と仮 定 した時の杭の曲 げ耐 力が ほ ぼ同等にな る ように計画して い る。
杭 体の らせ ん筋は， シ リー
ズ 1で らせん筋 量 をら せ ん筋 比に降 伏 強 度 を 乗じ た値 （ρ、，’
w・。
｝と して評 価し た場 合に通 常 量の 7倍以上あ れ ば，
脆 性 的な破 壊 を起こ さ ない こ と が分か っ て い る ので，
こ こで は9倍の らせん 筋量 と し た。
そ の他，杭 体 軸 方向筋の有効 プレ ス トレ ス， 中詰め軸 方 向 筋お よ び ら せ ん 筋に関して は シ リー
ズ 1と まっ た く同 様である。
なお， コ ン ク リー
トおよび鋼 材の 力 学 的 性 質 を表一
3に示す。
3．
3 加 力・
測 定 方 法 実 験 装 置は軸 力 装置部分 を外し た以 外は，
シリー
ズ1 と同 じ ものであり，
載 荷履歴につ い ても 同様 とし た。
3．
4 実 験 結果表
一
4に実 験結果お よ び計 算 結 果一
覧 を， 図一
10 に水 平 力 （P
）と 加 力 点 水平 変 位 （δ）の 関係 を 示 す。
な お，
計 算 値Q
．，は， e 関 数法に より杭の 断 面 解 析 を中 詰め 軸 方 向 筋， 中 詰めコ ンクリー
トを杭と一
体 とし て行い， （No．
5） 杭 体 軸方 向 筋 Oφ 杭 体 軸方 向 筋 ＋6．
0φ 筋 ） （No．
6） 図一
9 杭体 断 面 詳 細一 101 一
表
一
3 使 用 材 料の力学 的 性 質 （シ リー
ズ 2＞ 鉄 筋 直径 （mの 降伏強度 （k8f！ 2） 引張強度 （kgf〆 2） 弾性 係 数 X106k8f！c閉z 軸 方向筋 9．
2φ（高 張 力 ） 皇460015330 2．
154 lO86011220一
D22 36445581 1．
966 ら せ ん筋 6．
0φ一
5617 4，
0φ 5224148 圏 2．
239 3．
2φ一 一
6406一
コ ンクリー
ト 圧 縮 強 度 ｛平 均1 〔ヒgf／c呱z｝ 弾 性 係 数 〔平 均 ） 引 張 強 度 ｛平 均1 〔×1びkgf／c雎3｝ ikgf／c団2〕 抗 体 中詰め・
パイル キヤ ツプ 日50〜
992187η 2ao〜
3i2 〔3021．
5 2〜
3．
5 9 〔3．
5 嘖 卜 5 9．
B−
6 且、
B 〔5 D．
7 〕．
61〜
2．
7 1 〔2卜
65｝ 23，
1−
25，
1 〔24．
5〕 表一
4 実 験 結 果お よ び計 算 結 果一
覧 （シリー
ズ2＞ 凹o 試 験 体 名 P園 驫 ． 〔tf）Q
。 。聖 〔tf｝ 5FB 〔30｝−
9−
80−
3−
016，
017，
7 ε FBK〔30｝−
9−
80−
3−
018，
017，
6Pmex
：実験値最 大 葡 重Qeai
：計算 値最 大せ ん断力 P（t。n）20
10一
o一
0 60 δ伽 ）一
10 No．
5一
20 P（ton）20
1Q一4
一2
0
60
δ（田皿）一
10 No．
6一20
図一
10 P一
δ閼係 最 大 曲 げ 耐 力 を算 出 し，
危 険 断 面 を 図一
8の e 位 置と し て， 水平力に換 算し たもの で あり，
その際に用い た材 料 の性 質は， 材 料 試 験より得た もの を使用 し た。No ．
5は， 杭 体 軸 方 向 筋の降 伏 強 度が 14．
6tf
／cm2 で8
本，No ．
6
は，
降 伏 強 度 10，
86 tf／cmZ で IO本であ り，
計算 値は ほ ぼ同等の値と なっ て い る が実 験 結 果は No．
6 の 方がNo ，
5
よ り12
％ 程 高 くな っ て いる。No ．
5とNo ．
6
の杭 体 軸 方 向筋の外形 は まっ たく同じ であり，
定 着 長さ も同 じであ る た め，
1 本当た りの最 大 付 着 力は同じであ る が，
No ．
6
は実験 値Pm 。、
と計 算 値Qc
。iが良く対 応して いる こと よ り， 軸 方 向 筋が定 着す べ りを 起こす前に，
その 引 張 能力を 十 分生かす こと がで き たの に対 し，No ．
5
は そ の降伏耐力に達す る以 前に パイルキャ ッ プ 内で定 着すぺ り を 起 こ し，その引 張 能 力を十 分 発 揮で き な かっ た た め，
実 験値は計算 値よ り10％ 程 低 く なっ た と考え ら れ る。
図一
10におい てNo ．
5は δ＝20
mm 近 辺で，No ．
6
は δ＝−
20mm 近 辺で耐 力が一
時 的に低 下して いる の は，
杭 体 軸 方 向 筋の定 着すべ り に よ る ものと考えられ る。
こ れ らの結 果よ り，
杭 径30cm
のB
種PHC 杭で，
曲 げ 耐 力を十 分発揮さ せ る とい う意 味で は，
杭 体 軸 方 向筋に， 本 実 験で使用 し た異 形PC 鋼 棒（9，
2φ）を使用 する場 合，
降 伏 強 度が ほ ぼ11tf
／cmZ 以内で あれば， そ の定 着 長さ と し て は杭 体 軸 方 向 筋 径の 約33倍と な る 30c 皿 と れ れ ばほ ぼ十 分 〔平 均 付 着応 力 度約81
kgf
／cmZ ）といえ るが，
それ より高い 降 伏強 度の軸 方 向筋を使 用す る場 合に は，
もっ と定 着長 さをと る か杭 体 軸 方 向 筋の径 を小さ く して 本数を増や す など，
杭 体 軸 方 向筋の平 均 付 着 応 力度 を約80kgf
／cm2 以下に押さえ る必 要が あろ う。
杭体軸 方向筋の降伏強 度 を低 下させ る ことにより伸 び 能 力を向上 さ せ ること がで きる （降 伏 強 度 14．
6 tf／cmZ で破 断伸び10° ／。t lO．
86 tf／cm2 で破 断 伸びユ3．
8％）の で，
本 実 験の狙いの一
つ に は， 杭 体 軸 方 向 筋の靱 性の 向 上 もあっ た。 しか し，No ，
5，
No ．
6ともに最 終 的に は杭 体 軸 方 向筋 が，
定 着 すべ り を起こ し たため，
破 断する こ と な く部 材 角1
／15
ま で， 破 壊 を生 じ なか っ た。
本 工 法 で は，
適正 な定 着 長さを とれば，
杭 体 軸 方 向筋は降 伏 耐 力は十 分 発揮す る もの の， 破 断 強 度 以 下で定 着すべ りを 起こすこと と な り， 杭体軸方 向 筋の伸 び能 力に あ ま り期 待する こと な く，
靱 性に富ん だ杭 基 礎とな る こと が分 か っ た。3．
5
ま と め 杭 頭 を杭 体 軸 方 向 筋と ともに カッ トオフす る 工法の場 合，
杭 体 軸 方 向 筋が定 着すべ りを起こす可能性が あ るの で，
定 着 すべ りを抑え，
軸 方向筋に降伏 耐力まで期 待す る た め に は，
その降伏 強 度に応 じ た定 着 長さを取る 必要 が あ る。
本 試 験 体の場 合，
杭 体 軸 方 向筋の平 均 付 着 強 度 約 S1 kgf／cmZ で あっ た。
4．
軸力に よる効 果に関 する実 験 （シ リー
ズ3） 4．
1 目 的 シ リー
ズ2におい て，
杭 体 軸 方 向 筋の降 伏 強 度が 11102
一
tf／cmZ 以 内の場 合
，
その定 着 長 さ （杭 頭のパ イル キ ャッ プへ の埋め込み長さ） を30cm （軸 方 向筋径の 32，
6 倍 ） 以上と れば，
定 着すべ りを押さえ， その 引張 能 力を十 分 生かせ る こ と が 分かっ た。
そ こ で シ リー
ズ 3で は， No．
6と まっ た く同じ試 験 体 として杭に軸方向 外 力 を導 入さ せ た場 合，
杭の耐 力，
靱 性にどの よ う な影 響を あた え る か を明らか にするた めに実 験を行っ たQ4．
2
試験 体試験 体は 4体で あり
，
表一
1のNo ．6− Ne ．
9である。
試 験 体 形 状，
配 筋お よ び杭 体 断 面詳細は シ リー
ズ2のNo ．
6
と同じで あ る。 杭に加える軸 方 向 外 力は，
杭の長 期許 容 支持 力とし て 35tf，
地 震 時の想 定 支 持 力とし て Otf，
お よ び 70tf，
そ して極 限 状 態の 支持力と して 105 tfの 4種 とし た。
ま た，
軸力を一
定に保ち な が ら水平力 を作 用させ てい る。
な お鋼 材お よ びコ ン ク リー
トの力学 的性 質を表一
5に示す。4，
3
実験装置お よ び加 力 方 法 実 験 装置は シ リー
ズ 1と まっ た く同様の もの で，
加 力・
測 定方法も同じで ある。4．4
実 験 結 果 4．
4．
1 水 平 カー
水平 変位関係表
一
一
一
6に実 験 結 果および 計 算結果一
覧を，
図一
11に水 平力 （P
）と加力 点の水 平 変 位 （δ）の 関 係を示す。
こ れ らの結果よ り，
軸 力が大き くな るに従っ て最 大 水 平 耐 力 も高く な る が，
最 大 水 平 耐 力時の加力点変 位は逆に小 さ く な る傾 向にあ る。
さ らに最 大 耐 力 後の 耐力 低 下は，
軸 力が 大 き く なる ほど顕 著に現 れ てい る。 大 変 形 時 （1／15 表一
5 使用 材 料の力学 的性 質 （シ リー
ズ3） 鉄筋 直 径 （ ） 降伏 強度 （kgf！ 2） 引張 強度 （ f！c鵬2） 弾 性 係 数 X106kgf ！c厳2 軸 方 向 筋 9．
2φ（高張力 ） 10860ll220 2．
154 D22 36445581 L966 らせ ん筋 6．
0φ一
5617『
4．
oφ 522414839．
2，
239 3．
2φ一
6405『
コ ンク リー
ト 圧縮 強 度 ｛平均｝ 侮9置／。コ21 弾性係数（平 均 〕 【x 且05kgf／c聞2〕 引張 強度 〔平均 ｝ 〔k匿f／cmη 杭 体 中詰 め・
パ ルキヤ ツプ 36ト 906 〔8791 280〜
308〔299［，
51〜
3，
67〔3，
5η．
56〜
2，
69〔2，
5附 59．
4〜
ε4．
4 〔51，
6｝ 22，
1〜
25，
3〔23，
η 表一
6 実 験 結 果お よ び計算 結 果一
覧 くシ リー
ズ3｝ 肘o 試 験 体 名 P隅罵
｛tf｝Q 皿
．
．
｛田Q
。
．1 〔tf】 6F 臼K｛鋤一
9−
80−
3−
o18，
018、
O 卩、
6
7rBK 〔鋤 十 80−
3−
119．
．
920，
52011 8FBK 〔30｝−
9−
80−
3−220 ，721
，
722，
0 9FBK 〔30レ9−
80−
3−
322，
324，
823，
8 P．ex ：実験 値 最 大 荷重Q
。 、 x ：N一
δ効 果を 考 慮 し た実 験 値最 大 せん断 力Q
。 、1 ：計算 値 最大 せ ん断 力 P（tf）．
NPδ
■
，
20 10一
0−
20
60 δ（囮m）一
10NQ，
6 軸 力 Otf一20
P（tf）L20
10
一
D−
2o 2o0 6 o δ（m皿）一
10No．
8 軸 力 70tf一
20 P（tf） 20 10一
O−20
0 6Q δ（田m）一
10No．
7 軸力 35tf一
20 P（tf） 2G 10一 O
−
2 2o0 6o δ（mm）一
10No．
9 軸 力 105tf一20
図一
11 P一
δ関 係一
103
一
rad ）に保 持して い る水平荷重の正 方 向最 大 水 平 荷重に 対 する割 合は
，
軸 力O
tfで89
％ ， 35 tfで 75％，
70 tf で 44 ％，
105 tfで 39％ と なっ て い る。
そ の結果，
最大 変 形 時では軸 力の大きい順に耐 力が小さ く なっ て いる。
し た がっ て，
軸力が大き く な るほど最 大 耐 力は高く な る が， 靱 性に乏し く変 形 性 能は劣 化し て いる。 4．
4．
2 実 験値と計算値の比 較表
一6
に おいて計 算 値Qc
。i は，
軸 力 を考慮し て，3．
4
節と同 様に e 関 数 法に よる求めた曲げ耐 力か ら算 出し た最 大せ ん断 耐 力で ある。
さら にQmax
は実験にお ける．
．
墜
o 正 負 o o o o 卜卩
o o 軸 方向 変 位測定 方法 単 位 mrn 各 荷 重 時に おい て軸 力 （N ）に よ る付 加曲げモー
メ ン ト を考 慮し て水 平 力に換 算し たもの のうち，
最 大値を記し たもの である。
計 算 値Q
。a、とN 一
δ効果を考慮し た実験 値Q
を 比 較すると
，
実 験 値Q
の計算値Q
。
。
】に対 す る割 合は， 軸 力Otfで 1．
02，
軸 力35 tfで 1．
02 ， 軸力 35 t正で 0．
99，
そ して軸 力 105 tfで1．04
と良く一
致し て い る とい え る。
よっ て杭 体 軸方向筋の 降 伏 強 度 が ll tf／cm2 以 下で， 埋 め 込み長 さ が 30 cm 程度で あれ ば杭 の曲 げ耐 力 を求め るに当たっ て は軸力が あっ ても e 関 数 法に よ る解 析が有効で あ る と思わ れ る。
4．
4，
3 曲 げモー
メ ン トー
水 平変位の包絡線 図一
12に正 方 向 加 力 時に お け るパ イルキャッ プ底 面20M
（t ！m ） No．
6 椥，
9軸 力 に よ る付 加 曲 げモー
メント考 慮．
一
図O．
9軸 力 に よ る付 加 曲げ一
モー
メ ント考 慮せず10
N，
δ PM ▽ 最 大モー
メント20
0
6
δo
〔mm ） 図一12
曲 げモー
メン トー
水 平 変 位の包 絡 線羣
6
。 坦 憮 辟40
曇20
一
2
2
6
軸方向変位伽 ）一
20
No
．6
一40
（
目）
週一2
60
40
20
一20
一40
2
4
6
軸 方 向変 位 （mm）No
，7
（ 目）
坦4
o
一2
一40
2
4
6
軸 方 向 変 位 （mm）No
，8
曾』
ε0
韋 酬 鐸o
曇’
一2
2
4
6
軸方 向変 位（皿m）一
〇No
，9
丶 o
図一
13 水平 変 位一
軸方 向 変 位 関 係一
104
一
部の 曲げモ
ー
メン ト（M
）と 加 力 点の水平 変位 （δ）の包 絡線を 示す。 軸力 OtfのNo ．
6と軸 力105
tfの No．
9でN 一
δ効 果を考 慮し て い な い場合を比べ る と，
No．
9は ， 最 大耐力 時の水 平 変 位 が 軸 力Otf
のそ れ よ り か な り小さ く半分 以 下になっ て い る。
し か し，No ．
9で N一
δ効 果 を 考 慮し た 場合の 最 大 耐 力 時の水平変位は，N 一
δ効 果 を考 慮し ていない場 合の最 大 耐 力 時の水平変位よ り大き く，
また，No ．
6の そ れよ り小さ いもの のその 差 は少量 で あるとい え る。
よっ て，
杭に軸 力が作用 し た場 合，
実 験 値の水平耐力が最 大 値 を超え て低下を始め ても，
ま だ 杭 断 面に加わ るモー
メ ン トは上 昇 し続け てい ることにな る。
これ らの こと より，
杭に軸 力が生 ずる と危 険 断 面の 曲 げモー
メン トが低 下し始 めるときの水平変位は，
最 大 水 平 荷 重 時 水平変位より大き い。
し た がっ て，
杭の危 険 断 面 位置が最 大モー
メ ン トとな る時の水平変位は軸 力の 大 小にそ れ ほど影 響を受け ない こと が分か る。
4．
4．
4 杭体の軸方 向変位図
一
13に示す よ う に して パ イル キャップ底面と そ こ か ら75cm の 部分の 間の軸 方 向 変 位の測 定 を行っ た。 図一1
に示す よ うに，
中詰め コ ン クリー
トは， 杭先端よ り少し低い ところ まで し か，
打 設し てお らず， 軸 方向外 力は，杭体のみ に均 等に力が加わ るよ うに し ている ので，
中 詰めコ ンク リー
トには直接に は力が加わ ら ない よ うに なっ て い る。
表一8
に水 平 加 力 前で軸 力105 tf時の実 験 値の軸 方向変位δ．と， 軸方 向筋とコ ンクリー
トの断面 保 持 を仮 定 し て，
等価剛性を算 出し て求め た計算値の軸 方 向 変 位 を 示す。
こ こ で，
δ，は杭 体 コ ン ク リー
トと中 詰めコ ンクリー
トの問が完全に一
体とな り， 中 詰めコ ン ク リー
トと 中 詰め軸 方向筋も軸 力を負 担す る と考え た 時，
δ． は杭 体コ ンク リー
ト と中 詰めコ ン ク リー
トが分 離して杭 体のみ で軸力を負担し た と考え た時の軸方向変 位の 計 算 値である。
実験 値軸 方向 変 位が 0．
29mm に対 し，
杭 体コ ン ク リー
トと中詰めコ ン ク リー
トが一一
体の場 合が 0．
28 mm ， 分離し てい る場 合が0．
45 mm で あ る。
よっ て杭 体コ ンク リー
ト と中 詰め コ ン クリー
トは，
杭 全 長に わ たっ て ほぼ一
体化 さ れて い ると考え てよい と思わ れ る。 図一
13に水 平力が加わっ た時の 最 終 変 形まで の 加 力点 水 平 変 位と軸 方 向変位の関 係を引 張り方 向を 正 と し て示す。
こ れよ り軸力Otfお よ び 35tfの低軸力では，
水 平 変 形の増 加に伴っ て引張方向に軸 方 向 変 位も大き く 表一
7 軸 力105 tf時の軸 方向 変 位 試 験 体 名 軸 力ltn
δN 〔皿1
δ＾ 仙屈｝ δ8 〔圃 FBK〔30｝−
9−
80十 3105OI29o、
28 口．
45 δN ：実 験 値軸 方 向 変位 δn ：計算値軸 方 向変 位 （コ ン ク リー
トの境 界一
体 ） δB ：計 算値 軸 方 向変 位 （コン クリー
トの境 界 分離 ） なっ てい る。
これ は，
杭体コ ン クリー
トの曲 げひび割れ と杭頭埋 め込み部の抜 け 出し，
そ し て杭体軸 方向筋の塑 性 変形の た め と考えられ る。 しか し，
軸 力70 tf，
105 tf の 高軸力にな る と水 平 変 位が大き く なっ て も軸 方 向 変 位 はそれ ほど増え ない。 こ れは軸 力に よっ て先に述べ た杭 体コ ンク リー
トの曲げひび割れ，
杭 頭の抜け出し，
そ し て軸 方 向 筋の塑性 変形が抑えら れ たた め と考え ら れ る。
ま た最大水平変位 （δ＝60mm
）時で は軸 方向変位が逆 に圧縮 側に変形して いる。 これ は高 軸 力によっ て杭頭 接 合 部 近 傍で，
軸方向筋の座屈を伴うコ ンク リー
ト曲げ 圧 縮 破壊が発生し た ため と考え ら れ る。
4．
5
ま と め杭に加わ る軸力 が大き く な る ほど， 最 大 水平 耐 力 も大 き く な る。 し か し
，
大 変 形 時の耐 力低 下が激 し く，
靱 性 は劣下す る。 ま た，
軸 力が加 わっ て も杭の曲げ耐 力は e 関 数 法に よ る断 面 解 析で評 価 し て よい こ と が明らか に な っ た。
5。
結 論本 論 文は
，
杭とパ イルキャ ップとの接 合方 法 と して， 杭頭を杭 体軸方 向 筋と ともに カッ トオ フ し て，
中空 部に 異 形 鉄 筋を配 し中詰めコ ン ク リー
トを 打 設 して，
曲 げ モー
メン トと せ ん断力を伝 達さ せ る杭 基 礎の耐 力 お よ び 変形 性 能の向上の確 認 を 目 的 とし て杭径30c
皿 の B種 杭 を用いて実験し，
そ の結 果 を ま とめ たもの である。
3 シリー
ズ （杭体の ら せん筋 量，
杭 体 軸 方向 筋降 伏 強 度， 軸 方 向 力）に分けて検 討 を行っ た が， 結論を要 約 すると 以下の ようになる。
（1 ）
杭の脆 性 的な破 壊
，
急激な耐 力 低 下 を抑え るた め に は，
杭 体らせ ん筋量 は断 面 積に降 伏 強 度 を乗 じ た値 で評価すべ きであるこ とが明ら かに なっ た。
（
2
） 杭 体ら せ ん筋 を上記の方法で評 価し た場 合， 現 行の ら せ ん筋 量の7
倍程度まで増や せ ば高 軸 力 下に おい て も変 形 性 能は著し く改善さ れ，
安 定し た履 歴 性 状を得 ること がで き る。
（3） 埋め込み長さ を
30cm
（杭 体 軸 方 向 筋の32．6
倍 ）と した場 合， 杭体の 軸方 向 筋の 降 伏 強 度が 11 tf／cm2 程 度 以 内な ら杭体 軸 方向筋の定 着すべ りを余り起 こ さ ない ですむの で曲げ強度が計 算 値と良い対 応を示す が， そ れより降 伏 強 度 が 高く な る と定着すべ りを引き起 こ し，
計算 値より低い耐 力し か 発揮さ れ な くな る。
（4） 降 伏 強 度lltf／cm2 以上の杭 体 軸 方 向 筋 を使用 す る 場合は
，
杭の曲げ耐 力 を 計 算 値と 同じ に す る ために は降 伏 強 度に見 合っ た埋め 込み長さ （定着 長 さ｝を とる な どし て， 最 大 耐 力 時の杭 体 軸 方 向 筋の平均 付着 応 力 度 を80kgf／c皿z以下 に押さ え る必 要がある。
（
5
） 杭に加わ る軸 力が大き くな る に従い，
最 大 水平 耐 力は高 く なる。
し か し，杭自体の剛 性が高く なるた め， 最 大 耐 力 時の 水平 変 位は逆に小さ く な る。
さ らに，
大 変一
105
一
形 時の耐 力 低 下が著しく な り
，
靱 性は劣 下し，
変 形 性 能 は悪くな る。
（6 ）軸 力．
が 加 わっ た杭の 曲 げ耐 力は，
軸 力の加わ ら ない杭と同 様，
θ 関 数 法の断 面 解 析に よっ て求め た耐力 と良く一
致し て お り，
こ の方法で評価して良いこと が明 ら か に なっ た。
6．
今後の研 究 課 題 本 実 験 をとお し て，
杭の性 能を向上 さ せ る ための基礎 的資料を得ることができた。
さら に そ の 断面 解 析によ り，
本 工 法の有 効 性 を確 認 すること ができ た。 しか し，
これ は杭 径 30cm で杭 体 軸 方 向 筋 径が9．
2φのB
種杭に限っ た実 験で あ る。
本 工 法の採 用に当た り，
その一
般 化に は ま だ未 解 明の部 分が残さ れて い る といえ る。 今後は種々 の杭 径， 杭 体 軸 方 向 筋 径とそ の降 伏強度や定着強 度，
さ ら に杭体の肉 厚 等 が 杭 基 礎の挙 動に与え る影 響を知り，
本 工 法の一
般 化 を 図り たい と考えて い る。 謝 辞 本研 究 を進め るに際し，
東 京工業 大 学 教 授 岸 田英明博 士に は適 切 な御 指 導 御 助 言を頂きまし た。 厚く お礼 申し 上げ ま す。
ま た，
降 伏 強 度の低いPC
鋼 棒の 開発に関 し て は， 高 周 波 熱 練 （株 ）に，
杭に関す る御 助 言と試 験 体の製 作は， 前 田 製 管 （株 ）に御協力を頂き ま し た。
心 よ り お礼 申し上 げま す。
tt
参 考 文 献 1） 黒正清治ほ か ：軸力と水平力を受け る高 強 度PC 杭 基 礎 の力 学 的性 状に関 する実 験 （高 強 度 PC 杭の耐 力 及 び変 形 性 能 向上に関す る研 究 〔1）），
日本 建 築 学 会 構 造 系 論 文 報 告 集，
No．
376，
pp．
71−
80，
1987．
6．
2） 黒 正 清治ほ か ：高 強 度PC 杭の中 空 部にコ ン ク リー
トを 中 詰めし た効 果に関す 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 （2））．
日本建築 学 会 構 造系論 文報告集，
NQ．
390， pp．
134＿
141， lg88．
8．
3＞黒 正 清 治ほ か ：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）），
日本 建 築学会 構造系 論 文報 告 集，
No．
398，
pp．
143−
153，
1989．
4．
4） 黒 正 清 治ほ か ：高 強 度PC 杭の変 形 性 能 を考 慮 し た杭 頭 接 合 部に関す る実験，
第9回コ ン ク リー
ト工学 年 次 論 文 報 告 集，
Vol．
9−
2，
pp．
471−
476，
1987．
7．
5） 堀 井 昌 博ほ か ：高 強 度PC 杭の耐 力 及び変 形 性 能 向 上に 関す る研究 〔その 7，
8，
9），
日本建築学 会大 会学 術 講 演 梗概集，
Vel．
B，
pp．
10］1−
le16，
］988．
10．
6） 堀 井 昌 博ほ か ；高 強 度PC 杭の耐 力 及び変 形 性 能 向 上に 関す る研 究 （そ の 10，
11），
日本建築 学会 大会 学 術 講 演 梗 概集，
Vol．
B，
pp．
1355〜
1358，
1989．
10．
一
106
．
一
SYNOPSIS
UDC:624. 155.113DEFORMABILITY
OF
THE
PHC
PILE-TO-PILE
CAP
CONNECTION
Study
of theimprovement
in
thebearing
capacity andductility
of theprestressed
high
strength concrete(PHC)
pile, part4
by Dr.SEIJIKOKUSHOU. MASAHIRO HORII, Dr.AKIRA
WADA, DT.SIZUO HAYASHI. YASUO SArTOH, and
SHINJI TAKAML Members of A.I.J,
InoTder toprovide the
PHC
pite-to-pilecap connection withdeformabi]ity,
the authorshave
developed
a new connecting method.The
details
of the method were reported asPart
3inApril1989.Recently, experimentshave
been
carried out to examine the effects of quantity of spiralhoops,
yield strengths of longitudinal reinforcement and axial forces of thepile, on the maximum shear strength and thedeformability
of the connection.The paper concludes with the
following
:(
1)
The
quantityof spiralhoops
must be evaluated as thepioduct obtainedby
multiplying theratio of spiralhoop with
its
yieldstrength(p...o,>,
not as theratio of spiralhoop
(p.).
Inorder to protectthe pilefiom brit-tlerupture,it
is
necessary to provide spiral hoops ina quantity more than 7 times the quantityof spiralhoops
generallyrequired.
