JP2000120082A - Connection device for pile head and structure - Google Patents
Connection device for pile head and structureInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】１９９５年の阪神淡路大震災をは
じめとしてこれまでの地震災害の経験により、構造物本
体のみでなくその基礎構造体の耐震安全性の重要性が指
摘されている。本発明は、構造物を支持する杭構造体の
耐震安全性能を合理的且つ経済的に高める杭基礎方式に
関するものである。[Industrial applications] The experience of earthquake disasters, including the 1995 Great Hanshin-Awaji Earthquake, has pointed out the importance of not only the structure itself but also the seismic safety of its basic structure. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a pile foundation system that rationally and economically enhances seismic safety performance of a pile structure supporting a structure.
【０００２】[0002]
【従来技術】軟弱地盤や水上に構造物を建設する場合に
は、構造物を支持するために鋼杭やプレストレスト鉄筋
コンクリート杭などの既成杭、あるいは場所打ちコンク
リート杭など各種の杭基礎が採用されている。2. Description of the Related Art When constructing structures on soft ground or water, various pile foundations such as steel piles, prestressed reinforced concrete piles, and cast-in-place concrete piles are used to support the structures. I have.
【０００３】これらの杭は、平常時における構造物の重
量を支持することが本来の目的であったが、過去におけ
るこれまでの地震災害において杭の損傷事例が多数報告
されてきたために、地震時における杭および基礎構造体
の耐震安全性を確保することが耐震設計上の重要課題と
して指摘されてきた。[0003] The original purpose of these piles was to support the weight of the structure in normal times. However, many cases of damage to the piles in past earthquake disasters have been reported. It has been pointed out that ensuring the seismic safety of piles and foundation structures in Japan is an important issue in seismic design.
【０００４】杭の耐震安全性を向上させる最も一般的方
法は、構造物によって伝達される水平力あるいは杭の周
辺地層の水平変位によって強制変形を受けて杭体に発生
する地震時応力（＝曲げモーメントと水平せん断力）に
耐えられるように、杭体の水平方向耐力（＝曲げ耐力と
せん断耐力）を高める方法である。わが国ではこれまで
長年にわたって、杭体の水平方向耐力を高める各種の方
法が開発・実用化されてきた。[0004] The most general method for improving the seismic safety of piles is to use the seismic stress (= bending) generated in the pile body by forcible deformation due to horizontal force transmitted by a structure or horizontal displacement of the stratum surrounding the pile. This method is to increase the horizontal strength (= bending strength and shear strength) of the pile so as to withstand the moment and the horizontal shear strength. In Japan, various methods for improving the horizontal strength of piles have been developed and put into practical use for many years.
【０００５】杭の水平耐力を高めるこれまでの方法にお
いては、杭体は上部の構造物もしくは基礎フーチングに
杭頭部の回転変位を拘束するように剛結合により一体化
する「杭頭固定」結合を前提条件としている。しかし、
杭頭の回転を拘束結合するために却って杭頭部には地震
時に大きな曲げモーメントとせん断力が発生するのであ
り、この杭頭の結合条件を「杭頭固定」から「杭頭ピン
結合」に変更すると、杭頭部に発生する地震時応力が大
幅に緩和されることは従来から理論的には理解されてい
た。[0005] In the conventional method for increasing the horizontal strength of a pile, the pile body is integrated with an upper structure or a foundation footing by a rigid connection so as to restrain the rotational displacement of the pile head by a "pile head fixed" connection. Is a precondition. But,
Instead, a large bending moment and shear force are generated at the pile head during an earthquake in order to restrict the rotation of the pile head, and the connection condition of this pile head was changed from "fixed pile head" to "pile pin connection". It has been theoretically understood that the change greatly reduces the seismic stress generated at the pile head.
【０００６】近年、この杭頭ピン結合を実現しようとす
る若干の提案がなされるようになってきたが、現実の施
工性まで考慮された合理的且つ経済的な結合方法は未だ
確立されていないのが実状である。[0006] In recent years, some proposals have been made to realize this pile head pin connection, but a reasonable and economical connection method taking into account actual workability has not yet been established. This is the actual situation.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、杭体、特に
杭頭部に発生する地震時応力を大幅に低減できる「杭頭
ピン結合」を『合理的且つ経済的に』実現できる「杭体
頭部とその上部の構造物もしくは基礎フーチングとの結
合方法」を提供することを主たる課題としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a "pile which can" reasonably and economically "realize a" pile head pin connection "which can greatly reduce the stress at the time of an earthquake generated in a pile body, especially a pile head. The main object is to provide a method of connecting the head with a structure above the body or a basic footing.
【０００８】また、本発明による結合方法は、『施工が
簡単』であり且つ場所打ちコンクリート杭、鋼杭やコン
クリート系の既成杭など多様化している種々の杭体に適
用できる『適用範囲の広い杭頭ピン結合方法』を実用化
することを目的としている。Further, the joining method according to the present invention is "easy to construct" and can be applied to various diversified pile bodies such as cast-in-place concrete piles, steel piles and concrete-based pre-casted piles. Pile head pin connection method ”is intended to be put into practical use.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】これまでの杭頭固定の基
礎設計では、コンクリート系の杭の場合、杭体内部の主
筋を基礎フーチング内にしっかり飲み込ませ鉄筋とコン
クリートとの付着により杭主筋を定着する方法、鋼杭の
場合には杭鋼管頭部に定着用鉄筋を溶接して基礎フーチ
ング内に定着する方法、若しくは杭体自体を基礎フーチ
ング内に埋め込む方法などが採用されている。この杭頭
固定方法の問題点は、杭頭部の接合部において杭の回転
変位を拘束することにより、鉛直荷重のみならず杭体が
耐えられない程の曲げモーメントと水平せん断力を伝達
することである。[Means for Solving the Problems] In the conventional foundation design for fixing the pile head, in the case of concrete piles, the main reinforcement inside the pile body is swallowed firmly into the foundation footing, and the main reinforcement of the pile is adhered to the reinforcing steel and concrete. In the case of a steel pile, in the case of a steel pile, a method of welding a reinforcing steel to a pile steel pipe head and fixing it in a basic footing, or a method of embedding a pile itself in the basic footing is adopted. The problem with this pile head fixing method is that by constraining the rotational displacement of the pile at the joint of the pile head, not only the vertical load but also the bending moment and the horizontal shear force that the pile body cannot withstand are transmitted. It is.
【００１０】本発明では、杭頭部の接合位置において鉛
直荷重とある程度の水平せん断力は伝達でき、曲げモー
メントはできるだけ伝達しない、若しくは伝達モーメン
トを任意の値に設定可能な杭頭接合方法を実現する。即
ち「杭体の曲げ剛性に比較して杭頭接合部の回転変位の
拘束力が小さく、回転ばね定数を任意の値に設定でき
る」ことが本発明の最大の目標であり、最大の特徴であ
る。According to the present invention, a pile head joining method capable of transmitting a vertical load and a certain amount of horizontal shearing force at a joining position of a pile head, transmitting a bending moment as little as possible, or setting the transmitted moment to an arbitrary value is realized. I do. That is, it is the greatest goal of the present invention that "the restraining force of the rotational displacement of the pile head joint is smaller than the bending rigidity of the pile body and the rotational spring constant can be set to an arbitrary value". is there.
【００１１】そのために、杭頭接合部にゴム等の超弾性
材料を回転ばね要素として導入する。構造物の免震用部
材として積層ゴムが開発実用化されているが、これは大
きな水平せん断変形を発揮させることを主目的とした装
置である。本発明では単層のゴム層もしくは若干の複数
層からなる積層ゴムを、その水平せん断変形機能を拘束
して一定以上の水平変形が発生しないように制限した上
で、新たな回転ばね要素として利用するものである。For this purpose, a superelastic material such as rubber is introduced as a rotary spring element into the pile head joint. Laminated rubber has been developed and put to practical use as a seismic isolation member for structures, but it is a device whose main purpose is to exert large horizontal shear deformation. In the present invention, a single rubber layer or a laminated rubber composed of a plurality of layers is used as a new rotary spring element after restricting its horizontal shear deformation function so that horizontal deformation of a certain degree or more does not occur. Is what you do.
【００１２】[0012]
【実施例】以下、本発明を実施例を示す図面に基づいて
説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings showing embodiments.
【００１３】図１は、積層ゴム免震装置を杭体の耐震安
全性向上に利用しようとする既往の提案例である。杭頭
部に積層ゴム免震装置を設置して、積層ゴムの水平変形
能力により水平方向にフレキシブルな杭頭部を構成しよ
うとするものであるが、この提案図は次の問題を含んで
いる。第一点は、構造物４が地盤１に接触して地中に埋
設されているため、地盤１と構造物４は一体化されてお
り、積層ゴム３の水平変形は発揮されず、基本的に矛盾
した提案となっている。FIG. 1 shows a previously proposed example of using a laminated rubber seismic isolation device for improving the seismic safety of a pile. A laminated rubber seismic isolation device is installed on the pile head to make the pile head flexible in the horizontal direction by the horizontal deformation capability of the laminated rubber. However, this proposed diagram includes the following problems. . The first point is that since the structure 4 is buried in the ground in contact with the ground 1, the ground 1 and the structure 4 are integrated, and the horizontal deformation of the laminated rubber 3 is not exerted. It is a contradictory proposal.
【００１４】第二に、免震装置３が水平変形量ｄ（ｃ
ｍ）を発揮できたと想定した場合には、免震装置が支持
する鉛直荷重Ｐ（ｔ）により、図２に示すように少なく
ともΔＭ＝１／２ｘ（Ｐｘｄ＋Ｑｘｈ）（ｔｃｍ）以上
の付加曲げモーメントが杭頭に作用する。特に地震時に
は建物に作用する水平地震力による柱軸力の変動と鉛直
地震動により鉛直荷重Ｐは容易に長期支持荷重の２倍程
度には増幅する可能性があり、また免震装置の水平変形
ｄも数十ｃｍのオーダーで発生するので、このモーメン
トは極めて大きな値となる。この現象はＰδ効果と呼ば
れており、杭頭の曲げ耐力にとって無視できない大きな
値となる。杭の安全性能を高めるために免震装置が耐震
性能を発揮して大きく変形する程、Ｐδ効果によって杭
頭に作用する付加モーモントが大きくなるという矛盾を
含んでいる。Second, the seismic isolation device 3 has a horizontal deformation amount d (c
m), the additional bending moment of at least ΔM = １ ／ x (Pxd + Qxh) (tcm) or more as shown in FIG. 2 due to the vertical load P (t) supported by the seismic isolation device. Acts on pile head. Especially in the event of an earthquake, the vertical load P may easily be increased to about twice the long-term supporting load due to the fluctuation of the axial force due to the horizontal seismic force acting on the building and the vertical seismic motion. Is generated on the order of several tens of centimeters, so that this moment has an extremely large value. This phenomenon is called the Pδ effect, and is a large value that cannot be ignored for the bending strength of the pile head. Includes the contradiction that the greater the seismic isolation device exerts its seismic performance and greatly deforms to enhance the safety performance of the pile, the greater the additional mormon acting on the pile head due to the Pδ effect.
【００１５】図３は、請求項１に規定する本装置本体部
の基本構成要素を示したもので、若干の水平変形と主目
的の弾性回転ばねを提供する「積層ゴム体：５」、上部
の構造物もしくは基礎フーティングから杭体へ鉛直荷重
を伝達しまた両者を接合するための「接合板：６（６
１，６２）」、積層ゴム体の水平変形を「クリアランス
ｄｏ」以下に制限するための「拘束体：７（７１，７
２）」で構成されている。図３（１）（２）は、拘束体
７（＝７１）が積層ゴム体平面の中央に配置された場
合、図３（３）（４）は、拘束体７（＝７２）が積層ゴ
ム体の外周部に配置された場合を示している。また、図
３（１）（３）は積層ゴム体が３層の積層構造の場合、
図３（２）（４）はゴム体が１層の例である。このよう
に積層ゴム体は、ゴム層が単層の場合と積層された複数
層の場合があるが、以下両者を含めて「積層ゴム体」と
呼ぶことにする。FIG. 3 shows the basic components of the main body of the apparatus as defined in claim 1. The "laminated rubber body: 5" which provides a slight horizontal deformation and a main purpose elastic rotary spring, To transfer the vertical load from the structure or foundation footing to the pile and to join the two together.
1,62) "and" restraint: 7 (71, 7) for limiting the horizontal deformation of the laminated rubber body to not more than "clearance do".
2) ". FIGS. 3 (1) and (2) show the case where the restraining member 7 (= 71) is disposed at the center of the plane of the laminated rubber body, and FIGS. The case where it is arranged on the outer periphery of the body is shown. FIGS. 3 (1) and 3 (3) show a case where the laminated rubber body has a three-layer laminated structure.
FIGS. 3 (2) and (4) show examples of a single rubber layer. As described above, the laminated rubber body includes a single rubber layer and a plurality of laminated rubber layers. Hereinafter, both of them will be referred to as a “laminated rubber body”.
【００１６】図４は、本発明の杭頭結合装置の基本メカ
ニズムの説明図であり、（１）が平常時の状態で、
（２）が地震時において杭頭部に若干の水平変形ｄｏを
伴って回転角θが発生している状態を示している。本発
明は、Ｐδ効果により杭頭に過酷な曲げモーメントを付
加することなく、杭頭部の回転変形拘束を解除してピン
接合に近い杭頭接合を実現するものである。積層ゴム体
の水平変形δが積層ゴム体の中心部もしくは外周に設け
られた拘束体７１（７２）によってクリアランスｄｏ以
下に制限されているために、杭頭に大きな付加モーメン
トは発生し得ない。このクリアランスｄｏは、積層ゴム
体５と杭の曲げ耐力の両観点から共に支障のない範囲に
設定される。許容水平変形ｄｏを小さな値に制限してい
るため、従来の免震構造用積層ゴムに較べて本装置はゴ
ム層総厚さを格段に小さくすることができ、従って経済
的な装置となる。FIG. 4 is an explanatory view of the basic mechanism of the pile head connecting device according to the present invention.
(2) shows a state in which a rotation angle θ is generated with a slight horizontal deformation do on the pile head during an earthquake. The present invention realizes a pile head joint close to a pin joint by releasing the rotational deformation constraint of the pile head without adding a severe bending moment to the pile head by the Pδ effect. Since the horizontal deformation δ of the laminated rubber body is limited to the clearance do or less by the restraining body 71 (72) provided at the center or outer periphery of the laminated rubber body, a large additional moment cannot be generated at the pile head. This clearance do is set within a range that does not hinder both from the viewpoint of the bending strength of the laminated rubber body 5 and the pile. Since the allowable horizontal deformation do is limited to a small value, the present apparatus can make the total thickness of the rubber layer much smaller than that of the conventional laminated rubber for the seismic isolation structure, and is therefore an economical apparatus.
【００１７】積層ゴム体の曲げ剛性ＫＲは、ＫＲ＝Ｍ／
θ＝ＥＲＢ・Ｉｅｑ／ｔＲ（ＥＲＢ ：ゴム体の曲げに関
する見かけの弾性係数、Ｉｅｑ：ゴム体の等価断面２次
モーメント、ｔＲ：ゴム厚さ）によって表され、ゴム体
の平面寸法と厚さおよびゴム材料の弾性係数により容易
に任意の値に設定することができる。従って、杭体の曲
げ剛性に比較してほぼ完全ピンに近い状態に接合するこ
とも、またある程度の回転抵抗を有する弾性ばね接合と
することも可能である。この回転剛性を任意に調整・設
定できることが本発明の大きな特徴である。尚、ゴム層
および積層ゴム体の鉛直荷重の耐荷能力は極めて大き
く、ゴム１層の厚さと面積により任意に調節できるの
で、鉛直荷重の負担・伝達能力は充分且つ容易に確保で
きる。Flexural rigidity K of the laminated rubber bodyRIs KR= M /
θ = ERB・ Ieq/ TR(ERB ： Regarding bending of rubber body
Apparent modulus of elasticity, Ieq： Equivalent section secondary of rubber body
Moment, tR: Rubber thickness), represented by the rubber body
Easy due to the plane dimensions and thickness of the rubber and the elastic modulus of the rubber material
Can be set to any value. Therefore, the pile body song
To be almost completely pinned compared to the
Also, with an elastic spring joint having a certain degree of rotational resistance
It is also possible. Arbitrarily adjust and set this rotational rigidity.
Is a major feature of the present invention. In addition, rubber layer
And laminated rubber body have extremely large vertical load carrying capacity
It can be adjusted arbitrarily according to the thickness and area of one layer of rubber.
The load and transmission capacity of the vertical load can be secured sufficiently and easily.
Wear.
【００１８】以上の装置構成と基本メカニズムが本発明
の請求項１の部分であり、請求項２〜４は、本装置を杭
体および上部の構造物もしくは基礎フーチングに接合す
る施工方法に関するものである。The above device configuration and basic mechanism are a part of claim 1 of the present invention, and claims 2 to 4 relate to a construction method for joining the present device to a pile and an upper structure or a foundation footing. is there.
【００１９】図５は請求項２および３を示したものであ
る。図５（１）は、本装置上下の接合板６（６１，６
２）の外向きに「スタッドボルト８」を配置し、これを
上下の基礎フーティングおよび杭体のコンクリートに打
ち込んで一体化する請求項２の方法である。この方法
は、場所打ちコンクリート杭や比較的太径の既成杭に適
した方法である。FIG. 5 shows the second and third aspects of the present invention. FIG. 5A shows the upper and lower joining plates 6 (61, 6).
3. The method according to claim 2, wherein the "stud bolt 8" is disposed outwardly of the item 2), and the "stud bolt 8" is driven into the concrete of the upper and lower foundation footings and the pile to be integrated. This method is suitable for cast-in-place concrete piles and relatively large diameter existing piles.
【００２０】図５の（２）（３）は、主としてコンクリ
ート系の既成杭を対象としたもので、下側接合板６２に
溶接されており杭体の中心孔内に内接する「突起状接合
体９」を杭中心孔に挿入することによって杭と一体化す
る方法である。図５の（４）（５）は、下側接合板６２
に溶接されており杭体に外接する「キャップ状接合体１
０」を杭に被せて一体化する請求項３の方法を示してい
る。孔内突起状接合体９の方法は、場所打ちコンクリー
ト杭に一旦中心孔を設けて接合体９をコンクリート内に
打ち込む方法により、場所打ちコンクリート杭に適用す
ることも可能である。FIGS. 5 (2) and 3 (3) mainly show an existing pile made of concrete, which is welded to a lower joint plate 62 and inscribed in the center hole of the pile body. In this method, the body 9 "is integrated with the pile by inserting it into the center hole of the pile. (4) and (5) of FIG.
"Cap-shaped joint 1 which is welded to
The method of claim 3 wherein the "0" is integrated over the pile. The method of the in-hole projecting joint 9 can be applied to a cast-in-place concrete pile by a method in which a center hole is once provided in a cast-in-place concrete pile and the joint 9 is driven into concrete.
【００２１】図６は、本発明の結合装置を杭体および上
部の基礎フーティングと一体化した状態を請求項２のス
タッドボルトによる接合方法を例として示したものであ
る。図６の（１）は場所打ちコンクリート杭の場合、
（２）はコンクリート系既成杭の場合、（３）は鋼管杭
の場合を示している。請求項３の接合方法も同様に各種
の杭に適用することができる。FIG. 6 shows a state in which the connecting device of the present invention is integrated with a pile body and an upper foundation footing by way of an example of a joining method using stud bolts. In the case of cast-in-place concrete pile, (1) in FIG.
(2) shows the case of a concrete-based precast pile, and (3) shows the case of a steel pipe pile. The joining method of claim 3 can be similarly applied to various types of piles.
【００２２】図７は、積層ゴム体の水平変形を制限する
拘束体７１（７２）と杭体との接合を図る接合体９（１
０）を一部材で兼用する請求項４を示したものである。
図７の（１）は、杭体の中心に埋め込まれた突起状接合
体９（９７１）が上側接合板６１の高さまで伸びており
中心部拘束体７１として機能する。図７の（２）は、杭
体の外周に被せたキャップ状接合体１０（１０７２）が
上側接合板６１の高さまで伸びており外周部拘束体７２
として機能する。FIG. 7 shows a joint body 9 (1) for joining the constraint body 71 (72) for limiting horizontal deformation of the laminated rubber body to the pile body.
(4) is a combination of (1) and (2).
In FIG. 7A, the projecting joint 9 (971) embedded in the center of the pile extends to the height of the upper joint plate 61 and functions as the center restraint 71. FIG. 7 (2) shows that the cap-shaped joint body 10 (1072) covering the outer periphery of the pile body extends to the height of the upper joint plate 61, and the outer peripheral portion restrictor 72
Function as
【００２３】[0023]
【発明の効果】以上により、本発明の杭頭結合装置を採
用すると、杭体と構造物あるいは基礎フーチングとの接
合において以下の効果を得ることができる。 杭頭を、鉛直荷重と水平せん断力は伝達し曲げモーメ
ントは伝達しないほぼ完全なピン接合とすることができ
るだけでなく、任意の曲げモーメントを伝達できる回転
ばね定数を有する弾性ばね結合とすることができる。 その結果、杭体頭部に発生する地震時応力が著しく低
減され、杭体の耐震安全性能が飛躍的に高まると同時
に、杭体を経済的に設計することが可能となる。 本装置拘束体による水平変形制限値以下の水平変形の
範囲内では、積層ゴム体が免震装置として機能するの
で、ある一定限度の強さまでの地震動入力に対しては免
震効果を発揮する。従って、 上部構造物およびその収容物の耐震安全性能を改善す
ることができる。 地下鉄、鉄道、高速道路などの交通振動や微振動入力
に対しては優れた防振効果を発揮する。また、高振動数
成分の遮断効果が優れ、個体音の伝播を遮断できるの
で、上部構造物の振動・騒音防止効果がある。 本装置は、拘束体により水平変形を小さな値に制限し
ているため、ゴム単層若しくは極めて少数層の積層ゴム
体とすることができ、従って免震を目的とした従来の積
層ゴム免震装置に較べはるかに低コストで供給すること
ができる。 杭体施工後、本装置を杭頭に設置しその上部に基礎フ
ーチングもしくは構造体のコンクリートを打設するだけ
で施工が完了するので、工事が簡単・容易で迅速に行う
ことができる。As described above, when the pile head connecting device of the present invention is employed, the following effects can be obtained in joining the pile body to the structure or the foundation footing. The pile head can be an almost perfect pin joint that transmits vertical load and horizontal shear force but does not transmit bending moment, and can be an elastic spring connection that has a rotating spring constant that can transmit any bending moment. it can. As a result, the seismic stress generated at the pile head is significantly reduced, and the seismic safety performance of the pile is remarkably improved, and at the same time, the pile can be economically designed. Since the laminated rubber body functions as a seismic isolation device within the range of horizontal deformation less than the horizontal deformation limit value by the device restraining body, the seismic isolation effect is exerted against earthquake motion input up to a certain limit of strength. Therefore, the seismic safety performance of the superstructure and its contents can be improved. It has excellent vibration damping effect against traffic vibration and subtle vibration input in subways, railways, and highways. In addition, since the effect of blocking the high frequency component is excellent and the propagation of the individual sound can be blocked, there is an effect of preventing vibration and noise of the upper structure. Since this device limits horizontal deformation to a small value by a restraining body, it can be a rubber single layer or a very small number of laminated rubber bodies. Therefore, the conventional laminated rubber seismic isolation device for the purpose of seismic isolation Can be supplied at a much lower cost. After the pile construction, the construction is completed simply by installing the device on the pile head and placing the foundation footing or the concrete of the structure on the top, so that the construction can be done simply, easily and quickly.
【００２４】以上のとおり、本発明は、杭体の地震時応
力を大幅に低減できる杭頭ピン接合ないし弾性ばね接合
を、簡便な施工方法で迅速に構築することを可能にした
ものであり、本発明により耐震安全性能の優れた杭基礎
構造体を経済的に実現することが可能となった。As described above, the present invention makes it possible to quickly construct a pile head pin joint or an elastic spring joint that can greatly reduce the stress of a pile body during an earthquake by a simple construction method. The present invention has made it possible to economically realize a pile foundation structure having excellent seismic safety performance.
【図１】 杭頭に積層ゴム免震装置を設置する既往の
提案例Fig. 1 Previous proposal example of installing a laminated rubber seismic isolation device at the pile head
【図２】 図１の提案例における杭頭部の説明図 （１）杭・免震装置・基礎フーティング構成および平常
時状態 （２）地震時において、積層ゴム免震装置の水平変形に
よって杭頭に作用する付加モーメントの説明図FIG. 2 is an explanatory view of a pile head in the proposed example of FIG. 1 (1) Pile, seismic isolation device, basic footing configuration and normal state (2) During earthquake, piles are deformed by horizontal deformation of laminated rubber seismic isolation device Illustration of additional moment acting on the head
【図３】 本発明の杭頭結合装置の構成説明図 （１）積層ゴム体＝３層、中心部拘束体（７１）の例 （２）積層ゴム体＝１層、中心部拘束体（７１）の例 （３）積層ゴム体＝３層、外周部拘束体（７２）の例 （４）積層ゴム体＝１層、外周部拘束体（７２）の例FIG. 3 is an explanatory view of a configuration of a pile head coupling device of the present invention. (1) Laminated Rubber Body = 3 Layers, Example of Center Constraint (71) (2) Laminated Rubber Body = 1 Layer, Center Constrained Body (71) Example of (3) Laminated Rubber Body = 3 Layers, Example of Outer Peripheral Restrictor (72) (4) Example of Laminated Rubber Body = 1 Layer, Peripheral Part Restricted Body (72)
【図４】 本発明装置の作動メカニズム説明図 （１）平常時の状態 （２）水平変位ｄｏ、回転角θが発生している地震時の
状態FIG. 4 is an explanatory view of an operation mechanism of the apparatus of the present invention. (1) Normal state (2) State during an earthquake in which horizontal displacement do and rotation angle θ occur
【図５】 杭・上部構造体（基礎フーティング）と本
装置の接合方法 （１）上下接合板共にスタッドボルト（８）による接合
方法 （２）中心部拘束体（７１）を有する結合装置で 上側接合板：スタッドボルト（８）による 下側接合板：杭孔内の挿入式接合体（９）による接合方
法 （３）外周部拘束体（７２）を有する結合装置で 上側接合板：スタッドボルト（８）による 下側接合板：杭孔内の挿入式接合体（９）による接合方
法 （４）中心部拘束体（７１）を有する結合装置で 上側接合板：スタッドボルト（８）による 下側接合板：杭外周のキャップ式接合体（１０）による
接合 （５）外周部拘束体（７２）を有する結合装置で 上側接合板：スタッドボルト（８）による 下側接合板：杭外周のキャップ式接合体（１０）による
接合[FIG. 5] A method of joining a pile / superstructure (foundation footing) to the present apparatus (1) A method of joining both upper and lower joining plates with stud bolts (8) (2) A joining apparatus having a central restraining body (71) Upper joining plate: Stud bolt (8) Lower joining plate: Joining method using insertable joint (9) in pile hole (3) With joining device having outer peripheral restraining body (72) Upper joining plate: Stud bolt (8) Lower joining plate: Joining method using an insertion joint (9) in a pile hole (4) A joining device having a central restraining body (71) Upper joining plate: Lower using stud bolts (8) Joining plate: Joining by cap-type joint body (10) on pile periphery (5) A joining device having an outer peripheral constraining body (72) Upper joining plate: Stud bolt (8) Lower joining plate: Cap type on pile periphery Joining by the joined body (10)
【図６】 杭・本装置・上部基礎フーティングが一体
に接合された状態の説明図方法（上下接合板共スタッド
ボルトによる場合） （１）場所打ちコンクリート杭に適用した場合 （２）コンクリート系既成杭に適用した場合 （３）鋼管杭に適用した場合FIG. 6 is an explanatory view of a state in which the pile, the present apparatus, and the upper foundation footing are integrally joined (in a case where stud bolts are used for both upper and lower joining plates) (1) When applied to a cast-in-place concrete pile (2) Concrete system When applied to existing piles (3) When applied to steel pipe piles
【図７】 杭接合体（９，１０）が変形拘束体（７
１，７２）機能を兼備した例 （１）杭孔内挿入式接合体（９）が変形拘束体（７１）
を兼ねた場合 （２）杭外周のキャップ式接合体（１０）が変形拘束体
（７２）を兼ねている場合FIG. 7 shows that the pile joints (9, 10) are
(1, 72) Example having both functions (1) A joint (9) inserted into a pile hole is a deformation constraint (71)
(2) When the cap-type joint (10) on the outer periphery of the pile also serves as the deformation restricting body (72)
１：地盤 ２：杭 ２１：杭頭接合用打設コンクリート ２２：杭頭コ
ンクリート打設用型枠 ３：積層ゴム免震装置 ４：上部建物
４’：基礎フーチング ５：積層ゴム体本体部 ５１：ゴム層 ５
２：積層用内部鋼板 ６：接合板 ６１：上側接合板 ６
２：下側接合板 ７：変形拘束体 ７１：中心部拘束体 ７
２：外周部拘束体 ８：接合用スタッドボルト ９：杭孔内挿入式接合体 １０：杭外周のキャップ式接合体 ９７１：変形拘束体（７１）を兼ねた杭孔内挿入式接合
体 １０７２：変形拘束体（７２）を兼ねた杭外周のキャッ
プ式接合体1: ground 2: pile 21: concrete for pile head connection 22: formwork for pile head concrete 3: laminated rubber seismic isolation device 4: upper building
4 ': basic footing 5: laminated rubber body main body 51: rubber layer 5
2: Internal steel plate for lamination 6: Joint plate 61: Upper joint plate 6
2: Lower joining plate 7: Deformation restraint 71: Center restraint 7
2: Peripheral part constraint body 8: Stud bolt for joining 9: Pile hole insertion type joint body 10: Cap type joint body on pile outer periphery 971: Pile hole insertion type joint body 1072 serving also as deformation constraint body (71) 1072: Cap-type joint on the outer periphery of the pile also serving as a deformation constraint (72)
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【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成１１年１０月１２日（１９９９．１０．
１２）[Submission date] October 12, 1999 (1999.10.
12)
【手続補正１】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【書類名】 明細書[Document Name] Statement
【発明の名称】 杭頭と構造物との結合装置[Title of the Invention] A connection device between a pile head and a structure
【特許請求の範囲】[Claims]
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】１９９５年の阪神淡路大震災をは
じめとしてこれまでの地震災害の経験により、構造物本
体のみでなくその基礎構造体の耐震安全性の重要性が指
摘されている。本発明は、構造物を支持する杭構造体の
耐震安全性能を合理的且つ経済的に高める杭基礎方式に
関するものである。[Industrial applications] The experience of earthquake disasters, including the 1995 Great Hanshin-Awaji Earthquake, has pointed out the importance of not only the structure itself but also the seismic safety of its basic structure. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a pile foundation system that rationally and economically enhances seismic safety performance of a pile structure supporting a structure.
【０００２】[0002]
【従来技術】軟弱地盤や水上に構造物を建設する場合に
は、構造物を支持するために鋼杭やプレストレスト鉄筋
コンクリート杭などの既成杭、あるいは場所打ちコンク
リート杭など各種の杭基礎が採用されている。2. Description of the Related Art When constructing structures on soft ground or water, various pile foundations such as steel piles, prestressed reinforced concrete piles, and cast-in-place concrete piles are used to support the structures. I have.
【０００３】これらの杭は、平常時における構造物の重
量を支持することが本来の目的であったが、過去におけ
るこれまでの地震災害において杭の損傷事例が多数報告
されてきたために、地震時における杭および基礎構造体
の耐震安全性を確保することが耐震設計上の重要課題と
して指摘されてきた。[0003] The original purpose of these piles was to support the weight of the structure in normal times. However, many cases of damage to the piles in past earthquake disasters have been reported. It has been pointed out that ensuring the seismic safety of piles and foundation structures in Japan is an important issue in seismic design.
【０００４】杭の耐震安全性を向上させる最も一般的方
法は、構造物によって伝達される水平力あるいは杭の周
辺地層の水平変位によって強制変形を受けて杭体に発生
する地震時応力（＝曲げモーメントと水平せん断力）に
耐えられるように、杭体の水平方向耐力（＝曲げ耐力と
せん断耐力）を高める方法である。わが国ではこれまで
長年にわたって、杭体の水平方向耐力を高める各種の方
法が開発・実用化されてきた。[0004] The most general method for improving the seismic safety of piles is to use the seismic stress (= bending) generated in the pile body by forcible deformation due to horizontal force transmitted by a structure or horizontal displacement of the stratum surrounding the pile. This method is to increase the horizontal strength (= bending strength and shear strength) of the pile so as to withstand the moment and the horizontal shear strength. In Japan, various methods for improving the horizontal strength of piles have been developed and put into practical use for many years.
【０００５】杭の水平耐力を高めるこれまでの方法にお
いては、杭体上部の構造物もしくは基礎フーチングに杭
頭部の回転変位を拘束させるように剛結合により杭頭部
を一体化する「杭頭固定」結合を前提条件としている。
しかし、杭頭の回転を拘束結合するために却って杭頭部
には地震時に大きな曲げモーメントとせん断力が発生す
るのであり、この杭頭の結合条件を「杭頭固定」から
「杭頭ピン結合」に変更すると、杭頭部に発生する地震
時応力が大幅に緩和されることは従来から理論的には理
解されていた。[0005] In the conventional method for increasing the horizontal strength of a pile, a pile head is integrated with a structure above a pile body or a foundation footing by rigid connection so as to restrict the rotational displacement of the pile head. It assumes "fixed" binding.
However, a large bending moment and a shearing force are generated at the head of the pile in the event of an earthquake in order to restrict the connection of the rotation of the pile head. It has been theoretically understood that changing to "" greatly reduces the stress at the pile head during an earthquake.
【０００６】近年、この杭頭ピン結合を実現しようとす
る若干の提案がなされるようになってきたが、現実の施
工性まで考慮された合理的且つ経済的な結合方法は未だ
確立されていないのが実状である。[0006] In recent years, some proposals have been made to realize this pile head pin connection, but a reasonable and economical connection method taking into account actual workability has not yet been established. This is the actual situation.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、杭体、特に
杭頭部に発生する地震時応力を大幅に低減できる「杭頭
ピン結合」およびこれを更に合理化した「杭頭自由接
合」を『合理的且つ経済的に』実現できる「杭体頭部と
その上部の構造物もしくは基礎フーチングとの結合方
法」を提供することを主たる課題としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a "pile head pin connection" that can greatly reduce the stress at the time of an earthquake generated in a pile body, especially a pile head, and a "pile head free joint" which further rationalizes this. It is a main object of the present invention to provide a “method for connecting a pile head with a structure or a foundation footing above the pile head” that can be realized “rationally and economically”.
【０００８】また、本発明による結合方法は、『施工が
簡単』であり且つ場所打ちコンクリート杭、鋼杭やコン
クリート系の既成杭など多様化している種々の杭体に適
用できる『適用範囲の広い杭頭結合方法』を実用化する
ことを目的としている。Further, the joining method according to the present invention is "easy to construct" and can be applied to various diversified pile bodies such as cast-in-place concrete piles, steel piles and concrete-based pre-casted piles. The purpose of this project is to make the pile head connection method practical.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】これまでの杭頭固定の基
礎設計では、コンクリート系の杭の場合、杭体内部の主
筋を基礎フーチング内にしっかり飲み込ませ鉄筋とコン
クリートとの付着により杭主筋を定着する方法、鋼杭の
場合には杭鋼管頭部に定着用鉄筋を溶接して基礎フーチ
ング内に定着する方法、若しくは杭体自体を基礎フーチ
ング内に埋め込む方法などが採用されている。この杭頭
固定方法の問題点は、杭頭部の接合部において杭の回転
変位を拘束することにより、地震時に杭体が耐えられな
い程の曲げモーメントと水平せん断力が発生することで
ある。[Means for Solving the Problems] In the conventional foundation design for fixing the pile head, in the case of concrete piles, the main reinforcement inside the pile body is swallowed firmly into the foundation footing, and the main reinforcement of the pile is adhered to the reinforcing steel and concrete. In the case of a steel pile, in the case of a steel pile, a method of welding a reinforcing steel to a pile steel pipe head and fixing it in a basic footing, or a method of embedding a pile itself in the basic footing is adopted. The problem with this method of fixing the pile head is that, by constraining the rotational displacement of the pile at the joint of the pile head, a bending moment and a horizontal shear force that the pile body cannot withstand during an earthquake are generated.
【００１０】本発明では、杭頭部の接合位置において鉛
直荷重とある程度の水平せん断力は伝達でき、曲げモー
メントはできるだけ伝達しない、若しくは伝達モーメン
トを任意の値に設定可能な杭頭接合方法を実現する。即
ち「杭体の曲げ剛性に比較して杭頭接合部の回転変位の
拘束力が小さく、回転ばね定数を任意の値に設定でき
る」ことが本発明の最大の目標であり、最大の特徴であ
る。この結合条件は杭頭完全ピン接合よりも多くの利点
を有しており、本結合方法を「杭頭自由接合」と命名す
る。According to the present invention, a pile head joining method capable of transmitting a vertical load and a certain amount of horizontal shearing force at a joining position of a pile head, transmitting a bending moment as little as possible, or setting the transmitted moment to an arbitrary value is realized. I do. That is, it is the greatest goal of the present invention that "the restraining force of the rotational displacement of the pile head joint is smaller than the bending rigidity of the pile body and the rotational spring constant can be set to an arbitrary value". is there. This connection condition has many advantages over the pile head complete pin connection, and this connection method is named “pile head free connection”.
【００１１】そのために、杭頭接合部にゴム等の超弾性
材料を「回転ばね要素」として導入する。構造物の免震
用部材として積層ゴムが開発実用化されているが、これ
は大きな水平せん断変形を発揮させることを主目的とし
た装置である。本発明では単層のゴム層もしくは若干の
複数層（５層以下）からなる積層ゴムを、その水平せん
断変形機能を拘束して一定以上の水平変形が発生しない
ように制限した上で、新たな回転ばね要素として利用す
るものである。To this end, a superelastic material such as rubber is introduced as a "rotary spring element" into the joint of the pile head. Laminated rubber has been developed and put to practical use as a seismic isolation member for structures, but it is a device whose main purpose is to exert large horizontal shear deformation. In the present invention, a single rubber layer or a laminated rubber composed of a plurality of layers (5 layers or less) is restricted so that the horizontal shear deformation function is restricted so that horizontal deformation of a certain level or more is not generated. It is used as a rotary spring element.
【００１２】[0012]
【実施例】以下、本発明を実施例を示す図面に基づいて
説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings showing embodiments.
【００１３】図１は、積層ゴム免震装置を杭体の耐震安
全性向上に利用しようとする既往の提案例である。杭頭
部に積層ゴム免震装置を設置して、積層ゴムの水平変形
能力により水平方向にフレキシブルな杭頭部を構成しよ
うとするものであるが、この提案図は次の問題を含んで
いる。第一点は、構造物４が地盤１に接触して地中に埋
設されているため、地盤１と構造物４は一体化されてお
り、積層ゴム３の水平変形は発揮されず、基本的に矛盾
した提案となっている。FIG. 1 shows a previously proposed example of using a laminated rubber seismic isolation device for improving the seismic safety of a pile. A laminated rubber seismic isolation device is installed on the pile head to make the pile head flexible in the horizontal direction by the horizontal deformation capability of the laminated rubber. However, this proposed diagram includes the following problems. . The first point is that since the structure 4 is buried in the ground in contact with the ground 1, the ground 1 and the structure 4 are integrated, and the horizontal deformation of the laminated rubber 3 is not exerted. It is a contradictory proposal.
【００１４】第二に、免震装置３が水平変形量ｄ（ｃ
ｍ）を発揮できたと想定した場合には、免震装置が支持
する鉛直荷重Ｐ（ｔ）により、図２に示すように少なく
ともΔＭ＝１／２（Ｐｘｄ＋Ｑｘｈ）（ｔｃｍ）以上の
付加曲げモーメントが杭頭に作用する。特に地震時には
建物に作用する水平地震力による柱軸力の変動と鉛直地
震動の作用により鉛直荷重Ｐは容易に長期支持荷重の２
倍程度には増幅する可能性があり、また免震装置の水平
変形ｄも数十ｃｍのオーダーで発生するので、このモー
メントは極めて大きな値となる。この現象はＰδ効果と
呼ばれており、杭頭の曲げ耐力にとって無視できない大
きな値となる。杭の安全性能を高めるために免震装置が
耐震性能を発揮して大きく変形する程、Ｐδ効果によっ
て杭頭に作用する付加モーモントが大きくなるという矛
盾を含んでいる。Second, the seismic isolation device 3 has a horizontal deformation amount d (c
m), the additional bending moment of at least ΔM = １ ／ (Pxd + Qxh) (tcm) or more as shown in FIG. 2 due to the vertical load P (t) supported by the seismic isolation device. Acts on pile head. Especially in the event of an earthquake, the vertical load P can easily be increased to the long-term supporting load of 2 due to the fluctuation of the axial force due to the horizontal seismic force acting on the building and the action of the vertical ground motion.
There is a possibility that the moment is amplified about twice, and the horizontal deformation d of the seismic isolation device is also generated on the order of several tens of cm. Therefore, this moment is an extremely large value. This phenomenon is called the Pδ effect, and is a large value that cannot be ignored for the bending strength of the pile head. Includes the contradiction that the greater the seismic isolation device exerts its seismic performance and greatly deforms to enhance the safety performance of the pile, the greater the additional mormon acting on the pile head due to the Pδ effect.
【００１５】図３は、請求項１に規定する本装置本体部
の基本構成要素を示したもので、若干の水平変形と主目
的の弾性回転ばねを提供する「積層ゴム体：５」、上部
の構造物もしくは基礎フーティングから杭体へ鉛直荷重
を伝達しまた両者を接合するための「接合板：６（６
１，６２）」、積層ゴム体の水平変形を「クリアランス
ｄｏ」以下に制限するための「拘束体：７（７１，７
２）」で構成されている。図３（１）・（２）は、拘束
体７（＝７１）が積層ゴム体平面の中央に配置された場
合、図３（３）（４）は、拘束体７（＝７２）が積層ゴ
ム体の外周部に配置された場合を示している。また、図
３（１）（３）は積層ゴム体が３層の積層構造の場合、
図３（２）及び（４）はゴム体が１層の例である。この
ように積層ゴム体は、ゴム層が単層の場合と積層された
少数（５層以下）の複数層の場合があるが、以下両者を
含めて「積層ゴム体」と呼ぶことにする。FIG. 3 shows the basic components of the main body of the apparatus as defined in claim 1. The "laminated rubber body: 5" which provides a slight horizontal deformation and a main purpose elastic rotary spring, To transfer the vertical load from the structure or foundation footing to the pile and to join the two together.
1,62) "and" restraint: 7 (71, 7) for limiting the horizontal deformation of the laminated rubber body to not more than "clearance do".
2) ". FIGS. 3 (1) and 3 (2) show the case where the restricting body 7 (= 71) is arranged at the center of the plane of the laminated rubber body, and FIGS. The case where it is arranged on the outer peripheral portion of the rubber body is shown. FIGS. 3 (1) and 3 (3) show a case where the laminated rubber body has a three-layer laminated structure.
FIGS. 3 (2) and (4) show an example in which the rubber body has one layer. As described above, the laminated rubber body includes a single rubber layer and a small number (five or less) of laminated rubber layers. Hereinafter, both of them will be referred to as a “laminated rubber body”.
【００１６】図４は、本発明の杭頭結合装置の基本メカ
ニズムの説明図であり、（１）が平常時の状態で、
（２）が地震時において杭頭部に若干の水平変形ｄｏを
伴って回転角θが発生している状態を示している。本発
明は、Ｐδ効果による過大な付加曲げモーメントを杭頭
に作用させることなく、杭頭部の回転変形拘束を解除し
てピン接合に近い任意の回転ばね剛性を有する杭頭接合
を実現するものである。積層ゴム体の水平変形δが積層
ゴム体の中心部もしくは外周に設けられた拘束体７１
（７２）によってクリアランスｄｏ以下に制限されてい
るために、杭頭に大きな付加モーメントは発生し得な
い。このクリアランスｄｏは、積層ゴム体５と杭の曲げ
耐力の両観点から共に支障のない範囲に設定される。許
容水平変形ｄｏを小さな値に制限しているため、従来の
免震構造用積層ゴムに較べて本装置はゴム層総厚さを格
段に小さくすることができ、従って経済的な装置とな
る。FIG. 4 is an explanatory view of the basic mechanism of the pile head connecting device according to the present invention.
(2) shows a state in which a rotation angle θ is generated with a slight horizontal deformation do on the pile head during an earthquake. The present invention realizes a pile head joint having arbitrary rotational spring stiffness close to a pin joint by releasing the rotational deformation constraint of the pile head without applying an excessive additional bending moment due to the Pδ effect to the pile head. It is. The horizontal deformation δ of the laminated rubber body is caused by the constraint 71 provided at the center or the outer periphery of the laminated rubber body.
Since the clearance is limited to not more than the clearance do by (72), a large additional moment cannot be generated at the pile head. This clearance do is set within a range that does not hinder both from the viewpoint of the bending strength of the laminated rubber body 5 and the pile. Since the allowable horizontal deformation do is limited to a small value, the present apparatus can make the total thickness of the rubber layer much smaller than that of the conventional laminated rubber for the seismic isolation structure, and is therefore an economical apparatus.
【００１７】積層ゴム体の曲げ剛性ＫＲは、ＫＲ＝Ｍ／
θ＝ＥＲＢ・Ｉｅｑ／ｔＲ（ＥＲＢ・ゴム体の曲げに関
する見かけの弾性係数、Ｉｅｑ：ゴム体の等価断面２次
モーメント、ｔＲ：ゴム厚さ）によって表され、ゴム体
の平面寸法と厚さおよびゴム材料の弾性係数により容易
に任意の値に設定することができる。従って、杭体の曲
げ剛性に比較してほぼ完全ピンに近い状態に接合するこ
とも、またある程度の回転抵抗を有する弾性ばね接合と
することも可能である。この回転剛性を任意に調整・設
定できることが本発明の大きな特徴であり、「杭頭自由
接合」と呼ぶ所以である。尚、ゴム層および積層ゴム体
の鉛直荷重の耐荷能力は極めて大きく、ゴム１層の厚さ
と面積により任意に調節できるので、鉛直荷重の負担・
伝達能力は充分且つ容易に確保できる。The flexural rigidity K R of the laminated rubber body, K R = M /
θ = E RB · I eq / t R (E RB · apparent elastic modulus of bending of rubber body, I eq : equivalent second moment of area of rubber body, t R : rubber thickness) It can be easily set to any value according to the plane dimensions and thickness and the elastic coefficient of the rubber material. Therefore, the pile can be joined in a state almost close to a complete pin compared to the bending rigidity of the pile, or an elastic spring having a certain degree of rotational resistance can be joined. The ability to arbitrarily adjust and set this rotational stiffness is a major feature of the present invention, which is why it is referred to as “pile head free joining”. Note that the vertical bearing capacity of the rubber layer and the laminated rubber body is extremely large and can be arbitrarily adjusted according to the thickness and area of one rubber layer.
The transmission capacity can be sufficiently and easily secured.
【００１８】以上の装置構成と基本メカニズムが本発明
の請求項１の部分であり、請求項３および４は、本装置
を杭体および上部の構造物もしくは基礎フーチングへの
接合方法を規定したものである。The above device configuration and basic mechanism are part of claim 1 of the present invention. Claims 3 and 4 define a method of joining the present device to a pile and an upper structure or a foundation footing. It is.
【００１９】図５（１）は最も基本的な接合方法を示し
たもので、本装置上下の接合板６（６１，６２）の外向
きに「スタッドボルト８」を配置し、これを上下の基礎
フーティングおよび杭体のコンクリートに打ち込んで一
体化する方法である。この方法は、場所打ちコンクリー
ト杭や比較的太径の既成杭に適している。FIG. 5A shows the most basic joining method, in which "stud bolts 8" are arranged outwardly of joining plates 6 (61, 62) on the upper and lower sides of the apparatus, and these are attached to the upper and lower sides. It is a method of driving and integrating into the concrete of the foundation footing and pile. This method is suitable for cast-in-place concrete piles and relatively large diameter precast piles.
【００２０】図５の（２）〜（５）が請求項２を示して
おり、（２）（３）は、主としてコンクリート系の既成
杭を対象としたもので、下側接合板６２に溶接されてお
り杭体の中心孔内に内接する「突起状接合体９」を杭中
心孔に挿入することによって杭と一体化する結合装置で
ある。図５の（４）（５）は、下側接合板６２に溶接さ
れており杭体に外接する「キャップ状接合体１０」を杭
に被せて一体化する結合装置を示している。孔内突起状
接合体９の方法は、場所打ちコンクリート杭に一且中心
孔を設けて接合体９をコンクリート内に打ち込む方法に
より、場所打ちコンクリート杭に適用することも可能で
ある。FIGS. 5 (2) to 5 (5) show the second aspect, and (2) and (3) are mainly intended for pre-made concrete piles, and are welded to the lower joint plate 62. This is a coupling device that is integrated with a pile by inserting a “projecting joint 9” inscribed in the center hole of the pile into the center hole of the pile. (4) and (5) of FIG. 5 show a coupling device in which the “cap-shaped joint body 10” welded to the lower joint plate 62 and circumscribed on the pile body is covered with the pile and integrated. The method of the in-hole projecting joint 9 can be applied to a cast-in-place concrete pile by a method in which a center hole is provided in a cast-in-place concrete pile and the joint 9 is driven into concrete.
【００２１】図６は、本発明の結合装置を杭体および上
部の基礎フーティングと一体化した状態を例示したもの
である。図６の（１）は場所打ちコンクリート杭の場
合、（２）はコンクリート系既成杭の場合、（３）は鋼
管杭の場合を示している。図６はスタッドボルトを用い
る場合で図示しているが、請求項２の結合装置も同様の
要領で各種の杭に適用することができる。FIG. 6 exemplifies a state in which the connecting device of the present invention is integrated with a pile body and an upper foundation footing. 6A shows a case of cast-in-place concrete piles, FIG. 6B shows a case of concrete precast piles, and FIG. 6C shows a case of steel pipe piles. FIG. 6 shows a case where stud bolts are used, but the coupling device of claim 2 can be applied to various types of piles in a similar manner.
【００２２】図７は、積層ゴム体の水平変形を制限する
拘束体７１（７２）と杭体との接合を図る接合体９（１
０）を一部材で兼用する請求項３を示したものである。
図７の（１）は、杭体の中心に埋め込まれた突起状接合
体９（９７１）が上側接合板６１の高さまで伸びており
中心部拘束体７１として機能する。図７の（２）は、杭
体の外周に被せたキャップ状接合体１０（１０７２）が
上側接合板６１の高さまで伸びており外周部拘束体７２
として機能する。FIG. 7 shows a joint body 9 (1) for joining the constraint body 71 (72) for limiting horizontal deformation of the laminated rubber body to the pile body.
Claim 3 shows that claim 1) is shared by one member.
In FIG. 7A, the projecting joint 9 (971) embedded in the center of the pile extends to the height of the upper joint plate 61 and functions as the center restraint 71. FIG. 7 (2) shows that the cap-shaped joint body 10 (1072) covering the outer periphery of the pile body extends to the height of the upper joint plate 61, and the outer peripheral portion restrictor 72
Function as
【００２３】[0023]
【発明の効果】以上により、本発明の杭頭結合装置を採
用すると、杭体と構造物あるいは基礎フーチングとの接
合において以下の効果を得ることができる。 杭頭を、鉛直荷重と水平せん断力は伝達し曲げモーメ
ントは伝達しないほぼ完全なピン接合とすることができ
るだけでなく、任意の曲げモーメントを伝達できる回転
ばね定数を有する弾性ばね結合（「杭頭自由接合」）と
することができる。 その結果、杭体頭部に発生する地震時応力が著しく低
減され、杭体の耐震安全性能が飛躍的に高まると同時
に、杭体を経済的に設計することが可能となる。 杭頭自由接合では、杭頭部に適度な曲げモーメントを
負担させることができるので、杭頭完全ピンよりも杭体
中間部に発生する曲げモーメントが緩和され、杭頭ピン
よりも更に合理的・経済的な杭体の耐震設計が可能とな
る。 本装置拘束体による水平変形制限値以下の水平変形の
範囲内では、積層ゴム体が免震装置として機能するの
で、ある一定限度の強さまでの地震動入力に対しては免
震効果を発揮する。従って、 上部構造物およびその収容物の耐震安全性能を改善す
ることができる。 地下鉄、鉄道、高速道路などの交通振動や微振動入力
に対しては優れた防振効果を発揮する。また、高振動数
成分の遮断効果が優れ、個体音の伝播を遮断できるの
で、上部構造物の振動・騒音防止効果がある。 本装置は、拘束体により水平変形を小さな値に制限し
ているため、ゴム単層若しくは極めて少数層の積層ゴム
体とすることができ、従って免震を目的とした従来の積
層ゴム免震装置に較べはるかに低コストで供給すること
ができる。 杭体施工後、本装置を杭頭に設置しその上部に基礎フ
ーチングもしくは構造体のコンクリートを打設するだけ
で施工が完了するので、工事が簡単・容易で迅速に行う
ことができる。 本装置は、弾性復元力を有しているので、施工時にお
いても元位置復帰能力があり、装置の保持が容易であ
り、施工性がよい。 ▲１０▼また、地震後には杭頭・および杭体は元位置に
復元し残留変形が残らない。As described above, when the pile head connecting device of the present invention is employed, the following effects can be obtained in joining the pile body to the structure or the foundation footing. Not only can the pile head be a nearly perfect pin joint that transmits vertical loads and horizontal shear forces but does not transmit bending moments, but also has an elastic spring connection with a rotational spring constant that can transmit any bending moment ("Pile head" Free joining "). As a result, the seismic stress generated at the pile head is significantly reduced, and the seismic safety performance of the pile is remarkably improved, and at the same time, the pile can be economically designed. In the free joint of the pile head, an appropriate bending moment can be applied to the pile head, so the bending moment generated in the middle of the pile body is reduced more than the complete pin of the pile head, and it is more rational than the pin of the pile head. Economical seismic design of piles becomes possible. Since the laminated rubber body functions as a seismic isolation device within the range of horizontal deformation less than the horizontal deformation limit value by the device restraining body, the seismic isolation effect is exerted against earthquake motion input up to a certain limit of strength. Therefore, the seismic safety performance of the superstructure and its contents can be improved. It has excellent vibration damping effect against traffic vibration and subtle vibration input in subways, railways, and highways. In addition, since the effect of blocking high frequency components is excellent and the propagation of individual sound can be blocked, the effect of preventing vibration and noise of the upper structure is obtained. Since this device limits horizontal deformation to a small value by a restraining body, it can be a rubber single layer or a very small number of laminated rubber bodies. Therefore, the conventional laminated rubber seismic isolation device for the purpose of seismic isolation Can be supplied at a much lower cost. After the pile construction, the construction is completed simply by installing the device on the pile head and placing the foundation footing or the concrete of the structure on the top, so that the construction can be done simply, easily and quickly. Since the present device has an elastic restoring force, it has the ability to return to the original position even at the time of construction, is easy to hold the device, and has good workability. (10) After the earthquake, the pile head and the pile body are restored to their original positions, and no residual deformation remains.
【００２４】以上のとおり、本発明は、杭体の地震時応
力を大幅に低減できる杭頭自由接合（ピン接合〜任意の
回転ばね定数を有する接合）を、簡便な施工方法で迅速
に構築することを可能にしたものであり、本発明により
耐震安全性能の優れた杭基礎構造体を経済的に実現する
ことが可能となった。As described above, according to the present invention, a pile head free joint (a pin joint to a joint having an arbitrary rotation spring constant) that can greatly reduce the stress of a pile body during an earthquake is quickly constructed by a simple construction method. According to the present invention, a pile foundation structure having excellent seismic safety performance can be economically realized.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】 杭頭に積層ゴム免震装置を設置する既往の
提案例Fig. 1 Previous proposal example of installing a laminated rubber seismic isolation device at the pile head
【図２】 図１の提案例における杭頭部の説明図 （１）杭・免震装置・基礎フーティング構成および平常
時状態 （２）地震時において、積層ゴム免震装置の水平変形に
よって杭頭に作用する付加モーメントの説明図FIG. 2 is an explanatory view of a pile head in the proposed example of FIG. 1 (1) Pile, seismic isolation device, basic footing configuration and normal state (2) During earthquake, piles are deformed by horizontal deformation of laminated rubber seismic isolation device Illustration of additional moment acting on the head
【図３】 本発明の杭頭結合装置の構成説明図 （１）積層ゴム体＝３層、中心部拘束体（７１）の例 （２）積層ゴム体＝１層、中心部拘束体（７１）の例 （３）積層ゴム体＝３層、外周部拘束体（７２）の例 （４）積層ゴム体＝１層、外周部拘束体（７２）の例FIG. 3 is an explanatory view of a configuration of a pile head coupling device of the present invention. (1) Laminated Rubber Body = 3 Layers, Example of Center Constraint (71) (2) Laminated Rubber Body = 1 Layer, Center Constrained Body (71) Example of (3) Laminated Rubber Body = 3 Layers, Example of Outer Peripheral Restrictor (72) (4) Example of Laminated Rubber Body = 1 Layer, Peripheral Part Restricted Body (72)
【図４】 本発明装置の作動メカニズム説明図 （１）平常時の状態 （２）水平変位ｄｏ、回転角θが発生している地震時の
状態FIG. 4 is an explanatory view of an operation mechanism of the apparatus of the present invention. (1) Normal state (2) State during an earthquake in which horizontal displacement do and rotation angle θ occur
【図５】 杭・上部構造体（基礎フーティング）と本
装置の接合方法 （１）上下接合板共にスタッドボルト（８）による接合
方法 （２）中心部拘束体（７１）を有する結合装置で 上側接合板：スタッドボルト（８）による 下側接合板：杭孔内の挿入式接合体（９）による接合方
法 （３）外周部拘束体（７２）を有する結合装置で 上側接合板：スタッドボルト（８）による 下側接合板：杭孔内の挿入式接合体（９）による接合方
法 （４）中心部拘束体（７１）を有する結合装置で 上側接合板：スタッドボルト（８）による 下側接合板：杭外周のキャップ式接合体（１０）による
接合 （５）外周部拘束体（７２）を有する結合装置で 上側接合板：スタッドボルト（８）による 下側接合板：杭外周のキャップ式接合体（１０）による
接合[FIG. 5] A method of joining a pile / superstructure (foundation footing) to the present apparatus (1) A method of joining both upper and lower joining plates with stud bolts (8) (2) A joining apparatus having a central restraining body (71) Upper joining plate: Stud bolt (8) Lower joining plate: Joining method using insertable joint (9) in pile hole (3) With joining device having outer peripheral restraining body (72) Upper joining plate: Stud bolt (8) Lower joining plate: Joining method using an insertion joint (9) in a pile hole (4) A joining device having a central restraining body (71) Upper joining plate: Lower using stud bolts (8) Joining plate: Joining by cap-type joint body (10) on pile periphery (5) A joining device having an outer peripheral constraining body (72) Upper joining plate: Stud bolt (8) Lower joining plate: Cap type on pile periphery Joining by the joined body (10)
【図６】 杭・本装置・上部基礎フーティングが一体
に接合された状態の説明図方法（上下接合板共スタッド
ボルトによる場合） （１）場所打ちコンクリート杭に適用した場合 （２）コンクリート系既成杭に適用した場合 （３）鋼管杭に適用した場合FIG. 6 is an explanatory view of a state in which the pile, the present apparatus, and the upper foundation footing are integrally joined (in a case where stud bolts are used for both upper and lower joining plates) (1) When applied to a cast-in-place concrete pile (2) Concrete system When applied to existing piles (3) When applied to steel pipe piles
【図７】 杭接合体（９，１０）が変形拘束体（７
１，７２）機能を兼備した例 （１）杭孔内挿入式接合体（９）が変形拘束体（７１）
を兼ねた場合 （２）杭外周のキャップ式接合体（１０）が変形拘束体
（７２）を兼ねている場合FIG. 7 shows that the pile joints (9, 10) are
(1, 72) Example having both functions (1) A joint (9) inserted into a pile hole is a deformation constraint (71)
(2) When the cap-type joint (10) on the outer periphery of the pile also serves as the deformation restricting body (72)
【符号の説明】 １：地盤 ２：杭 ２１：杭頭接合用打設コンクリート ２２：杭頭コ
ンクリート打設用型枠 ３：積層ゴム免震装置 ４：上部建物
４’：基礎フーチング ５：積層ゴム体本体部 ５１：ゴム層
５２：積層用内部鋼板 ６：接合板 ６１：上側接合板
６２：下側接合板 ７：変形拘束体 ７１：中心部拘束体
７２：外周部拘束体 ８：接合用スタッドボルト ９：杭孔内挿入式接合体 １０：杭外周のキャップ式接合体 ９７１ ：変形拘束体（７１）を兼ねた杭孔内挿入式接
合体 １０７２：変形拘束体（７２）を兼ねた杭外周のキャッ
プ式接合体[Description of Signs] 1: Soil 2: Pile 21: Pile head jointing concrete 22: Pile head concrete casting form 3: Laminated rubber seismic isolation device 4: Upper building
4 ': basic footing 5: laminated rubber body main body 51: rubber layer
52: Internal steel plate for lamination 6: Joint plate 61: Upper joint plate
62: Lower joining plate 7: Deformation constraint 71: Center constraint
72: Peripheral part constraint body 8: Stud bolt for joining 9: Pile hole insertion type joint body 10: Cap type joint body around pile periphery 971: Pile hole insertion type joint body 1072 which also serves as deformation constraint body (71) 1072: Cap-type joint on the outer periphery of the pile also serving as a deformation constraint (72)
Claims (4)
しくは構造物の基礎フーチングとの間に配置される杭頭
結合装置であり、杭体と構造物側両者に接触する接合板
を有し、その接合板間に単層のゴム状弾性体もしくは２
層以上のゴム状弾性体と鋼板で構成される積層ゴム体部
分を有し、且つその積層ゴム体の平面中央部もしくは外
側周囲に積層ゴム体の一定以上の水平変形を制限する拘
束体を有し、積層ゴム体に若干の水平変形と主たる回転
変形を発生可能としたことを特徴とする杭体頭部と構造
物との結合装置。1. A pile head connecting device disposed between a head of a pile supporting a structure and a footing of the structure or the structure, and a joining plate contacting both the pile and the structure side. And a single-layer rubber-like elastic body or 2 between the joining plates.
It has a laminated rubber body portion composed of at least one layer of a rubber-like elastic body and a steel plate, and has a restraining body at the center or outside of the plane of the laminated rubber body to limit horizontal deformation of the laminated rubber body by a certain amount or more. And an apparatus for joining a pile head and a structure, wherein a slight horizontal deformation and a main rotational deformation can be generated in the laminated rubber body.
上下の接合板共に接合板に溶接されたスタッドボルトを
有し、それを杭体および構造物基礎のコンクリート内に
打設することにより連結することを特徴とする杭体と構
造物との結合方法。2. The pile head coupling device according to claim 1, wherein
A method of joining a pile and a structure, wherein the upper and lower joining plates have stud bolts welded to the joining plate, and are connected by being driven into the concrete of a pile and a structure foundation. .
上側の接合板に溶接されたスタッドボルトにより構造物
もしくは基礎フーチングと結合し、下側の接合板には杭
体内部の孔内に嵌合する突起状接合体もしくは杭体外周
を囲むキャップ状接合体により杭体と連結することを特
徴とする杭体と構造物との結合方法。3. The pile head coupling device according to claim 1,
Stud bolts welded to the upper joint plate are connected to the structure or foundation footing, and the lower joint plate is a projecting joint that fits into the hole inside the pile or a cap-like joint that surrounds the periphery of the pile A method for connecting a pile to a structure, wherein the method is connected to the pile by a body.
下側接合板に固定された上記請求項３の杭孔内突起状接
合体若しくは杭外周キャップ状接合体が、上側接合板の
高さまで伸びており、積層ゴム体の水平変形を制限する
拘束体を兼ねていることを特徴とする杭体頭部と構造物
との結合装置。4. The pile head coupling device according to claim 1,
4. The constraining member which is fixed to the lower joint plate and has the protrusion-in-pile-hole joint or the outer-peripheral cap-like joint of claim 3 extending to the height of the upper joint plate and restricting horizontal deformation of the laminated rubber body. A coupling device for a pile body head and a structure, which also serves as
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006161363A (en) * | 2004-12-06 | 2006-06-22 | Shimizu Corp | Pile design system |
| CN113638361A (en) * | 2021-08-26 | 2021-11-12 | 哈尔滨工业大学 | Connection structure of port and pier PHC tubular pile and superstructure |
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-
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| CN115290830B (en) * | 2022-09-30 | 2023-01-31 | 武汉科技大学 | Automobile emission detection device |
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