JP2008082073A - Joint structure of pile and post - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主として1杭1柱式の鉄道RCラーメン高架橋で採用される鉄筋コンクリート造の杭と鉄筋コンクリート造の柱との接合構造に関する。 The present invention mainly relates to a joint structure between a reinforced concrete pile and a reinforced concrete column employed in a 1-pile 1-column type railway RC rigid frame viaduct.
従来、この種の杭と柱の接合構造は図13に示すようになっている。図中GLは地面、GL´は盛土、1は鉄筋コンクリート造の杭を示している。杭1は、ケーシング工法により地表から掘削した孔内に鉄筋11を建て込んだ後、孔内にコンクリートを打設することにより造成される。杭1の上端には、橋台2を支える鉄筋コンクリート造の柱3が接続されている。尚、柱3の下端部は鉄筋コンクリート造の地中梁4に一体に連続するフーチング3aになっている。杭1の鉄筋11と柱3の鉄筋31は、夫々、周方向の間隔を存して配設した軸方向に長手の主筋12,32と、これら主筋12,32を取り囲む、軸方向の間隔を存して配設したリング状の帯鉄筋13,33とで構成される。
Conventionally, this type of pile-column connection structure is as shown in FIG. In the figure, GL is the ground, GL ′ is embankment, and 1 is a reinforced concrete pile. The
杭1の鉄筋11の上端部は、杭1の上端面より上方にのびて、柱3の鉄筋31の下端部にオーバーラップしている。これにより杭1と柱3の接続強度が向上する。然し、柱3の鉄筋31の下端部における配筋作業がこれにオーバーラップする杭1の鉄筋11に邪魔されて非常に面倒になり、また、鉄筋11,31のオーバーラップ部分へのコンクリートの打設も面倒になり、施工性が悪くなる不具合がある。
The upper end portion of the reinforcing
かかる不具合を解消するため、鉄筋コンクリート造の杭と鉄筋コンクリート造の柱とを、杭の鉄筋の上端部を柱の鉄筋の下端部にオーバーラップさせることなく接続する杭と柱の接合構造も従来知られている(例えば、特許文献1参照)。このものでは、所定長さの鋼管の下半部が杭の上端部の鉄筋で囲われる断面中央部に埋め込まれると共に、鋼管の上半部が柱の下端部の鉄筋で囲われる断面中央部に埋め込まれ、杭と柱が鋼管を介して接続される。
上記の如く杭と柱とを鋼管を介して接続するものでは、杭の鉄筋の上端部が柱の鉄筋の下端部にオーバーラップしないため、施工性が著しく向上する。然し、このものでは、本願発明者が行った後述する試験の結果、杭に埋め込まれた鋼管の周囲の帯鉄筋の量が不足すると、鋼管周囲のコンクリートが割裂破壊し、杭と柱の接続部分の曲げ耐力が低下すると共にじん性能も低下して、所要の耐震性能を確保できなくなることが判明した。 In the case where the pile and the column are connected via the steel pipe as described above, the workability is remarkably improved because the upper end of the reinforcing bar of the pile does not overlap the lower end of the reinforcing bar of the column. However, in this case, if the amount of steel bars around the steel pipe embedded in the pile is insufficient as a result of the test described later by the present inventor, the concrete around the steel pipe breaks and breaks, and the connection part between the pile and the column It has been found that the required seismic performance cannot be ensured due to the decrease in the bending strength and the dust performance.
本発明は、以上の点に鑑み、鋼管の周囲の帯鉄筋の量を適切に設定して、杭と柱の接続部分の曲げ耐力とじん性能とを杭の鉄筋の上端部が柱の鉄筋の下端部にオーバーラップするものと同等以上に向上できるようにした杭と柱の接合構造を提供することをその課題としている。 In view of the above points, the present invention appropriately sets the amount of steel bar reinforcement around the steel pipe, and determines the bending strength and dust performance of the connection part between the pile and the column. An object of the present invention is to provide a pile-column joint structure that can be improved to be equal to or higher than that overlapping the lower end portion.
上記課題を解決するために、本発明は、鉄筋コンクリート造の杭と鉄筋コンクリート造の柱とを、杭の鉄筋の上端部を柱の鉄筋の下端部にオーバーラップさせることなく接続する杭と柱の接合構造であって、所定長さの鋼管の下半部が杭の上端部の鉄筋で囲われる断面中央部に埋め込まれ、鋼管の上半部が柱の下端部の鉄筋で囲われる断面中央部に埋め込まれるものにおいて、鋼管の太さ及び肉厚は、鋼管の断面の曲げ耐力が杭の鉄筋の主筋全体の断面の曲げ耐力と同等になるように設定され、杭と柱の接続部分に作用する所定の水平力に抗するのに必要な杭の鋼管に対する支圧力と、杭への鋼管の埋め込み深さとから杭の主筋を取り囲むリング状の帯鉄筋の量を決定し、この量の帯鉄筋を鋼管の周囲の杭部分に配設することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a connection between a pile and a column that connects a reinforced concrete pile and a reinforced concrete column without overlapping the upper end of the reinforcing bar of the pile with the lower end of the reinforcing bar of the column. In the structure, the lower half of the steel pipe of a predetermined length is embedded in the center of the cross section surrounded by the reinforcing bar at the upper end of the pile, and the upper half of the steel pipe is embedded in the central part of the cross section surrounded by the reinforcing bar at the lower end of the column. In the embedded structure, the thickness and wall thickness of the steel pipe are set so that the bending strength of the cross section of the steel pipe is equal to the bending strength of the cross section of the main reinforcing bar of the pile, and acts on the connection part of the pile and column. The amount of ring-shaped rebar that surrounds the main bar of the pile is determined from the support pressure on the steel pipe of the pile necessary to withstand a predetermined horizontal force and the depth of embedding of the steel pipe in the pile. It arrange | positions in the pile part around a steel pipe, It is characterized by the above-mentioned.
杭と柱の接続部分に作用する水平力に抗する抵抗力は、主として鋼管に対するその前背面のコンクリートによる支圧力で得られる。この支圧力は、鋼管の周囲のコンクリートが健全なときに期待できるものであり、このコンクリートが割裂破壊する場合には、支圧力は期待できず、曲げ耐力及びじん性能が低下する。従って、曲げ耐力及びじん性能を向上させるには、鋼管の周囲のコンクリートをしっかりと拘束してその割裂破壊を抑制できるように、鋼管の周囲の杭部分に配設する帯鉄筋の量を適切に設定することが必要になる。そして、本願発明によれば、杭と柱の接続部分に作用する所定の水平力に抗するのに必要な杭の鋼管に対する支圧力が得られるように帯鉄筋の量を決定し、この量の帯鉄筋を鋼管の周囲の杭部分に配設するため、杭と柱の接続部分に所定の水平力が作用しても鋼管の周囲のコンクリートは割裂破壊しない。その結果、杭と柱の接続部分の曲げ耐力及びじん性能が向上する。 The resistance force against the horizontal force acting on the connection part between the pile and the column is obtained mainly by the support pressure by the concrete on the front and back surfaces of the steel pipe. This bearing pressure can be expected when the concrete surrounding the steel pipe is healthy. If this concrete breaks and breaks, the bearing pressure cannot be expected, and the bending strength and the dust performance deteriorate. Therefore, in order to improve the bending strength and the toughness performance, the amount of the steel bars to be arranged in the pile part around the steel pipe is appropriately adjusted so that the concrete around the steel pipe can be firmly restrained and the split fracture can be suppressed. It becomes necessary to set. And according to the present invention, the amount of the rebar is determined so that the supporting pressure against the steel pipe of the pile necessary to resist the predetermined horizontal force acting on the connecting portion of the pile and the column is obtained, and this amount Since the steel bars are arranged in the pile portion around the steel pipe, the concrete around the steel pipe does not split and break even if a predetermined horizontal force acts on the connection portion between the pile and the column. As a result, the bending strength and the dust performance of the connection part of a pile and a column improve.
より具体的には、鋼管の断面形状が正方形である場合、杭と柱の接続部分に作用する所定の水平力をQ、この水平力に抗するのに必要な杭の鋼管に対する支圧力をP、杭への鋼管の埋め込み深さをL、鋼管の周囲に配設する帯鉄筋の引張降伏耐力をfsy、鋼管の単位長さ当りの帯鉄筋の断面積をAs、補正係数をαとして、次式、
P=α・fsy・As・cos45°・P・L/(2P−Q)
が、αを1.5〜3.0の値にして成立するように、Asを決定し、このAsに見合う量の帯鉄筋を鋼管の周囲の杭部分に配設する。これによれば、後述する試験結果から明らかなように、杭と柱の接続部分の曲げ耐力とじん性能を杭の鉄筋の上端部が柱の鉄筋の下端部にオーバーラップするものと同等以上に向上できる。
More specifically, when the cross-sectional shape of the steel pipe is a square, the predetermined horizontal force acting on the connecting portion of the pile and the column is Q, and the support pressure to the steel pipe of the pile necessary to resist this horizontal force is P , L is the depth of steel pipe embedded in the pile, fsy is the tensile yield strength of the steel bars disposed around the steel pipe, As is the cross-sectional area of the steel bars per unit length of the steel pipe, and α is the correction factor. formula,
P = α, fsy, As, cos 45 °, P, L / (2P-Q)
However, As is determined so that α is set to a value of 1.5 to 3.0, an amount of the reinforcing bar corresponding to the As is disposed in the pile portion around the steel pipe. According to this, as is clear from the test results described later, the bending strength and the dust performance of the connection part of the pile and the column are equal to or higher than those in which the upper end of the reinforcing bar of the pile overlaps the lower end of the reinforcing bar of the column. Can be improved.
尚、Asを大きくすればする程αは小さくなるが、Asの増大に伴い施工性が悪くなるため、αの下限は1.5としている。また、αが3.0を上回る場合は、Asが小さくなり過ぎて、鋼管周囲のコンクリートが帯鉄筋による拘束力不足で割裂破壊しやすくなる。そして、杭の鉄筋の上端部が柱の鉄筋の下端部にオーバーラップするものと同等以上の曲げ耐力とじん性能とを得ることができなくなる。そこで、αの上限は3.0としている。 In addition, although α becomes small, so that As is enlarged, since workability worsens with the increase in As, the lower limit of α is set to 1.5. Moreover, when (alpha) exceeds 3.0, As will become small too much, and the concrete around a steel pipe will be easy to split and break by the restraint force with a strip reinforcement insufficient. And it becomes impossible to obtain the bending strength and the dust performance equivalent to or higher than those in which the upper end of the reinforcing bar of the pile overlaps the lower end of the reinforcing bar of the column. Therefore, the upper limit of α is set to 3.0.
図1は本発明の実施形態の杭と柱の接合構造を示している。尚、図13に示した上記従来例と同様の部材、部位には上記と同一の符号を付している。本実施形態では、図2に示されているように、杭1が断面円形であり、柱2が断面正方形である。
FIG. 1 shows a joint structure between a pile and a column according to an embodiment of the present invention. Note that the same members and parts as those in the conventional example shown in FIG. In this embodiment, as FIG. 2 shows, the
また、本実施形態では、杭1の鉄筋11の上端部が柱3の鉄筋31の下端部にオーバーラップしていない。その代り、図2に示す如く断面正方形の鋼管5を用い、この鋼管5の下半部を杭1の上端部の鉄筋11で囲われる断面中央部に埋め込むと共に、鋼管5の上半部を柱3の下端部の鉄筋31で囲われる断面中央部に埋め込んでいる。これにより、杭1と柱3とが鋼管5を介して接続される。尚、杭1と柱3の接続部分の曲げ耐力が杭1の鉄筋11の上端部を柱3の鉄筋31の下端部にオーバーラップさせる図13に示すものと同等になるように、鋼管5の太さと肉厚は、鋼管5の断面の曲げ耐力が杭1の鉄筋11の主筋12全体の断面の曲げ耐力と同等になるように設定されている。
Moreover, in this embodiment, the upper end part of the reinforcing
ここで、鋼管5及びコンクリートの材料強度を十分利用して、杭1と柱3の接続部分の曲げ耐力及びじん性能を効率良く向上させるには、杭1の鋼管5の周囲のコンクリートを杭1の帯鉄筋33でしっかりと拘束して、鋼管5の周囲のコンクリートが割裂破壊しないようにすることが必要になる。そこで、鋼管5の周囲の杭1の部分に配設する帯鉄筋33の量をどのように決定すれば良いかを調べるため、下記の試験を行った。
Here, in order to efficiently improve the bending strength and the dust performance of the connection part of the
試験に用いた試験体はNo1からNo6までの6種類であり、何れの試験体も外形寸法は図3に示す通りである。即ち、試験体は、鉄道RCラーメン高架橋の1柱1杭式の基礎に一般的に用いられるφ1000mmの杭の1/2モデルのφ500(長さ2000mm)の鉄筋コンクリート造の杭1であり、その一端にフーチング3aに対応する平面形状2500mm×1500mm高さ800mmの直方体形状の接合部3a´が一体に形成されている。そして、接合部3a´を下にした上下反転姿勢で試験体を試験機のベースに接合部において固定し、杭1の上端に自重による圧縮応力度に相当する1N/mm2の鉛直荷重を載荷する。また、接合部3a´から1500mm離れた杭1の上部を油圧ジャッキで水平方向に押し引きし、この部分に正負交番の水平荷重を載荷するようにした。
There are six types of test bodies used in the tests from No1 to No6, and the outer dimensions of all the test bodies are as shown in FIG. In other words, the specimen is a reinforced
No1の試験体は、図13に示した従来例を模したものであり、図4(a)に示すように、主筋12が接合部3a´に亘って配設されている。主筋12は、杭1の断面中心と同心の直径360mmの円周上に周方向に等間隔で16本配設されている。また、帯鉄筋13は、図4(a)にA,Cで示す杭1の上部と接合部3a´内の領域では軸方向に120mm間隔で配設され、Bで示す領域では軸方向に60mm間隔で配設されている。
The test specimen No. 1 simulates the conventional example shown in FIG. 13, and as shown in FIG. 4A, the
No2〜No6の試験体も、主筋12が杭1の断面中心と同心の直径360mmの円周上に周方向に等間隔で16本配設されているが、主筋12は、図4(b)に示すように、接合部3a´の60mm手前で終端している。そして、杭1の鉄筋11で囲われる断面中央部に接合部3a´の下端に達する鋼管5が埋め込まれている。また、帯鉄筋13は、図4(b)にAで示す杭1の上部領域では軸方向に120mm間隔で配設され、Bに示す鋼管5の周囲の杭部分を含む領域では60mm間隔で配設されている。
In the specimens No. 2 to No. 6, 16
ここで、主筋12は、No1〜No6の何れの試験体においても、SD345製の直径16mmのものである。また、鋼管5は、No2〜No6の何れの試験体においても、SM490製で、断面形状が一辺200mmの正方形である。また、鋼管5の肉厚は、鋼管5の断面の曲げ耐力が16本の主筋12全体の断面の曲げ耐力と同等になるように、8mmに設定されている。
Here, the
No1の試験体の図4(a)のA,B,C各領域と、No2〜No6の試験体の図4(b)のA領域に配設する帯鉄筋13は何れもSD345製の直径10mmのものである。また、No2〜No4の試験体の図4(b)のB領域に配設する帯鉄筋13は、上記と同様にSD345製の直径10mmのものであるが、杭1への鋼管5の埋め込み深さLがNo2の試験体では800mm、No3の試験体では600mm、No4の試験体では400mmになっている。また、No5とNo6の試験体は、杭1への鋼管5の埋め込み深さLが共に600mmになっているが、図4(b)のB領域に配設する帯鉄筋13を、No5の試験体ではSD345製の直径13mmのものとし、No6の試験体ではSD345製の直径16mmのものとしている。
4A of the No. 1 test body, each of the reinforcing
各試験体に用いた主筋12、帯鉄筋13、鋼管5及びコンクリートの材料強度の試験値を下記表1に示す。
Table 1 below shows the test values of the material strength of the
試験は、各試験体の杭1の上部に上記の如く油圧ジャッキの押し引きで正負交番の水平荷重を載荷することで行った。荷重・変位の制御は、No1の試験体において以下の手順で行った。即ち、降伏するまでは荷重制御で水平荷重を正負1サイクル毎に10kN宛増加させて載荷した。降伏の判定は、油圧ジャッキを押し出す方向の載荷において、引張側45°方向(水平荷重の作用線に対し水平方向に45°回転した方向)の主筋11のひずみが降伏ひずみに達した時点とし、このときの変位を降伏変位とした。降伏後は、変位が降伏変位の偶数倍で3サイクル毎に段階的に増加するように変位制御で水平荷重を載荷した。載荷の終了は荷重―変位曲線の包絡線における水平荷重が最大水平荷重の50%を下回ることを目標にした。No2〜No6の試験体の載荷試験は、No1の試験体の降伏変位を用いてNo1の試験体の場合と同様の方法で行った。
The test was carried out by loading a horizontal load of alternating positive and negative by pushing and pulling the hydraulic jack as described above on the top of the
以下の説明では、No1の試験体の降伏変位8.7mmをΔと記し、油圧ジャッキを押し出す方向の水平荷重・水平変位を+、油圧ジャッキを引き戻す方向の水平荷重・水平変位を−とする。また、荷重、変位は水平荷重の作用点の水平荷重、水平変位を意味する。 In the following description, the yield displacement 8.7 mm of the No. 1 specimen is denoted by Δ, the horizontal load / horizontal displacement in the direction of pushing out the hydraulic jack is +, and the horizontal load / horizontal displacement in the direction of pulling back the hydraulic jack is −. Moreover, a load and a displacement mean the horizontal load and horizontal displacement of the action point of a horizontal load.
図5は各試験体の荷重と変位の履歴曲線を示している。尚、荷重は、鉛直方向荷重による偏心曲げモーメントの影響を加味した値になっている。 FIG. 5 shows a load and displacement history curve of each specimen. The load is a value that takes into account the effect of the eccentric bending moment due to the vertical load.
No1の試験体では、変位8.7mm、荷重148kNで引張側45°方向の主筋12のひずみが降伏ひずみに達し、杭基部及び杭側面に3本の水平な曲げひび割れが発生した。その後、6Δまでは175kN前後の一定の荷重のまま変形が増大した。この間に曲げひび割れの先端から斜め下方へ向かうせん断ひび割れが発生した。せん断ひび割れは杭基部から30cm程度の区間で密に発生した。また、杭基部には、コンクリートの圧壊に伴う縦方向のひび割れも生じた。
In the No. 1 test body, the strain of the
そして、6Δで杭基部コンクリートの圧壊に伴う被りコンクリートの剥落が始まり、変形が進むのに伴い剥落範囲が大きくなって、荷重が低下した。その後、12Δの2,3サイクル目の繰り返し載荷において荷重は1サイクル目に比べ低下が顕著になり、12Δの3サイクル〜14Δにかけて主筋12が破断して荷重は大きく低下した。履歴曲線の形状は、図5(a)に示すように、紡錘型の吸収エネルギーが大きい形状になった。また、破壊形式は、杭基部に塑性ヒンジが形成され、主筋12が座屈して被りコンクリートがはらみ出す曲げ破壊であった。
Then, at 6Δ, the covering concrete started to peel off due to the collapse of the pile base concrete, and as the deformation progressed, the peeling range increased and the load decreased. Thereafter, in the repeated loading of the second and third cycles of 12Δ, the load became significantly lower than that in the first cycle, and the
No2の試験体では、変位17.3mm、荷重171kNで鋼管5の引張側ひずみが降伏ひずみに達した。また、2Δまでに水平のひび割れが鋼管埋め込み部(鋼管5の上端より下方の杭部分)の上部に3〜4本発生すると共に、鋼管埋め込み端部(鋼管5の上端と同レベルの部分)から下方にのびる鉛直の割裂ひび割れ及び杭基部から上方にのびる鉛直の割裂ひび割れが発生した。その後、2〜4Δの間で水平の曲げひび割れの進展とともに鉛直の割裂ひび割れも進展した。この鉛直の割裂ひび割れは荷重作用線に対し水平方向に±45°回転した位置に集中して発生した。
In the No. 2 specimen, the tensile strain on the
そして、4Δで杭基部コンクリートの圧壊に伴う被りコンクリートの剥落が始まり、剥落範囲は徐々に大きくなったが、12Δまでは215kN前後でほぼ一定の荷重のまま変形が増大した。12Δでコンクリートの圧壊に伴う被りコンクリートの剥落が大きくなり、その後16Δまで12Δのときに比べ荷重の低下は見られるが、繰り返し載荷において荷重の低下は顕著ではなかった。履歴曲線は、図5(b)に示すように、紡錘型の吸収エネルギーが大きい形状になった。載荷は試験機の限界から+16Δ、−18Δで終了した。そのため、終局状態は確認できなかったが、破壊形式は杭基部での鋼管5の座屈による曲げ破壊と考えられる。
Then, at 4Δ, the covering concrete started to fall off due to the collapse of the pile base concrete, and the peeling range gradually increased, but until 12Δ, the deformation increased with a substantially constant load around 215 kN. At 12Δ, peeling of the covered concrete accompanying the crushing of the concrete increased, and thereafter, a load decrease was seen up to 16Δ compared to 12Δ, but the load decrease was not significant in repeated loading. As shown in FIG. 5B, the hysteresis curve has a shape with a large spindle-type absorbed energy. Loading was completed at + 16Δ and −18Δ due to the limit of the testing machine. Therefore, although the final state could not be confirmed, the failure type is considered to be bending failure due to buckling of the
No3の試験体では、変位22.4mm、荷重172kNで鋼管5の引張側ひずみが降伏ひずみに達した。また、2Δまでに水平のひび割れが鋼管埋め込み部の上部に4本発生すると共に、鋼管埋め込み端部から下方にのびる鉛直の割裂ひび割れ及び杭基部から上方にのびる鉛直の割裂ひび割れが発生した。その後、2〜4Δの間で水平の曲げひび割れの進展とともに鉛直の割裂ひび割れも進展した。この鉛直の割裂ひび割れは荷重作用線に対し水平方向に±45°回転した位置に集中して発生した。
In the No. 3 specimen, the tensile strain on the
そして、4Δで202kNの最大荷重を示すが、この時点で鋼管埋め込み端部の水平の曲げひび割れ及び鉛直の割裂ひび割れが大きくなり、鋼管埋め込み端部下方の被りコンクリートの剥落が始まった。その後、4〜6Δまでは荷重をかろうじて維持したが、6Δで鋼管埋め込み端部下方の被りコンクリートの剥落が大きくなり、鋼管埋め込み端部下方20cmで折れ曲がったような変形状態になった。そして、8Δの繰り返し載荷において鋼管埋め込み端部を中心とした被りコンクリートの剥落を生じて荷重の低下が顕著になり、10Δ、12Δで荷重は大きく低下した。履歴曲線の形状は、図5(c)に示すように、スリップ型に近似した吸収エネルギーが小さい形状になった。破壊形式は、鋼管5の周囲のコンクリートの割裂破壊であった。
The maximum load of 202 kN is shown by 4Δ. At this time, the horizontal bending crack and the vertical split crack at the embedded end of the steel pipe became large, and the covering concrete under the embedded end of the steel pipe began to peel off. Thereafter, the load was barely maintained from 4 to 6Δ, but at 6Δ, the concrete stripped under the steel pipe embedded end was greatly peeled off, and it was in a deformed state that was bent 20 cm below the steel pipe embedded end. Then, in the repeated loading of 8Δ, the covered concrete peeled off centering on the steel pipe embedded end portion, and the load was significantly reduced, and the load was greatly reduced at 10Δ and 12Δ. As shown in FIG. 5C, the hysteresis curve has a shape with small absorbed energy that approximates a slip type. The fracture type was split fracture of concrete around the
No4の試験体では、鋼管5の引張側ひずみが降伏ひずみを越えなかった。また、2Δまでに水平のひび割れが鋼管埋め込み部の上部に2本発生すると共に、鋼管埋め込み端部から下方にのびる鉛直の割裂ひび割れ及び杭基部から上方にのびる鉛直の割裂ひび割れが発生した。その後、2〜4Δの間で水平の曲げひび割れの進展とともに鉛直の割裂ひび割れも進展した。この鉛直の割裂ひび割れは荷重作用線に対し水平方向に±45°回転した位置に集中して発生した。
In the No. 4 specimen, the tensile strain on the
そして、4Δで140kNの最大荷重を示すが、この時点で鋼管埋め込み端部の水平の曲げひび割れ及び鉛直の割裂ひび割れが大きくなり、鋼管埋め込み端部付近の被りコンクリートの剥落が始まった。その後、荷重は4Δでの値を維持することなく6Δ、8Δ、10Δで順に低下していった。また、6Δで鋼管埋め込み端部付近の被りコンクリートの剥落が大きくなり、鋼管埋め込み端部下方20cmで折れ曲がったような変形状態になった。そして、8Δの繰り返し載荷において荷重の低下が顕著になった。履歴曲線の形状は、図5(d)に示すように、スリップ型に近似しており、No3の試験体に比べ吸収エネルギーは更に小さい。破壊形式は、No3の試験体と同様に鋼管5の周囲のコンクリートの割裂破壊であった。
The maximum load of 140 kN is indicated by 4Δ. At this time, horizontal bending cracks and vertical split cracks at the steel pipe embedded end portion became large, and peeling of the covered concrete near the steel pipe embedded end portion began. Thereafter, the load gradually decreased at 6Δ, 8Δ, and 10Δ without maintaining the value at 4Δ. Moreover, peeling of covering concrete in the vicinity of the steel pipe embedded end portion became large at 6Δ, and it was in a deformed state that was bent 20 cm below the steel pipe embedded end portion. And the load reduction became remarkable in the repeated loading of 8Δ. As shown in FIG. 5D, the shape of the hysteresis curve approximates a slip type, and the absorbed energy is smaller than that of the No. 3 specimen. The fracture type was split fracture of concrete around the
No5の試験体では、変位20.6mm、荷重175kNで鋼管5の引張側ひずみが降伏ひずみに達した。また、2Δまでに水平のひび割れが鋼管埋め込み部の上部に2〜3本発生すると共に、鋼管埋め込み端部から下方にのびる鉛直の割裂ひび割れ及び杭基部から上方にのびる鉛直の割裂ひび割れが発生した。その後、2〜4Δの間で水平の曲げひび割れの進展とともに鉛直の割裂ひび割れも進展した。この鉛直の割裂ひび割れは荷重作用線に対し水平方向に±45°回転した位置に集中して発生した。
In the specimen No. 5, the tensile strain on the
そして、8Δで杭基部コンクリートの圧壊に伴う被りコンクリートの剥落が始まり、剥落範囲は徐々に大きくなったが、16Δまで200kN前後でほぼ一定の荷重のまま変形が増大した。16Δで杭基部コンクリートの圧壊に伴う被りコンクリートの剥落が大きくなったが、荷重は殆ど低下しなかった。18Δの繰り返し載荷において荷重の低下が顕著になり、3サイクル目を+20Δまで載荷した。履歴曲線の形状は、図5(e)に示すように、紡錘型の吸収エネルギーの大きい形状になった。尚、試験機の限界はNo2の試験体で載荷を終了した16Δ程度であるが、No5,6の試験体では安全を確認しながら限界を超えて載荷を続行した。破壊形式は杭基部での鋼管5の座屈による曲げ破壊であった。
Then, at 8Δ, the covering concrete started to fall off due to the collapse of the pile base concrete, and the peeling range gradually increased, but the deformation increased with a nearly constant load at around 200 kN up to 16Δ. At 16Δ, the peeling of the covered concrete accompanying the crushing of the pile base concrete increased, but the load hardly decreased. The load drop became remarkable in repeated loading of 18Δ, and the third cycle was loaded up to + 20Δ. As shown in FIG. 5 (e), the hysteresis curve has a spindle shape with large absorbed energy. The limit of the testing machine was about 16Δ when loading was completed with the No. 2 specimen, but with the No. 5 and 6 specimens, loading was continued beyond the limit while confirming safety. The failure mode was bending failure due to buckling of the
No6の試験体では、変位17.8mm、荷重176kNで鋼管5の引張側ひずみが降伏ひずみに達した。また、2Δまでに水平のひび割れが鋼管埋め込み部の上部に2〜3本発生すると共に、鋼管埋め込み端部から下方にのびる鉛直の割裂ひび割れ及び杭基部から上方にのびる鉛直の割裂ひび割れが発生した。その後、2〜4Δの間で水平の曲げひび割れの進展とともに鉛直の割裂ひび割れも進展した。この鉛直の割裂ひび割れは荷重作用線に対し水平方向に±45°回転した位置に集中して発生した。
In the specimen No. 6, the tensile strain on the
そして、8Δで杭基部コンクリートの圧壊に伴う被りコンクリートの剥落が始まり、剥落範囲は徐々に大きくなったが、16Δまで210kN前後でほぼ一定の荷重のまま変形が増大した。16Δで杭基部コンクリートの圧壊に伴う被りコンクリートの剥落が大きくなったが、荷重は殆ど低下しなかった。18Δの繰り返し載荷において荷重の低下が顕著になり、20Δの繰り返し載荷において荷重の低下が更に顕著になり、3サイクル目を+22Δまで載荷した。履歴曲線の形状は、図5(f)に示すように、紡錘型の吸収エネルギーの大きい形状になった。破壊形式は杭基部での鋼管5の座屈による曲げ破壊であった。
Then, at 8Δ, the covering concrete started to fall off due to the collapse of the pile base concrete, and the peeling range gradually increased, but the deformation increased with a substantially constant load around 210 kN up to 16Δ. At 16Δ, the peeling of the covered concrete accompanying the crushing of the pile base concrete increased, but the load hardly decreased. The decrease in load became remarkable in repeated loading of 18Δ, and the decrease in load became more remarkable in repeated loading of 20Δ, and the third cycle was loaded up to + 22Δ. As shown in FIG. 5F, the shape of the hysteresis curve is a spindle-type shape having a large absorbed energy. The failure mode was bending failure due to buckling of the
各試験体の試験結果を下記表2に示す。尚、表2中の損傷レベル2は繰り返し載荷で耐力低下が顕著にならない最大変位時点を意味する。
The test results for each specimen are shown in Table 2 below. In addition, the
図6(a)は、No1の試験体と、鋼管5の埋め込み深さが互いに異なるNo2,3,4の試験体の荷重―変位曲線の包絡線を示している。同図より、No2の試験体はNo1の試験体よりじん性能が優れていることが分かる。尚、鋼管5の断面の曲げ耐力を主筋12全体の断面の曲げ耐力と同程度に設定しているにも拘らず、No2,3,5,6の試験体はNo1の試験体より最大荷重、即ち、曲げ耐力が大きくなっている。これは、鋼材の材料の規格値と実強度とが表1に示されているように異なること、即ち、主筋12(SD345)では降伏点規格値が345kNであるのに対し実降伏点が381〜391と異なり、鋼管5(SM490)では降伏点規格値が325kNであるのに対し実降伏点が402〜431kNと異なることに起因すると考えられる。
FIG. 6A shows the envelopes of the load-displacement curves of the No. 1 test body and the No. 2, 3 and 4 test bodies having different embedding depths of the
No3の試験体は、No2の試験体とほぼ同等の曲げ耐力を有するが、じん性能はNo1の試験体よりも劣り、No4の試験体は曲げ耐力及びじん性能がNo1の試験体よりも劣ることが分かる。これは、杭1への鋼管5の埋め込み深さLがNo2の試験体の800mmに対しNo3の試験体では600mm、No4の試験体では400mmと小さくなっていることによる影響である。
The No. 3 test body has almost the same bending strength as the No. 2 test body, but the dust performance is inferior to the No. 1 test body, and the No. 4 test body is inferior to the No. 1 test body in bending strength and dust performance. I understand. This is due to the fact that the embedding depth L of the
図6(b)は、No1の試験体と、鋼管5の埋め込み深さLが600mmと同一で帯鉄筋13の太さが互いに異なるNo3,5,6の試験体の荷重―変位曲線の包絡線を示している。No3の試験体では終局変位が107.0mmでじん性率(終局変位を降伏変位で除した値)が3.3であるのに対し、No5の試験体では終局変位150.5mmじん性率7.3、No6の試験体では終局変位163.1mmじん性率9.2とじん性能が大きく向上している。これは、鋼管5の周囲の杭部分に配設する帯鉄筋13の径をNo3の試験体の10mmからNo5の試験体では13mm、No6の試験体では16mmとして、帯鉄筋13の量を大きくしたことによる影響である。
FIG. 6B shows the envelope of the load-displacement curve of the No. 1 specimen and No. 3, 5 and 6 specimens in which the embedding depth L of the
図7に、2Δの載荷時におけるNo1,2の試験体の引張側の主筋12のひずみ及びNo2の試験体の鋼管5の引張側の面のひずみの高さ方向の分布を示す。縦軸は杭基部(接合部3a´の上端)からの高さを示している。No1の試験体では、主筋12のひずみが杭基部の近傍で最大になる。一方、No2の試験体では、主筋12のひずみが鋼管埋め込み端部の近傍で最大になり、杭基部に向けて減少する。また、鋼管5のひずみは杭基部の近傍で最大になる。このことから、No2の試験体においては、鋼管埋め込み端部から杭基部に向けて主筋12が断面の引張応力を徐々に分担しなくなり、代わりに鋼管5が断面の引張応力を分担することが分かる。これは鋼管5を埋め込んだNo3〜No6の試験体でも同様である。
FIG. 7 shows the distribution in the height direction of the strain of the
帯鉄筋13のひずみの水平断面における分布は、荷重の作用線に対し水平方向に±45°回転した位置で最大になる。これは、鉛直の割裂ひび割れが荷重作用線に対し水平方向に±45°回転した位置で集中的に発生することと一致する。図8に、8Δの載荷時におけるNo1,2の試験体の荷重作用線に対し45°回転した位置での帯鉄筋13のひずみの高さ方向の分布を示す。No1の試験体では、杭基部より上方へ360mmまでの区間でひずみが他区間より大きくなる。一方、No2の試験体では、鋼管埋め込み端部と杭基部とでひずみが大きくなり、鋼管埋め込み部の中間部分ではひずみが小さくなる。これは鋼管5を埋め込んだNo3〜No6の試験体でも同様である。
The distribution of the strain of the
次に、杭1に鋼管5を埋め込んだ場合における曲げモーメント・水平力に対する耐荷メカニズムについて考察する。帯鉄筋13のひずみ分布が上記の如く鋼管埋め込み端部と杭基部とで大きく中間部分で小さいことから、耐荷メカニズムは図9のようにモデル化できる。このモデルでは、曲げモーメントMと水平力Qに対する抵抗力は、鋼管5に対するその前背面のコンクリートによる支圧力P及び鋼管5とコンクリートの摩擦力Tから成るものとしている。この支圧力P及び摩擦力Tは、鋼管5の周囲のコンクリートが健全なときに期待できるものである。No3,4の試験体のように鋼管5の周囲のコンクリートが割裂破壊する場合には、曲げ耐力及びじん性能が低下することから分かるように、支圧力P及び摩擦力Tは期待できない。従って、曲げ耐力及びじん性能を向上させるには、鋼管5の周囲のコンクリートをしっかりと拘束してその割裂破壊を抑制できるように、鋼管5の周囲の杭部分に配設する帯鉄筋13の量を適切に設定することが必要になる。
Next, the load bearing mechanism against bending moment and horizontal force when the
このような帯鉄筋13の量の算定方法について以下説明する。図9に示した杭1に作用する力のモーメントの釣り合いにより、鋼管5の断面の一辺の長さをdとして、次式が得られる。
M=T・d+{L・P2/3(2P−Q)}+(L−Q)・L・(5P−2Q)/3(2P−Q)…(1)
鋼管5に作用する摩擦力の合力Tは、粘着力をc(=0.7N/mm2)、摩擦角をφ(=20°)として、次式のようになる。
T=c・d・L・{(P−Q)/(2P−Q)}+(P−Q)tanφ…(2)
支圧力の合力Pは、帯鉄筋13の拘束力で発揮されるものとし、帯鉄筋13の引張降伏応力をfsy、鋼管5の単位長さ当りの帯鉄筋13の断面積をAs、補正係数をαとして、次式で算定する。
A method for calculating the amount of the
M = T · d + {L ·
The resultant force T of the frictional force acting on the
T = c · d · L · {(PQ) / (2PQ)} + (PQ) tan φ (2)
The resultant force P of the support pressure is assumed to be exerted by the restraining force of the
P=α・fsy・As・cos45°・P・L/(2P−Q)…(3)
式(3)は、図10に示すように、水平断面内で帯鉄筋13のひずみが最大になる位置、即ち、水平力作用線に対し水平方向に±45°回転した位置での帯鉄筋13の引張力で支圧力Pが規定されるとしたものである。補正係数αは、支圧力Pを求める際の簡略化等に対する補正としての係数である。
P = α · fsy · As · cos 45 ° · P · L / (2P-Q) (3)
As shown in FIG. 10, the expression (3) indicates that the
図11は、縦軸に式(1)と式(2)とを用いて試験から得られる支圧力、横軸に式(3)右辺のαを除いた項の値を取り、No2〜No6の試験体の試験値をプロットしたものである。試験から得られる支圧力を計算するための水平力は、帯鉄筋13の拘束力を十分期待できる範囲にとどめることを考慮して、帯鉄筋13が降伏する時点のものとした。図11より、じん性能の劣るNo3,4の試験体では補正係数αが4.5以上になることが分かる。一方、じん性能に優れるNo2の試験体ではα≒3.0、No5の試験体ではα≒2.5、No6の試験体ではα≒2.0になることが分かる。
FIG. 11 shows the bearing pressure obtained from the test using the formula (1) and formula (2) on the vertical axis and the value of the term excluding α on the right side of the formula (3) on the horizontal axis. The test value of the test body is plotted. The horizontal force for calculating the bearing pressure obtained from the test was set at the time when the
図12はNo2,3,5,6の試験体の補正係数αとじん性率との関係をプロットしたものである。図12より、補正係数αが3.0以下であればじん性率が7程度以上の大きな値になることが分かる。従って、式(3)がα≦3.0の範囲で成立するように、鋼管5の単位長さ当りの帯鉄筋13の断面積Asを決定し、この断面積Asに見合う量の帯鉄筋13を鋼管5の周囲の杭部分に配設すれば、図13に示す従来例のものと同等以上の曲げ耐力及びじん性能を得ることができる。但し、式(3)がα<1.5の範囲で成立するように断面積Asを決定した場合には、鋼管5の周囲の杭部分に配設する帯鉄筋13が密になり過ぎて施工性が悪くなる。そのため、式(3)が1.5≦α≦3.0の範囲で成立するように断面積Asを決定すべきである。
FIG. 12 is a plot of the relationship between the correction coefficient α and the toughness rate of No. 2, 3, 5, and 6 specimens. From FIG. 12, it can be seen that if the correction coefficient α is 3.0 or less, the toughness rate becomes a large value of about 7 or more. Therefore, the cross-sectional area As of the
尚、鋼管5の単位長さ当りの帯鉄筋13の断面積Asを大きくするため、No5,6の試験体では帯鉄筋13を太くしているが、帯鉄筋13の軸方向間隔を狭くして断面積Asを大きくするようにしても良い。また、No2〜No6の試験体では、鋼管5の周囲の杭部分より広範囲の図4(b)のB領域で帯鉄筋13の軸方向間隔を狭めているが、上記の如く決定される断面積Asに見合う量の帯鉄筋13を配設する領域は鋼管5の周囲の杭部分に限定しても良い。また、杭1への鋼管5の埋め込み深さLが鋼管5の断面の一辺の長さdの3倍より小さくなるNo4の試験体では曲げ耐力が大幅に低下するため、埋め込み深さLは3d以上にすることが望ましい。
In addition, in order to increase the cross-sectional area As of the
1…杭、11…杭の鉄筋、12…主筋、13…帯鉄筋、3…柱、31…柱の鉄筋、5…鋼管。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
鋼管の太さ及び肉厚は、鋼管の断面の曲げ耐力が杭の鉄筋の主筋全体の断面の曲げ耐力と同等になるように設定され、
杭と柱の接続部分に作用する所定の水平力に抗するのに必要な杭の鋼管に対する支圧力と、杭への鋼管の埋め込み深さとから杭の主筋を取り囲むリング状の帯鉄筋の量を決定し、この量の帯鉄筋を鋼管の周囲の杭部分に配設することを特徴とする杭と柱の接合構造。 A pile-column connection structure that connects a reinforced concrete pile and a reinforced concrete column without overlapping the upper end of the reinforcing bar of the pile with the lower end of the reinforcing bar of the column. The half is embedded in the center of the cross section surrounded by the reinforcing bar at the upper end of the pile, and the upper half of the steel pipe is embedded in the center of the cross section surrounded by the reinforcing bar at the lower end of the column.
The thickness and wall thickness of the steel pipe are set so that the bending strength of the cross section of the steel pipe is equivalent to the bending strength of the cross section of the entire main reinforcing bar of the pile,
The amount of ring-shaped rebar that surrounds the main bar of the pile is determined from the support pressure to the steel pipe of the pile necessary to resist the predetermined horizontal force acting on the connection part of the pile and the column, and the embedding depth of the steel pipe in the pile. A pile-column connection structure characterized by deciding and arranging this amount of steel bars in a pile portion around a steel pipe.
前記水平力をQ、前記支圧力をP、前記埋め込み深さをL、鋼管の周囲に配設する帯鉄筋の引張降伏耐力をfsy、鋼管の単位長さ当りの帯鉄筋の断面積をAs、補正係数をαとして、次式、
P=α・fsy・As・cos45°・P・L/(2P−Q)
が、αを1.5〜3.0の値にして成立するように、Asを決定し、このAsに見合う量の帯鉄筋を鋼管の周囲の杭部分に配設することを特徴とする杭と柱の接合構造。 In the joint structure of a pile and a column according to claim 1, wherein the cross-sectional shape of the steel pipe is square,
The horizontal force is Q, the supporting pressure is P, the embedding depth is L, the tensile yield strength of the steel bars disposed around the steel pipe is fsy, and the cross-sectional area of the steel bars per unit length of the steel pipe is As, Assuming that the correction coefficient is α,
P = α, fsy, As, cos 45 °, P, L / (2P-Q)
Is determined such that α is established with a value of 1.5 to 3.0, and a reinforcing bar having an amount corresponding to the As is disposed in a pile portion around the steel pipe. And column connection structure.
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