パイルキャップ内の支圧力と補強筋効果の解明による既製杭頭接合部の耐力評価法の構築

• 研究課題/領域番号: 24K01026
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分23010:建築構造および材料関連
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 日比野 陽 名古屋大学, 環境学研究科, 准教授 (50456703)
• 研究分担者: 楠 浩一 東京大学, 地震研究所, 教授 (00292748)
• 研究期間 (年度): 2024-04-01 – 2027-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円); 2026年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2025年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円); 2024年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
• キーワード: 杭頭接合部 / パイルキャップ / 補強筋 / 既製杭 / 設計法 / 鉄筋コンクリート構造 / 支圧強度 / 抵抗機構

研究開始時の研究の概要

補強筋とパイルキャップ内に生じる支圧力の分布と支圧強度との関係の定式化，補強筋量や配置，パイルキャップ形状，埋込長などの条件との関係を定量化することにより，既製杭頭接合部の耐力を高精度に推定できる評価式を構築することを目的とする。既製杭頭接合部を模擬した試験体の載荷実験を行い，補強筋のひずみ度や支圧強度，耐力の違いを明らかにする。また，上部構造と下部構造の一体解析モデルによる検討から，杭頭接合部に要求される条件（杭径，軸力など）を明らかにし，既製杭頭接合部の設計クライテリアも明確化する。

研究実績の概要

近年の鉄筋コンクリート造建物の既製杭基礎の被害は，杭基礎構造の大地震に対する安全性検証が義務付けられてこなかった弊害に起因すると考えられ，大地震時の安全性検証のための設計法の確立が求められている。しかしながら，既製杭頭接合部の抵抗機構の理解と定式化は進んでいない。この要因は，杭体に作用する支圧強度や補強筋の効果の力学的根拠が不足していたこと，および実験的知見が不足していたことによる。本研究では，杭頭接合部を模擬した試験体の載荷実験により，パイルキャップ内の補強筋により作用する拘束効果と支圧強度を検証する。実験によりパイルキャップ径や埋込長，補強筋，支圧強度の耐力への寄与を定量的に明らかにする。さらに，建物と基礎構造の一体解析時に杭頭接合部に要求される応力条件と適用性を検証した上で，大地震時の安全性検証を可能とする既製杭頭接合部の合理的な耐力評価法を構築する。本年度は，パイルキャップ内の補強筋の効果を定量化することを目的として，既製杭頭接合部を模擬した試験体の載荷実験を実施するための試験体の設計および製作を行った。試験体の設計は既往の文献調査を実施し，パイルキャップ内の補強筋の効果がこれまで実施されてこなかった杭の埋め込み長とパイルキャップ径の関係に依存するとの仮説をもとに行った。試験体は3体とし，パイルキャップ内の補強筋の効果検証を目的として埋込長，補強筋量，パイルキャップ径をパラメータとした。試験体の設計と並行して，パイルキャップの応力性状の検証を目的として，FEM解析モデルを作成した。FEM解析モデルの妥当性は，一昨年度に実施した試験体を対象として検証した。

現在までの達成度

3: やや遅れている

理由

当初は本年度において試験体の載荷実験を実施する予定であったが，文献調査および試験体設計に時間を要し，設計と製作までしか実施できなかった。載荷実験は次年度初めに実施することとしている。

今後の研究の推進方策

今後は試験体の載荷実験で得られた結果をもとにした補強筋効果の定量評価とともに，FEM解析での検証も並行して行う。さらに，次年度はパイルキャップ内の補強筋量が異なる実験を実施し，設計式の提案に繋げる。