特許 6590101 外殻鋼管付コンクリートパイル及び、その設計方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6590101

(24)【登録日】2019年9月27日

(45)【発行日】2019年10月16日

(54)【発明の名称】外殻鋼管付コンクリートパイル及び、その設計方法

(51)【国際特許分類】

   E02D 5/30 20060101AFI20191007BHJP

【ＦＩ】

   E02D5/30 A

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2019-85867(P2019-85867)

(22)【出願日】2019年4月26日

【審査請求日】2019年4月26日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】515277300

【氏名又は名称】ジャパンパイル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100199565

【弁理士】

【氏名又は名称】飯野 茂

(74)【代理人】

【識別番号】100162570

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 早苗

(72)【発明者】

【氏名】石川 一真

【審査官】 神尾 寧

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−１６１３６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−１４５７７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−１８４８２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／０１１７７７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｄ ５／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外殻鋼管付コンクリートパイルであって、
外殻鋼管に４９０材を用い、コンクリートにヤング係数Ｅｃが、３６０００［Ｎ／ｍｍ^２］≦Ｅｃ≦５００００［Ｎ／ｍｍ^２］のものを用いる場合、
前記コンクリートの設計基準強度Ｆｃを
（１０５／１１１．０）×ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）＜Ｆｃ＜（１２３／１１１．０）×ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）
の範囲とした、外殻鋼管付コンクリートパイル。

【請求項2】

係数αを（１０５／１１１．０）＜α＜１とし、係数βを１＜β＜（１２３／１１１．０）としたとき、
前記コンクリートの前記設計基準強度Ｆｃを
α×ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）＜Ｆｃ＜β×ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）
の範囲とした、請求項１に記載の外殻鋼管付コンクリートパイル。

【請求項3】

前記コンクリートの前記設計基準強度Ｆｃを、
Ｆｃ＝ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）
とし、
前記外殻鋼管付コンクリートパイルへの圧縮荷重により、前記外殻鋼管付コンクリートパイルへのひずみを増やしていったときに、同一又は略同一のひずみで、前記外殻鋼管の短期許容圧縮応力度ｆｓと前記コンクリートの短期許容圧縮応力度ｆｃとがそれぞれの短期許容圧縮応力度に達するようにした、請求項１に記載の外殻鋼管付コンクリートパイル。

【請求項4】

外殻鋼管付コンクリートパイルの設計方法であって、
外殻鋼管に４９０材を用い、コンクリートにヤング係数Ｅｃが、３６０００［Ｎ／ｍｍ^２］≦Ｅｃ≦５００００［Ｎ／ｍｍ^２］のものを用いる場合、
前記コンクリートの設計基準強度Ｆｃを、
（１０５／１１１．０）×ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）＜Ｆｃ＜（１２３／１１１．０）×ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）
の範囲に設定する、外殻鋼管付コンクリートパイルの設計方法。

【請求項5】

前記コンクリートの前記設計基準強度Ｆｃを、
Ｆｃ＝ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）
とし、
前記外殻鋼管付コンクリートパイルへの圧縮荷重により、前記外殻鋼管付コンクリートパイルへのひずみを増やしていったときに、同一又は略同一のひずみで、前記外殻鋼管の短期許容圧縮応力度ｆｓと前記コンクリートの短期許容圧縮応力度ｆｃとがそれぞれの短期許容圧縮応力度に達するようにする、請求項４に記載の外殻鋼管付コンクリートパイルの設計方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、外殻鋼管付コンクリートパイル及び、その設計方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば特許文献１に開示されているように、外殻鋼管とコンクリートとで構成された外殻鋼管付コンクリートパイルが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−５７３４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

外殻鋼管に４００材（短期許容圧縮応力度ｆｓ＝２３５［Ｎ／ｍｍ^２］、ヤング係数Ｅｓ＝２０５０００［Ｎ／ｍｍ^２］）を用い、コンクリートの設計基準強度Ｆｃ＝１０５［Ｎ／ｍｍ^２］、ヤング係数Ｅｃ＝４００００［Ｎ／ｍｍ^２］のものを用いるとする。この場合、コンクリートの短期許容圧縮応力度ｆｃは、
ｆｃ＝Ｆｃ×２／３．５＝１０５×２／３．５＝６０［Ｎ／ｍｍ^２］
となる。
外殻鋼管に生じる応力（応力度）が短期許容圧縮応力度ｆｓ＝２３５［Ｎ／ｍｍ^２］に達するときのひずみεｓは、
εｓ＝ｆｓ／Ｅｓ＝２３５／２０５０００＝１１４６×１０^−６
であり、そのときのコンクリートに生じる圧縮応力度ｆｃは、
ｆｃ＝εｓ・Ｅｃ＝１１４６×１０^−６×４００００＝４５．８５［Ｎ／ｍｍ^２］・・・（１）式
となる。
ここで、外殻鋼管付コンクリートパイルの圧縮側耐力は、外殻鋼管とコンクリートとの弱い方の強度で決まる。このため、高強度のコンクリートを外殻鋼管の内壁に打設しても、外殻鋼管付コンクリートパイルの圧縮側耐力は、コンクリートの短期許容圧縮応力度ｆｃ＝６０［Ｎ／ｍｍ^２］ではなく、（１）式より算出された４５．８５［Ｎ／ｍｍ^２］となる。すなわち、外殻鋼管に生じる応力が短期許容圧縮応力度ｆｓ＝２３５［Ｎ／ｍｍ^２］に達しても、コンクリートの圧縮耐力には余裕がある。

【0005】

同様に、外殻鋼管に４９０材（短期許容圧縮応力度ｆｓ＝３２５［Ｎ／ｍｍ^２］、ヤング係数Ｅｓ＝２０５０００［Ｎ／ｍｍ^２］）を用い、コンクリートの設計基準強度Ｆｃ＝１２３［Ｎ／ｍｍ^２］、ヤング係数Ｅｃ＝４００００［Ｎ／ｍｍ^２］のものを用いるとする。この場合、コンクリートの短期許容圧縮応力度ｆｃは、
ｆｃ＝１２３×２／３．５＝７０［Ｎ／ｍｍ^２］
となる。
外殻鋼管に生じる応力（応力度）が短期許容圧縮応力度ｆｓ＝３２５［Ｎ／ｍｍ^２］に達するときのひずみεｓは、
εｓ＝ｆｓ／Ｅｓ＝３２５／２０５０００＝１５８５×１０^−６
であり、そのときのコンクリートに生じる圧縮応力度ｆｃは、
ｆｃ＝εｓ・Ｅｃ＝１５８５×１０^−６×４００００＝６３．４［Ｎ／ｍｍ^２］・・・（２）式
となる。
このため、高強度のコンクリートを外殻鋼管の内壁に打設しても、外殻鋼管付コンクリートパイルの圧縮側耐力は、コンクリートの短期許容圧縮応力度ｆｃ＝７０［Ｎ／ｍｍ^２］ではなく、（２）式より算出された６３．４［Ｎ／ｍｍ^２］となる。すなわち、外殻鋼管に生じる応力が短期許容圧縮応力度ｆｓに達しても、コンクリートの圧縮耐力には余裕がある。

【0006】

一方、素材の選択によっては、外殻鋼管に生じる応力が短期許容圧縮応力度ｆｓに達する前に、コンクリートに生じる応力が短期許容圧縮応力度ｆｃに達する場合もある。このときには、外殻鋼管の圧縮耐力には余裕がある。

【0007】

このように、外殻鋼管付コンクリートパイルに圧縮力が作用し、ひずみが増していったとき、外殻鋼管付コンクリートパイルの外殻鋼管に生じる応力が短期許容圧縮応力度に達するときのひずみ、及び、コンクリートに生じる応力が短期許容圧縮応力度に達するときのひずみには差があり、従来の外殻鋼管付コンクリートパイルでは、外殻鋼管又はコンクリートに必要以上に大きな強度を与えている場合がある。

【0008】

この発明の目的は、外殻鋼管又はコンクリートに生じる応力が短期許容圧縮応力度に達する場合に、外殻鋼管及びコンクリートがそれぞれの短期許容圧縮応力度に達するときのひずみを互いに近づけた外殻鋼管付コンクリートパイル、及び、その設計方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様に係る、外殻鋼管付きコンクリートパイルは、外殻鋼管にいわゆる４９０材を用い、コンクリートにヤング係数Ｅｃが、３６０００［Ｎ／ｍｍ^２］≦Ｅｃ≦５００００［Ｎ／ｍｍ^２］のものを用いる。そして、コンクリートの設計基準強度Ｆｃを
（１０５／１１１．０）×ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）＜Ｆｃ＜（１２３／１１１．０）×ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）
の範囲とした。
本態様によれば、外殻鋼管又はコンクリートに生じる応力が短期許容圧縮応力度に達する場合に、鋼管及びコンクリートがそれぞれの短期許容圧縮応力度に達するときのひずみを互いに近づけた外殻鋼管付コンクリートパイルが提供される。
上述した一態様において、コンクリートパイルは、係数αを（１０５／１１１．０）＜α＜１とし、係数βを１＜β＜（１２３／１１１．０）としたとき、前記コンクリートの前記設計基準強度Ｆｃをα×ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）＜Ｆｃ＜β×ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）の範囲とした。
本態様によれば、外殻鋼管又はコンクリートに生じる応力が短期許容圧縮応力度に達する場合に、外殻鋼管及びコンクリートがそれぞれの短期許容圧縮応力度に達するときのひずみを互いに近づけた外殻鋼管付コンクリートパイルが提供される。
上述した一態様において、コンクリートパイルは、前記コンクリートの前記設計基準強度Ｆｃを、Ｆｃ＝ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）とし、前記外殻鋼管付コンクリートパイルへの圧縮荷重により、前記外殻鋼管付コンクリートパイルへのひずみを増やしていったときに、同一又は略同一のひずみで、前記外殻鋼管の短期許容圧縮応力度ｆｓと前記コンクリートの短期許容圧縮応力度ｆｃとがそれぞれの短期許容圧縮応力度に達するようにした。
本態様によれば、外殻鋼管又はコンクリートに生じる応力が短期許容圧縮応力度に達する場合に、外殻鋼管及びコンクリートがそれぞれの短期許容圧縮応力度に達するときのひずみを互いに、同一又は略同一にした外殻鋼管付コンクリートパイルが提供される。
本発明の他の一態様に係る、外殻鋼管付きコンクリートパイルの設計方法は、外殻鋼管に４９０材を用い、コンクリートにヤング係数Ｅｃが、３６０００［Ｎ／ｍｍ^２］≦Ｅｃ≦５００００［Ｎ／ｍｍ^２］のものを用いる場合、前記コンクリートの設計基準強度Ｆｃを、（１０５／１１１．０）×ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）＜Ｆｃ＜（１２３／１１１．０）×ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）の範囲に設定する。
本態様によれば、外殻鋼管又はコンクリートに生じる応力が短期許容圧縮応力度に達する場合に、外殻鋼管及びコンクリートがそれぞれの短期許容圧縮応力度に達するときのひずみを互いに近づけた外殻鋼管付コンクリートパイルの設計方法が提供される。
上述した他の一態様において、コンクリートパイルの設計方法は、前記コンクリートの前記設計基準強度Ｆｃを、Ｆｃ＝ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）とし、前記外殻鋼管付コンクリートパイルへの圧縮荷重により、前記外殻鋼管付コンクリートパイルへのひずみを増やしていったときに、同一又は略同一のひずみで、前記外殻鋼管の短期許容圧縮応力度ｆｓと前記コンクリートの短期許容圧縮応力度ｆｃとがそれぞれの短期許容圧縮応力度に達するようにする。
本態様によれば、外殻鋼管又はコンクリートに生じる応力が短期許容圧縮応力度に達する場合に、外殻鋼管及びコンクリートがそれぞれの短期許容圧縮応力度に達するときのひずみを互いに、同一又は略同一にする外殻鋼管付コンクリートパイルの設計方法が提供される。

【発明の効果】

【0010】

この発明によれば、外殻鋼管又はコンクリートに生じる応力が短期許容圧縮応力度に達する場合に、外殻鋼管及びコンクリートがそれぞれの短期許容圧縮応力度に達するときのひずみを互いに近づけた外殻鋼管付コンクリートパイル、及び、その設計方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、外殻鋼管付コンクリートパイル（ＳＣ杭）の概略図である。

【図2】図２は、横軸にひずみ、縦軸に圧縮応力（圧縮応力度）をとったときの、ＳＣ杭の４９０材の外殻鋼管（ヤング係数Ｅｓ＝２０５０００［Ｎ／ｍｍ^２］）及びコンクリート（ヤング係数Ｅｃ＝４００００［Ｎ／ｍｍ^２］）の応力‐ひずみ線図である。

【図3】図３は、横軸にＳＣ杭のコンクリートのヤング係数Ｅｃを、縦軸にコンクリートの設計基準強度Ｆｃを取ったときの、ヤング係数Ｅｃが３６０００［Ｎ／ｍｍ^２］≦Ｅｃ≦５００００［Ｎ／ｍｍ^２］のときの、参照例１のＳＣ杭のコンクリートの設計基準強度Ｆｃ（一点鎖線の直線）、参照例２のＳＣ杭のコンクリートの設計基準強度Ｆｃ（破線の直線）、及び、外殻鋼管に対するコンクリートの圧縮側耐力の無駄を最も小さくしたＳＣ杭のコンクリートの設計基準強度Ｆｃ（実線の直線）を示す概略的なグラフである。

【図4】図４は、横軸に軸力Ｎを、縦軸に許容曲げモーメントＭを示す、参照例１のＳＣ杭、参照例２のＳＣ杭、及び、外殻鋼管に対するコンクリートの圧縮側耐力の無駄を最も小さくしたＳＣ杭のＭＮ線図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１から図４を用いて、外殻鋼管付コンクリートパイル１０及び外殻鋼管付コンクリートパイル１０の設計方法について説明する。

【0013】

図１には、外殻鋼管付コンクリートパイル（以下、主にＳＣ杭という）１０の部分断面、及び、上端と下端との間の適宜の位置でのＳＣ杭１０の横断面を示す。図１に示すように、ＳＣ杭１０は、外殻鋼管（以後、単に鋼管と称する）１２と、鋼管１２の内側のコンクリート（コンクリート管）１４とを含む。図１中の符号ＤはＳＣ杭１０の杭径であり、ｔは鋼管１２及びコンクリート１４を合わせた肉厚であり、ｔｓは鋼管１２の肉厚である。ＳＣ杭１０の杭径Ｄ、鋼管１２の肉厚ｔｓ、コンクリート１４の肉厚（ｔ−ｔｓ）は適宜に設定可能である。

【0014】

ここでは、鋼管１２として、引張強さの規格値を示す４９０材（短期許容圧縮応力度ｆｓ＝３２５［Ｎ／ｍｍ^２］、ヤング係数Ｅｓ＝２０５０００［Ｎ／ｍｍ^２］）を用いる例について説明する。
なお、本実施形態に係るＳＣ杭１０の鋼管１２の短期許容圧縮応力度ｆｓは、例えば２３５［Ｎ／ｍｍ^２］よりも大きく、３５０［Ｎ／ｍｍ^２］よりも小さい（２３５［Ｎ／ｍｍ^２］＜ｆｓ＜３５０［Ｎ／ｍｍ^２］）、適宜の範囲であってもよい。

【0015】

まず、鋼管として４９０材を用いた、従来から存在するＳＣ杭の例を、参照例１、参照例２として説明する。

【0016】

（参照例１）
参照例１として、鋼管に４９０材を用い、コンクリートに設計基準強度Ｆｃ＝１０５［Ｎ／ｍｍ^２］、ヤング係数Ｅｃ＝４００００［Ｎ／ｍｍ^２］のものを用いる、ＳＣ杭（以下、主にＨＳＣ１０５と称する）を考慮する。

【0017】

鋼管及びコンクリートにおけるそれぞれの応力−ひずみ曲線は図２に示される。ここで、横軸はひずみ（×１０^−６）であり、縦軸は圧縮応力（［Ｎ／ｍｍ^２］）である。この関係から、鋼管及びコンクリートのひずみεが大きくなるにつれて、それぞれの圧縮応力度σ（ｆｓ，ｆｃ）は略線形的に大きくなることが認識される。

【0018】

コンクリートの短期許容圧縮応力度ｆｃは
ｆｃ＝Ｆｃ×２／３．５＝１０５×２／３．５＝６０［Ｎ／ｍｍ^２］
となる。
ここで、コンクリートの長期許容圧縮応力度（［Ｎ／ｍｍ^２］）は設計基準強度Ｆｃ／３．５とし、短期許容圧縮応力度ｆｃ（［Ｎ／ｍｍ^２］）は設計基準強度Ｆｃ×２／３．５とする。これは、国土交通省告示第１１１３号（平成１３年７月２日）（最終改正 平成１９年９月告示第１２３２号）に記載されている。

【0019】

鋼管に生じる応力が短期許容圧縮応力度ｆｓ＝３２５［Ｎ／ｍｍ^２］に達するときのひずみεｓは、
εｓ＝ｆｓ／Ｅｓ＝３２５／２０５０００＝１５８５×１０^−６
である。
そのときのコンクリートに生じる圧縮応力度ｆｃは、
ｆｃ＝εｓ・Ｅｃ＝１５８５×１０^−６×４００００＝６３．４［Ｎ／ｍｍ^２］＞６０［Ｎ／ｍｍ^２］
となる。

【0020】

ＨＳＣ１０５のＳＣ杭への圧縮荷重により、ＨＳＣ１０５へのひずみを増やす。ひずみεｓが１５８５×１０^−６のときのコンクリートの圧縮応力度ｆｃは６３．４［Ｎ／ｍｍ^２］であり、すでにコンクリートの短期許容圧縮応力度である６０［Ｎ／ｍｍ^２］を超えている。したがって、同一のひずみ（１５８５×１０^−６）で、鋼管よりもコンクリートが先に短期許容圧縮応力度ｆｃに達する。このため、鋼管とコンクリートとの圧縮側耐力は、コンクリートにより決まる。

【0021】

（参照例２）
参照例２として、鋼管に４９０材を用い、コンクリートに設計基準強度Ｆｃ＝１２３［Ｎ／ｍｍ^２］、ヤング係数Ｅｃ＝４００００［Ｎ／ｍｍ^２］のものを用いる、ＳＣ杭（以下、主にＨＳＣ１２３と称する）を考慮する。

【0022】

コンクリートの短期許容圧縮応力度ｆｃは
ｆｃ＝１２３×２／３．５＝７０［Ｎ／ｍｍ^２］
となる。
鋼管に生じる応力が短期許容圧縮応力度ｆｓ＝３２５［Ｎ／ｍｍ^２］に達するときのひずみεｓは、上述したように、
εｓ＝ｆｓ／Ｅｓ＝３２５／２０５０００＝１５８５×１０^−６
である。
そのときのコンクリートに生じる圧縮応力度ｆｃは、
ｆｃ＝εｓ・Ｅｃ＝１５８５×１０^−６×４００００＝６３．４［Ｎ／ｍｍ^２］＜７０［Ｎ／ｍｍ^２］
となる。

【0023】

ＨＳＣ１２３のＳＣ杭への圧縮荷重により、ＨＳＣ１２３へのひずみを増やす。ひずみεｓが１５８５×１０^−６のときのコンクリートの圧縮応力度ｆｃは６３．４［Ｎ／ｍｍ^２］であり、コンクリートの短期許容圧縮応力度である７０［Ｎ／ｍｍ^２］に達していない。したがって、同一のひずみ（１５８５×１０^−６）で、コンクリートよりも鋼管が先に短期許容圧縮応力度ｆｓに達する。このため、鋼管とコンクリートとの圧縮側耐力は、鋼管により決まる。

【0024】

次に、ＳＣ杭１０に対する圧縮荷重により、ＳＣ杭１０に発生するひずみεを増やしたときに、同一のひずみで、鋼管１２とコンクリート１４とがそれぞれの短期許容圧縮応力度に達する例を実施例として説明する。なお、本明細書では、「同一のひずみ」というときには、例えば数パーセントなどの誤差があるひずみ（これを略同一のひずみという）を含むものとする。

【0025】

（実施例）
鋼管１２のヤング係数Ｅｓと、コンクリート１４のヤング係数Ｅｃとの比である、ヤング係数比ｎは、
ｎ＝Ｅｓ／Ｅｃ
となる。鋼管１２の短期許容圧縮応力度ｆｓに達するひずみ、及び、コンクリート１４の短期許容圧縮応力度ｆｃに達するひずみが一致する場合、コンクリート１４の短期許容圧縮応力度ｆｃは鋼管１２の短期許容圧縮応力度ｆｓを用いると、
ｆｃ＝ｆｓ／ｎ＝ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）
として表現される。
このときのコンクリート１４の設計基準強度Ｆｃは、
Ｆｃ＝ｆｃ×３．５／２
となる。これを、図３中に実線として描く。図３中の実線は、４９０材の鋼管１２を用いたとき、同一のひずみで、鋼管１２及びコンクリート１４がそれぞれの短期許容圧縮応力度に達する場合の、コンクリート１４のヤング係数Ｅｃ及び設計基準強度Ｆｃの関係を示す。

【0026】

ここで、鋼管１２の応力が短期許容圧縮応力度ｆｓ＝３２５［Ｎ／ｍｍ^２］に達するときのひずみεｓは、上述したように、
εｓ＝ｆｓ／Ｅｓ＝３２５／２０５０００＝１５８５×１０^−６
である。コンクリート１４のヤング係数Ｅｃ＝４００００［Ｎ／ｍｍ^２］とすると、そのときのコンクリート１４に生じる短期許容圧縮応力度ｆｃは、
ｆｃ＝εｓ・Ｅｃ＝１５８５×１０^−６×４００００＝６３．４［Ｎ／ｍｍ^２］
となる。そして、コンクリート１４の設計基準強度Ｆｃは
Ｆｃ＝６３．４×３．５／２＝１１１．０［Ｎ／ｍｍ^２］
となる。
鋼管１２に４９０材を用い、コンクリート１４として、ヤング係数Ｅｃ＝４００００［Ｎ／ｍｍ^２］、設計基準強度Ｆｃ＝１１１．０［Ｎ／ｍｍ^２］のものを用いる場合、圧縮荷重によりＳＣ杭１０へのひずみεを増やしていくと、同一のひずみεで、鋼管１２及びコンクリート１４が同時又は略同時にそれぞれの短期許容圧縮応力度ｆｓ，ｆｃに達する。ヤング係数をＥｃ＝４００００［Ｎ／ｍｍ^２］とし、設計基準強度をＦｃ＝１１１．０［Ｎ／ｍｍ^２］としたときの例を第１の一致例として図３中に図示する。これは図３中の実線の直線上にある。

【0027】

鋼管１２に４９０材を用い、コンクリート１４として、ヤング係数Ｅｃ＝４００００［Ｎ／ｍｍ^２］、設計基準強度Ｆｃ＝１１１．０［Ｎ／ｍｍ^２］に設計し、製造したＳＣ杭１０を考慮する。圧縮荷重によりＳＣ杭１０へのひずみεを増やしていくと、同一のひずみεで、鋼管１２及びコンクリート１４が同時又は略同時にそれぞれの短期許容圧縮応力度ｆｓ，ｆｃに達することになる。鋼管１２及びコンクリート１４が同時又は略同時にそれぞれの短期許容圧縮応力度ｆｓ，ｆｃに達するので、鋼管１２及びコンクリート１４の圧縮側耐力に無駄をなくすことができる。

【0028】

このように、鋼管１２の強度（短期許容圧縮応力度ｆｓ）に合わせて、コンクリート１４の強度（ｆｃ、Ｆｃ）を設定する。すなわち、鋼管１２に４９０材を用い、ヤング係数Ｅｃ＝４００００［Ｎ／ｍｍ^２］のコンクリート１４を用いる場合、コンクリート１４の設計基準強度Ｆｃ＝１１１．０［Ｎ／ｍｍ^２］のものを開発し、用いることで、鋼管１２及びコンクリート１４の圧縮側耐力に無駄をなくすことができる。

【0029】

ＳＣ杭１０において、４９０材の鋼管１２に対し、圧縮耐力の観点で最もよいコンクリート１４の設計基準強度Ｆｃは、
Ｆｃ＝ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）
の式で求められる。
この場合、コンクリート１４のヤング係数Ｅｃを例えば３６０００［Ｎ／ｍｍ^２］から５００００［Ｎ／ｍｍ^２］の間で適宜に設定できると仮定すると、図３に示す実線の直線が得られる。コンクリート１４のヤング係数Ｅｃ（［Ｎ／ｍｍ^２］）と、設計基準強度Ｆｃ（［Ｎ／ｍｍ^２］）との関係が実線の直線の状態である場合、圧縮荷重によりＳＣ杭１０へのひずみεを増やしていくと、同一のひずみεで、鋼管１２及びコンクリート１４が、それぞれの短期許容圧縮応力度ｆｓ，ｆｃに達する。

【0030】

このように、４９０材の鋼管に対し、図３中に実線の直線で示す性能を有するコンクリート１４を用いることにより、鋼管１２及びコンクリート１４の圧縮側耐力に無駄をなくすことができる。

【0031】

なお、通常、ＳＣ杭１０のコンクリート１４のヤング係数Ｅｃとして、
Ｅｃ＝４００００［Ｎ／ｍｍ^２］
が用いられる。適宜の素材を用いることにより、設計の際に、Ｅｃ＝４００００［Ｎ／ｍｍ^２］よりも大きい、又は、小さい、適宜のヤング係数Ｅｃを選択することは可能である。また、上述した適宜の範囲の適宜のヤング係数Ｅｃのコンクリート１４を製造することは可能であると想定される。

【0032】

コンクリートのヤング係数Ｅｃを例えば、
Ｅｃ＝４４３００［Ｎ／ｍｍ^２］
とする。このとき、ヤング係数比ｎは、
ｎ＝Ｅｓ／Ｅｃ＝２０５０００／４４３００＝４．６２８
となる。コンクリート１４の短期許容圧縮応力度ｆｃは、
ｆｃ＝εｓ・Ｅｃ＝１５８５×１０^−６×４４３００＝７０．２［Ｎ／ｍｍ^２］
となる。そして、コンクリート１４の設計基準強度Ｆｃは
Ｆｃ＝ｆｃ×３．５／２＝７０．２×３．５／２＝１２２．９［Ｎ／ｍｍ^２］
となる。

【0033】

鋼管１２に４９０材を用い、コンクリート１４として、ヤング係数Ｅｃ＝４４３００［Ｎ／ｍｍ^２］、設計基準強度Ｆｃ＝１２２．９［Ｎ／ｍｍ^２］のものを用いる場合、圧縮荷重によりＳＣ杭１０へのひずみεを増やしていくと、同一のひずみεで、鋼管１２及びコンクリート１４が同時又は略同時にそれぞれの短期許容圧縮応力度ｆｓ，ｆｃに達する。ヤング係数をＥｃ＝４４３００［Ｎ／ｍｍ^２］とし、設計基準強度をＦｃ＝１２２．９［Ｎ／ｍｍ^２］としたときの例を第２の一致例として図３中に図示する。これは図３中の実線の直線上にある。

【0034】

このように、鋼管１２に４９０材を用い、コンクリート１４として、ヤング係数Ｅｃ＝４４３００［Ｎ／ｍｍ^２］、設計基準強度Ｆｃ＝１２２．９［Ｎ／ｍｍ^２］に設計し、製造したＳＣ杭１０において、圧縮荷重によりＳＣ杭１０へのひずみεを増やしていくと、同一のひずみεで、鋼管１２及びコンクリート１４が同時又は略同時にそれぞれの短期許容圧縮応力度ｆｓ，ｆｃに達することになる。鋼管１２及びコンクリート１４が同時又は略同時にそれぞれの短期許容圧縮応力度ｆｓ，ｆｃに達するので、鋼管１２及びコンクリート１４の圧縮側耐力に無駄をなくすことができる。

【0035】

このように、鋼管１２に４９０材を用い、コンクリート１４のヤング係数Ｅｃを３６０００［Ｎ／ｍｍ^２］から５００００［Ｎ／ｍｍ^２］の範囲で適宜に設定し、コンクリート１４の設計基準強度Ｆｃが図３中の実線の直線上にあるとき、ＳＣ杭１０は、鋼管１２及びコンクリート１４の圧縮側耐力に無駄をなくすことができる。

【0036】

図３中の実線の直線よりも下の、Ｆｃ＜ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）の範囲のコンクリートを用いたＳＣ杭１０では、ひずみεを増やすと、鋼管１２よりもコンクリート１４が先に短期許容圧縮応力度ｆｃに達する。このため、実線の直線よりも下の範囲のＳＣ杭１０では、鋼管１２とコンクリート１４との圧縮側耐力は、コンクリート１４により決まる。

【0037】

なお、上述した（参照例１）で説明したように、４９０材の鋼管に対し、設計基準強度Ｆｃ＝１０５［Ｎ／ｍｍ^２］、ヤング係数Ｅｃ＝４００００［Ｎ／ｍｍ^２］のコンクリートを用いる場合、設計基準強度の比＝１０５／１１１．０＝０．９４６である。４９０材の鋼管に対し、設計基準強度Ｆｃ＝１０５［Ｎ／ｍｍ^２］のコンクリートを用いる場合、ヤング係数Ｅｃと設計基準強度Ｆｃとの関係は、
Ｆｃ＝０．９４６×ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）
の式から得られる。これは、図３中に一点鎖線の直線で示される。

【0038】

図３中の一点鎖線の直線上には、（参照例１）で説明した、ヤング係数Ｅｃ＝４００００［Ｎ／ｍｍ^２］のコンクリートを用いるＳＣ杭の例をプロットしている。
ＳＣ杭１０のコンクリート１４の設計基準強度Ｆｃが
１０５［Ｎ／ｍｍ^２］＜Ｆｃ≦１１１．０［Ｎ／ｍｍ^２］
の範囲で、Ｅｃ＝４００００［Ｎ／ｍｍ^２］である場合、（参照例１）で説明した例（ＨＳＣ１０５）のＳＣ杭よりも、ＳＣ杭１０は、コンクリート１４に対する鋼管１２の強度の無駄を小さくすることができる。
そして、鋼管１２に４９０材を用い、コンクリート１４のヤング係数Ｅｃを３６０００［Ｎ／ｍｍ^２］から５００００［Ｎ／ｍｍ^２］の範囲で適宜に設定し、コンクリート１４の設計基準強度Ｆｃが、図３中の実線の直線と、それよりも下側の一点鎖線の直線との間にあるとき、ＳＣ杭１０は、（参照例１）で示したＳＣ杭よりも、鋼管１２及びコンクリート１４の強度に無駄をなくすことができる。

【0039】

図３中の実線の直線よりも上の、Ｆｃ＞ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）の範囲のコンクリートを用いたＳＣ杭１０では、ひずみεを増やすと、コンクリート１４よりも鋼管１２が先に短期許容圧縮応力度ｆｓに達する。このため、図３中の実線の直線よりも上の範囲のＳＣ杭１０では、鋼管１２とコンクリート１４との圧縮側耐力は、鋼管１２により決まる。

【0040】

上述した（参照例２）で説明したように、４９０材の鋼管に対し、設計基準強度Ｆｃ＝１２３［Ｎ／ｍｍ^２］、ヤング係数Ｅｃ＝４００００［Ｎ／ｍｍ^２］のコンクリートを用いる場合、設計基準強度の比＝１２３／１１１．０＝１．１０８である。４９０材の鋼管１２に対し、設計基準強度Ｆｃ＝１２３［Ｎ／ｍｍ^２］のコンクリートを用いる場合、ヤング係数Ｅｃと設計基準強度Ｆｃとの関係は、
Ｆｃ＝１．１０８×ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）
の式から得られる。これは、図３中に破線の直線で示される。

【0041】

図３中の破線の直線は、（参照例２）で説明した、ヤング係数Ｅｃ＝４００００［Ｎ／ｍｍ^２］のコンクリートを用いるＳＣ杭の例をプロットしている。
ＳＣ杭１０のコンクリート１４の設計基準強度Ｆｃが
１１１．０［Ｎ／ｍｍ^２］≦Ｆｃ＜１２３［Ｎ／ｍｍ^２］
の範囲で、Ｅｃ＝４００００［Ｎ／ｍｍ^２］である場合、（参照例２）で説明した例（ＨＳＣ１２３）のＳＣ杭よりも、ＳＣ杭１０は、鋼管１２に対するコンクリート１４の強度の無駄を小さくすることができる。
そして、鋼管１２に４９０材を用い、コンクリート１４のヤング係数Ｅｃを３６０００［Ｎ／ｍｍ^２］から５００００［Ｎ／ｍｍ^２］の範囲で適宜に設定し、コンクリート１４の設計基準強度Ｆｃが、図３中の実線の直線と、それよりも上側の破線の直線との間にあるとき、ＳＣ杭１０は、（参照例２）で示したＳＣ杭よりも、鋼管１２及びコンクリート１４の強度に無駄をなくすことができる。

【0042】

以上説明したように、本実施例では、ＳＣ杭１０は、４９０材の鋼管１２を用い、コンクリート１４の設計基準強度Ｆｃを
（１０５／１１１．０）×ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）＜Ｆｃ＜（１２３／１１１．０）×ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）
の範囲とすることが好適である。
ＳＣ杭１０への圧縮荷重により、ＳＣ杭１０へのひずみεを増やしていくときに、コンクリート１４のヤング係数Ｅｃが４００００［Ｎ／ｍｍ^２］で、コンクリート１４の設計基準強度Ｆｃが１０５［Ｎ／ｍｍ^２］のもの（ＨＳＣ１０５）よりもコンクリート１４が短期許容圧縮応力度ｆｃに達するときのひずみεを、鋼管１２が短期許容圧縮応力度ｆｓに達するときのひずみεに近づけることができる。すなわち、鋼管１２が短期許容圧縮応力度ｆｓに達するときのひずみεと、コンクリート１４が短期許容圧縮応力度ｆｃに達するときのひずみεとの差を、ＨＳＣ１０５を用いる場合に比べて小さくすることができる。また、コンクリート１４のヤング係数Ｅｃが４００００［Ｎ／ｍｍ^２］で、コンクリート１４の設計基準強度Ｆｃが１２３［Ｎ／ｍｍ^２］のもの（ＨＳＣ１２３）よりもコンクリート１４が短期許容圧縮応力度ｆｃに達するときのひずみεを、鋼管１２が短期許容圧縮応力度ｆｓに達するときのひずみεに近づけることができる。すなわち、鋼管１２が短期許容圧縮応力度ｆｓに達するときのひずみεと、コンクリート１４が短期許容圧縮応力度ｆｃに達するときのひずみεとの差を、ＨＳＣ１２３用いる場合に比べて小さくすることができる。
したがって、４９０材の鋼管１２を用い、コンクリート１４の設計基準強度Ｆｃを
（１０５／１１１．０）×ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）＜Ｆｃ＜（１２３／１１１．０）×ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）
の範囲とするＳＣ杭１０を用いることで、従来からあるＨＳＣ１０５及びＨＳＣ１２３よりも鋼管１２に対するコンクリート１４の強度の無駄、コンクリート１４に対する鋼管１２の強度の無駄を小さくすることができる。

【0043】

このため、本実施例によれば、鋼管１２又はコンクリート１４に生じる応力が短期許容圧縮応力度に達する場合に、鋼管１２に対するコンクリート１４の圧縮側耐力の無駄を省くことが可能な、ＳＣ杭（外殻鋼管付コンクリートパイル）１０を提供することができる。また、本実施例によれば、鋼管１２又はコンクリート１４に生じる応力が短期許容圧縮応力度に達する場合に、コンクリート１４に対する鋼管１２の圧縮側耐力の無駄を省くことが可能な、ＳＣ杭１０の設計方法を提供することができる。

【0044】

特に、４９０材の鋼管１２を用い、コンクリート１４の設計基準強度Ｆｃを
Ｆｃ＝ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）
とする場合、鋼管１２に対するコンクリート１４の強度の無駄を最も小さくすることができる。すなわち、鋼管１２及びコンクリート１４がそれぞれの短期許容圧縮応力度ｆｓ，ｆｃに達するときのそれぞれのひずみεを最も近づけるようにしたＳＣ杭１０が提供され、また、鋼管１２及びコンクリート１４がそれぞれの短期許容圧縮応力度ｆｓ，ｆｃに達するときのそれぞれのひずみεを近づけるＳＣ杭１０の設計方法が提供される。

【0045】

コンクリート１４のヤング係数Ｅｃが
Ｅｃ＝４００００［Ｎ／ｍｍ^２］
であり、コンクリート１４の設計基準強度Ｆｃが
Ｆｃ＝１１１．０［Ｎ／ｍｍ^２］
に対して例えば±数％程度の相違であれば、従来のＳＣ杭よりも鋼管１２に対するコンクリート１４の強度の無駄を少なくすることができる。

【0046】

上述した±数％は適宜に設定される。コンクリート１４の設計基準強度Ｆｃが−（マイナス）５％と＋（プラス）５％であるなど、設計基準強度Ｆｃに対する上側の割合及び下側の割合が同じであってもよい。また、コンクリート１４の設計基準強度Ｆｃが−（マイナス）５％と＋（プラス）６％であるなど、設計基準強度Ｆｃに対する上側の割合及び下側の割合が異なっていてもよい。ここでは、コンクリート１４の各ヤング係数Ｅｃに対して設計基準強度Ｆｃが上述した、
（１０５／１１１．０）×ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）＜Ｆｃ＜（１２３／１１１．０）×ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）
を超えない、略−（マイナス）５．４％から略＋（プラス）１１．１％の範囲において、適宜の割合を設定できる。すなわち、係数αを（１０５／１１１．０）＜α＜１とし、係数βを１＜β＜（１２３／１１１．０）としたとき、コンクリート１４の設計基準強度Ｆｃを
α×ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）＜Ｆｃ＜β×ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）
の範囲に設定することが好適である。なお、コンクリート１４の設計基準強度Ｆｃが
Ｆｃ＝α×ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）
である場合、図示しないが、図３中の実線の直線と一点鎖線の直線との間にある直線として描かれる。コンクリート１４の設計基準強度Ｆｃが
Ｆｃ＝β×ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）
である場合、図示しないが、図３中の実線の直線と破線の直線との間にある直線として描かれる。これら設計基準強度Ｆｃの直線の傾きは、α，βを適宜に設定することにより決められる。

【0047】

また、コンクリート１４の構成成分や製造方法から、ヤング係数Ｅｃを４４３００［Ｎ／ｍｍ^２］と設定するなど、ヤング係数Ｅｃも一律でなく、適宜に設定することができる。このため、本実施例のＳＣ杭１０では、ヤング係数Ｅｃの設計の際の自由度を増し、鋼管１２の内側に最適なコンクリート１４に設計することができるとともに、そのように設計したＳＣ杭１０を製造することができる。

【0048】

図４には、ＮＭ曲線を示す。ここで、杭径Ｄを８００［ｍｍ］、鋼管１２及びコンクリート１４を合わせた肉厚ｔを１１０［ｍｍ］、鋼管厚ｔｓを６［ｍｍ］、腐食代１［ｍｍ］、鋼管を４９０材とする。
ＳＣ杭１０に対し、４９０材の鋼管１２が共通であるため、引張時の耐力は、同じとなっている。
ＨＳＣ１０５、ＨＳＣ１２３のＳＣ杭、Ｆｃ＝１１１．０［Ｎ／ｍｍ^２］のＳＣ杭１０（図３中の第１の一致例）は、ヤング係数ＥｃがＥｃ＝４００００［Ｎ／ｍｍ^２］で同じである。軸力Ｎが大きくなると、コンクリート１４が負担する比率が大きくなる。このため、ＨＳＣ１０５のＳＣ杭に比べて、ＨＳＣ１２３のＳＣ杭、Ｆｃ＝１１１．０［Ｎ／ｍｍ^２］のＳＣ杭１０は大きな短期許容曲げモーメントＭを設定することができる。

【0049】

図４中のコンクリート１４の設計基準強度Ｆｃが１１１．０［Ｎ／ｍｍ^２］（Ｅｃ＝４００００［Ｎ／ｍｍ^２］）のＳＣ杭１０（図３中の第１の一致例）を製造する場合、従来のＨＳＣ１０５のＳＣ杭を製造するのに対して少しのコストアップで製造できる。そして、第１の一致例のＳＣ杭１０の性能は、ＨＳＣ１２３のＳＣ杭の性能に追いついている。

【0050】

また、Ｆｃ＝１２３［Ｎ／ｍｍ^２］のＳＣ杭１０（図３中の第２の一致例）は、ヤング係数ＥｃがＥｃ＝４４３００［Ｎ／ｍｍ^２］である。ＨＳＣ１０５、ＨＳＣ１２３のＳＣ杭、Ｆｃ＝１１１．０［Ｎ／ｍｍ^２］のＳＣ杭１０に比べてＦｃ＝１２３［Ｎ／ｍｍ^２］のＳＣ杭１０は、より大きな短期許容曲げモーメントＭを設定することができる。

【0051】

図４中のコンクリート１４の設計基準強度Ｆｃが１２３［Ｎ／ｍｍ^２］（Ｅｃ＝４４３００［Ｎ／ｍｍ^２］）のＳＣ杭１０（図３中の第２の一致例）を製造する場合、従来のＨＳＣ１２３のＳＣ杭と同程度のコストで製造できる。そして、第２の一致例のＳＣ杭１０の性能は、ＨＳＣ１２３のＳＣ杭の性能を追い越している。

【0052】

このため、図３中に示す第１の一致例、第２の一致例のＳＣ杭１０は、それぞれ従来のＳＣ杭（ＨＳＣ１０５、ＨＳＣ１２３）に対して、大きなコストアップをすることなく、良好な性能を発揮することができる。

【0053】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

【符号の説明】

【0054】

１０…外殻鋼管付コンクリートパイル（ＳＣ杭）、１２…外殻鋼管（鋼管）、１４…コンクリート（コンクリート管）。

【要約】      （修正有）

【課題】外殻鋼管又はコンクリートに生じる応力が短期許容圧縮応力度に達する場合に、外殻鋼管及びコンクリートがそれぞれの短期許容圧縮応力度に達するときのひずみを互いに近づけるようにした外殻鋼管付コンクリートパイル並びに設計方法を提供する。
【解決手段】外殻鋼管に４９０材を用い、コンクリートにヤング係数Ｅｃが、３６０００［Ｎ／ｍｍ^２］≦Ｅｃ≦５００００［Ｎ／ｍｍ^２］のものを用いる。コンクリートの設計基準強度Ｆｃを（１０５／１１１．０）×ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）＜Ｆｃ＜（１２３／１１１．０）×ｆｓ／（Ｅｓ／Ｅｃ）×（３．５／２）の範囲とした、外殻鋼管付コンクリートパイルとする。
【選択図】図３

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】