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(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】
(24)【登録日】2024-02-02
(45)【発行日】2024-02-13
(54)【発明の名称】人工地盤構造物
(51)【国際特許分類】
E02D 27/32 20060101AFI20240205BHJP
E01D 19/02 20060101ALI20240205BHJP
E02D 5/28 20060101ALI20240205BHJP
【ＦＩ】
E02D27/32 A
E01D19/02
E02D5/28
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2023144106
(22)【出願日】2023-09-06
(62)【分割の表示】P 2023506000の分割
【原出願日】2022-08-05
【審査請求日】2023-09-06
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】591205536
【氏名又は名称】ＪＦＥシビル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001461
【氏名又は名称】弁理士法人きさ特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】尾添 仁志
(72)【発明者】
【氏名】神田 恭太郎
(72)【発明者】
【氏名】塩田 啓介
【審査官】柿原 巧弥
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０２１／０９０４３９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００３－１１９７７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２０／２０２３３４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１１－１１７２７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－２５６５０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－２５７００６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ０２Ｄ ２７／３２
Ｅ０１Ｄ １９／０２
Ｅ０２Ｄ ５／２８
Ｅ０１Ｃ １／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
人工地盤が延びる第１方向及び前記第１方向に交差する第２方向に並列して地盤に打設された支持杭と、前記支持杭の上端に設置された上端格点部と、
隣り合う２つの前記上端格点部を接続する第１桁部材と、
前記上端格点部及び前記第１桁部材の上方に設置される床版と、を備え、
前記支持杭は、
複数の支持杭を含み、
前記支持杭と前記地盤の表面とが交わる支点及び前記上端格点部を結節点とし、隣り合う前記結節点の間の前記支持杭の一部を結節点間部材としたときに、
前記複数の支持杭のうち前記第１方向又は前記第２方向に隣り合って前記地盤に打設された２つの支持杭は、複数の結節点間部材を備え、
前記複数の支持杭は、
前記地盤からの突出量がｈ０である１本の基準となる基準杭と、
前記地盤からの突出量がｈである比較杭と、を備え、
前記基準杭の降伏応力をσ０、前記比較杭の降伏応力をσｘ、前記基準杭の外径をＤ０、前記比較杭の外径をＤｘ、Ｋ１＝σｘ／σ０、Ｋ２＝Ｄ０／Ｄｘとしたときに、０．６≦Ｋ１×Ｋ２≦１．６６を満たすものであり、
前記基準杭を、前記支持杭の中間部に設置される中間格点部を有さない前記支持杭とし、前記比較杭を前記支持杭の中間部に設置される中間格点部を有さない１層構造である前記支持杭としたときに、少なくとも０．５８≦ｈ／ｈ０≦１．７３の条件を満たす前記基準杭と前記比較杭との組み合わせを有し、
前記複数の結節点間部材は、
レベル２地震動を受けたときに、塑性変形する第１結節点間部材と、降伏していない第２結節点間部材と、を備え、
前記第２結節点間部材は、
前記第１結節点間部材が限界耐力に達する前に降伏するように長さが設定されている、人工地盤構造物。
【請求項2】
人工地盤が延びる第１方向及び前記第１方向に交差する第２方向に並列して地盤に打設された支持杭と、
前記支持杭の上端に設置された上端格点部と、
隣り合う２つの前記上端格点部を接続する第１桁部材と、
前記上端格点部及び前記第１桁部材の上方に設置される床版と、を備え、
前記支持杭は、
複数の支持杭を含み、
前記支持杭と前記地盤の表面とが交わる支点及び前記上端格点部を結節点とし、隣り合う前記結節点の間の前記支持杭の一部を結節点間部材としたときに、
前記複数の支持杭のうち前記第１方向又は前記第２方向に隣り合って前記地盤に打設された２つの支持杭は、複数の結節点間部材を備え、
前記複数の支持杭は、
前記地盤からの突出量がｈ０である１本の基準となる基準杭と、
前記地盤からの突出量がｈである比較杭と、を備え、
前記基準杭の降伏応力をσ０、前記比較杭の降伏応力をσｘ、前記基準杭の外径をＤ０、前記比較杭の外径をＤｘ、Ｋ１＝σｘ／σ０、Ｋ２＝Ｄ０／Ｄｘとしたときに、０．６≦Ｋ１×Ｋ２≦１．６６を満たすものであり、
前記基準杭を、前記支持杭の中間部に設置される中間格点部を有さない前記支持杭とし、前記比較杭を前記支持杭の中間部に設置される中間格点部を有する２層構造である前記支持杭としたときに、少なくとも０．８６≦ｈ／ｈ０≦２．２６の条件を満たす前記基準杭と前記比較杭との組み合わせを有し、
前記複数の結節点間部材は、
レベル２地震動を受けたときに、塑性変形する第１結節点間部材と、降伏していない第２結節点間部材と、を備え、
前記第２結節点間部材は、
前記第１結節点間部材が限界耐力に達する前に降伏するように長さが設定されている、人工地盤構造物。
【請求項3】
人工地盤が延びる第１方向及び前記第１方向に交差する第２方向に並列して地盤に打設された支持杭と、
前記支持杭の上端に設置された上端格点部と、
隣り合う２つの前記上端格点部を接続する第１桁部材と、
前記上端格点部及び前記第１桁部材の上方に設置される床版と、を備え、
前記支持杭は、
複数の支持杭を含み、
前記支持杭と前記地盤の表面とが交わる支点及び前記上端格点部を結節点とし、隣り合う前記結節点の間の前記支持杭の一部を結節点間部材としたときに、
前記複数の支持杭のうち前記第１方向又は前記第２方向に隣り合って前記地盤に打設された２つの支持杭は、複数の結節点間部材を備え、
前記複数の支持杭は、
前記地盤からの突出量がｈ０である１本の基準となる基準杭と、
前記地盤からの突出量がｈである比較杭と、を備え、
前記基準杭の降伏応力をσ０、前記比較杭の降伏応力をσｘ、前記基準杭の外径をＤ０、前記比較杭の外径をＤｘ、Ｋ１＝σｘ／σ０、Ｋ２＝Ｄ０／Ｄｘとしたときに、０．６≦Ｋ１×Ｋ２≦１．６６を満たすものであり、
前記基準杭を、前記支持杭の中間部に設置される中間格点部を有さない前記支持杭とし、前記比較杭を前記支持杭の中間部に設置される中間格点部を有さない１層構造である前記支持杭としたときに、少なくとも０．５８≦ｈ／ｈ０≦１．７３の条件を満たす前記基準杭と前記比較杭との組み合わせを有し、
前記支持杭は、
振動に対し塑性変形によりエネルギー吸収を行うものであって、熱処理された電縫鋼管により構成され、溶接部を含めた各部の降伏比が８５％以下であり、シャルピー吸収エネルギーが２７Ｊ以上である、人工地盤構造物。
【請求項4】
人工地盤が延びる第１方向及び前記第１方向に交差する第２方向に並列して地盤に打設された支持杭と、
前記支持杭の上端に設置された上端格点部と、
隣り合う２つの前記上端格点部を接続する第１桁部材と、
前記上端格点部及び前記第１桁部材の上方に設置される床版と、を備え、
前記支持杭は、
複数の支持杭を含み、
前記支持杭と前記地盤の表面とが交わる支点及び前記上端格点部を結節点とし、隣り合う前記結節点の間の前記支持杭の一部を結節点間部材としたときに、
前記複数の支持杭のうち前記第１方向又は前記第２方向に隣り合って前記地盤に打設された２つの支持杭は、複数の結節点間部材を備え、
前記複数の支持杭は、
前記地盤からの突出量がｈ０である１本の基準となる基準杭と、
前記地盤からの突出量がｈである比較杭と、を備え、
前記基準杭の降伏応力をσ０、前記比較杭の降伏応力をσｘ、前記基準杭の外径をＤ０、前記比較杭の外径をＤｘ、Ｋ１＝σｘ／σ０、Ｋ２＝Ｄ０／Ｄｘとしたときに、０．６≦Ｋ１×Ｋ２≦１．６６を満たすものであり、
前記基準杭を、前記支持杭の中間部に設置される中間格点部を有さない前記支持杭とし、前記比較杭を前記支持杭の中間部に設置される中間格点部を有する２層構造である前記支持杭としたときに、少なくとも０．８６≦ｈ／ｈ０≦２．２６の条件を満たす前記基準杭と前記比較杭との組み合わせを有し、
前記支持杭は、
振動に対し塑性変形によりエネルギー吸収を行うものであって、熱処理された電縫鋼管により構成され、溶接部を含めた各部の降伏比が８５％以下であり、シャルピー吸収エネルギーが２７Ｊ以上である、人工地盤構造物。
【請求項5】
前記支持杭の中間部に設置される中間格点部と、隣り合う２つの前記中間格点部を接続する第２桁部材と、を更に備え、
前記結節点は、
前記中間格点部を含むものであり、
前記中間格点部を有する前記支持杭の長さをｈ、地盤から前記中間格点部までの高さをｈｔとしたときに、０．２５ｈ≦ｈｔ≦０．７５ｈである、請求項２又は４に記載の人工地盤構造物。
【請求項6】
前記第２桁部材は、前記地盤の傾斜に沿った方向に傾斜している、請求項５に記載の人工地盤構造物。
【請求項7】
前記中間格点部は、前記支持杭の外側面を包囲して設置される筒体を備え、
前記筒体は、
前記支持杭の外側面よりも大きく、
前記筒体と前記支持杭との間に形成される隙間は、
充填材が充填される、請求項２又は４に記載の人工地盤構造物。
【請求項8】
前記中間格点部は、
前記支持杭の外側面を包囲して設置される筒体を備え、
前記支持杭は、
前記地盤に打設された第１鋼管杭の上方に鋼管支柱を接合して形成され、
前記第１鋼管杭と前記鋼管支柱との接合部は、
前記中間格点部の前記筒体が前記第１鋼管杭の上端部と前記鋼管支柱の下端部とにまたがって配置され、
前記筒体は、
前記第１鋼管杭及び前記鋼管支柱の外形よりも大きく、
前記筒体と前記第１鋼管杭又は前記鋼管支柱との間に形成される隙間は、
充填材が充填される、請求項２又は４に記載の人工地盤構造物。
【請求項9】
前記中間格点部は、前記筒体の内部に前記第１鋼管杭の上端面が下方から当接する支持部材を備え、
前記鋼管支柱は、
下端面が前記支持部材の上面に当接し、前記支持部材の上方に立設される、請求項８に記載の人工地盤構造物。
【請求項10】
前記支持杭は、複数の支持杭を含み、前記支持杭と前記地盤の表面とが交わる支点、前記中間格点部及び前記上端格点部を結節点とし、隣り合う前記結節点の間の前記支持杭の一部を結節点間部材としたときに、
前記複数の支持杭のうち前記第１方向又は前記第２方向に隣り合って前記地盤に打設された２つの支持杭は、複数の結節点間部材を備え、
前記複数の結節点間部材は、
同じ材質で構成され、それぞれ軸方向に垂直な断面形状が同じであり、
前記２つの支持杭に所定の水平方向変位が生じたときに、塑性変形する第１結節点間部材と、降伏していない第２結節点間部材と、を備え、
前記第２結節点間部材は、
前記第１結節点間部材が限界耐力に達する前に降伏するように長さが設定されている、請求項１又は２記載の人工地盤構造物。
【請求項11】
前記複数の結節点間部材は、複数の第１結節点間部材を備える、請求項１０に記載の人工地盤構造物。
【請求項12】
前記第１結節点間部材の降伏変位をδ１ｙ、前記第２結節点間部材の降伏変位をδ２ｙとしたときに、前記第２結節点間部材の降伏変位δ２ｙが、δ１ｙ≦δ２ｙ≦３・δ１ｙとなるように前記第１結節点間部材及び前記第２結節点間部材の長さが設定された、請求項１０に記載の人工地盤構造物。
【請求項13】
前記上端格点部は、前記支持杭の外側面を包囲して設置される筒体を備え、
前記筒体は、
前記支持杭の外形よりも大きく、
前記筒体と前記支持杭との間に形成される隙間は、
充填材が充填される、請求項１又は２に記載の人工地盤構造物。
【請求項14】
前記支持杭は、鋼管ぐいＳＫＫ材又は一般構造用鋼管ＳＴＫ材を使用した、請求項１又は２に記載の人工地盤構造物。
【請求項15】
前記地盤に掘削され、前記支持杭が立設された孔と、前記支持杭と前記孔との隙間に充填された第１充填材及び第２充填材とを備え、
前記第１充填材は、
前記第２充填材よりも下方に充填され、固化した後の強度が前記第２充填材よりも高い、請求項１又は２に記載の人工地盤構造物。
【請求項16】
前記支持杭の中間部に設置される中間格点部と、隣合う２つの支持杭に設置された前記中間格点部と前記上端格点部とを接続する第３桁部材と、を更に備える、請求項２又は４に記載の人工地盤構造物。
【請求項17】
前記支持杭は、前記地盤に打設された第１鋼管杭の上方に鋼管支柱を接合して形成され、
前記第１鋼管杭と前記鋼管支柱との接合部は、
前記中間格点部により接合され、
前記中間格点部は、
前記第１鋼管杭及び前記鋼管支柱のそれぞれに向かって突出する差し込み部材を備え、
前記第１鋼管杭の上端部と前記鋼管支柱の下端部とにまたがって配置され、
前記差し込み部材は、
前記第１鋼管杭及び前記鋼管支柱の内部に差し込まれ、前記第１鋼管杭又は前記鋼管支柱の内側面に包囲されて設置され、
前記差し込み部材と前記第１鋼管杭又は前記鋼管支柱との間に形成される隙間は、
充填材が充填される、請求項２又は４に記載の人工地盤構造物。
【請求項18】
前記上端格点部は、管状の前記支持杭の上端から内部に差し込まれる差し込み部材を備え、
前記差し込み部材は、
前記支持杭の内部に差し込まれ、前記支持杭の内側面に包囲されて設置され、
前記支持杭と前記差し込み部材との間に形成される隙間は、
充填材が充填される、請求項１又は２に記載の人工地盤構造物。
【請求項19】
前記支持杭は、前記地盤に打設された第１鋼管杭の上方に鋼管支柱を接合して形成され、
前記第１鋼管杭と前記鋼管支柱との接合部は、
前記中間格点部により接合され、
前記中間格点部及び前記第１鋼管杭は、
上方に位置する部材が接合される接合面を有する接合部材が上端に接合され、
前記中間格点部は、
下端が前記接合面に載置された状態で前記接合部材に接合される筒体を備え、
前記接合部材の外形は、
前記筒体の下端の外形又は前記鋼管支柱の下端の外形よりも大きい、請求項５に記載の人工地盤構造物。
【請求項20】
前記支持杭は、上面に前記上端格点部が接合される接合面を有する接合部材が上端に接合され、
前記上端格点部は、
下端が前記接合面に載置された状態で前記接合部材に接合される筒体を備え、
前記接合面の外形は、
前記筒体の下端の外形よりも大きく、
前記筒体は、
前記筒体が前記接合面に載置された状態で接合される、請求項１又は２に記載の人工地盤構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、山間部などにおいて道路などを構築する際に、地形の影響を受けずに必要な傾斜及び幅員を確保できる人工地盤構造物に関する。
【背景技術】
【0002】
山間部に例えば道路などの人工的な地盤を構築する場合は、既存の斜面の道路面計画高さより高い部分は切土を行い、また、低い部分には盛土を行い、路面を平坦に成形した構造が用いられる。この場合、既存の斜面を改変するため、植栽及び生物の居住環境に及ぼす影響が大きく、環境保全の面で好ましくない場合が多い。また、谷合に橋梁を設置する場合には、大規模な橋脚を斜面に構築する必要があり、大規模な掘削及び基礎工事が必要である。この場合、環境に対する影響が大きいうえ、工期が長くなりコストも大きくなる。そこで、斜面に杭を設置し、その上に桁及び道路床版を設置する桟橋形式の人工地盤構造物が考案されている。人工地盤構造物は、地盤に道路方向及び道路直角方向に複数の鋼管杭が設置され、鋼管杭の上部に鋼管支柱が接合されている。また、鋼管杭又は鋼管支柱の上端には格点部が設置され、格点部を連結するように主桁及び横桁が設けられている。そして、主桁及び横桁の上方に床版が設置されている。鋼管杭又は鋼管支柱は、地盤から突出している部分が長いため、中間に中間格点部が設けられ、中間格点部を連結するように中間桁が設けられている（例えば、特許文献１参照）。これにより、人工地盤構造物の鋼管杭及び鋼管支柱は、互いに偏心調整しつつ接合されるとともに隣り合う鋼管杭又は鋼管支柱と連結されることにより、支持杭の地盤からの突出長が多大であっても曲げモーメント及び変位を抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】国際公開第２０２１／０９０４３９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
阪神大震災、東日本大震災、熊本地震などの地震の経験によって、道路構造物を含む人工地盤構造物の耐震性確保がこれまでに増して重要となっている。従来は、人工地盤構造物を構成する鋼管杭及び鋼管支柱（併せて支持杭と呼ぶ）の地盤から突出している部分は、地震による入力に対し、材料の弾性範囲内で強度を確保することを前提にして設計されていた。しかし、支持杭の地盤から突出している部分の強度が地震による入力に対し降伏点を超えないような設計をした場合、人工地盤構造物を構成する支持杭の外径が大きいものになり、重量も大きくなるという課題があった。
一方、例えばＪＩＳ Ａ ５５２５に規定される鋼管ぐいを支持杭として用いた場合、その支持杭は、降伏点を超えた場合の性能について何ら規定されていないため、大地震による入力に対し塑性変形によるエネルギー吸収を期待できない、という課題があった。
一方、例えばＪＩＳ Ａ ５５２５に規定される鋼管ぐいを支持杭として用いた場合、その支持杭は、降伏点を超えた場合の性能について何ら規定されていないため、大地震による入力に対し塑性変形によるエネルギー吸収を期待できない、という課題があった。
【0005】
本発明は上記課題を解決するものであって、地盤からの突出量が大きい支持杭を備える人工地盤構造物において、大地震による振動に対し支持杭の塑性変形によるエネルギー吸収によって耐震性が向上した人工地盤構造物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に係る人工地盤構造物は、人工地盤が延びる第１方向及び前記第１方向に交差する第２方向に並列して地盤に打設された支持杭と、前記支持杭の上端に設置された上端格点部と、隣り合う２つの前記上端格点部を接続する第１桁部材と、前記上端格点部及び前記第１桁部材の上方に設置される床版と、を備え、前記支持杭は、複数の支持杭を含み、前記支持杭と前記地盤の表面とが交わる支点及び前記上端格点部を結節点とし、隣り合う前記結節点の間の前記支持杭の一部を結節点間部材としたときに、前記複数の支持杭のうち前記第１方向又は前記第２方向に隣り合って前記地盤に打設された２つの支持杭は、複数の結節点間部材を備え、前記複数の支持杭は、前記地盤からの突出量がｈ０である１本の基準となる基準杭と、前記地盤からの突出量がｈである比較杭と、を備え、前記基準杭の降伏応力をσ０、前記比較杭の降伏応力をσｘ、前記基準杭の外径をＤ０、前記比較杭の外径をＤｘ、Ｋ１＝σｘ／σ０、Ｋ２＝Ｄ０／Ｄｘとしたときに、０．６≦Ｋ１×Ｋ２≦１．６６を満たすものであり、前記基準杭を、前記支持杭の中間部に設置される中間格点部を有さない前記支持杭とし、前記比較杭を前記支持杭の中間部に設置される中間格点部を有さない１層構造である前記支持杭としたときに、少なくとも０．５８≦ｈ／ｈ０≦１．７３の条件を満たす前記基準杭と前記比較杭との組み合わせを有し、前記複数の結節点間部材は、レベル２地震動を受けたときに、塑性変形する第１結節点間部材と、降伏していない第２結節点間部材と、を備え、前記第２結節点間部材は、前記第１結節点間部材が限界耐力に達する前に降伏するように長さが設定されている。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、地盤からの突出長さが多大な支持杭においても、上端格点部の位置精度を確保しつつ、支持杭の外径寸法及び重量を抑えられる。また、支持杭は、大地震に相当する入力であるレベル２地震動について水平方向変位と水平荷重との関係を測定したときに、履歴曲線が紡錘形状となるように構成されているため、塑性変形により安定して振動エネルギーを吸収することができる。人工地盤構造物は、このような支持杭を用いることにより耐震性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施の形態１に係る道路構造１００の模式図である。
【図6】道路構造１００の上部の構造の一例を示す斜視図である。
【図7】実施の形態１に係る道路構造１００の上端格点部５０ａ周辺の断面構造の一例の説明図である。
【図9】実施の形態１に係る道路構造１００の中間格点部５０ｂ周辺の断面構造の説明図である。
【図10】実施の形態１に係る道路構造１００の中間格点部５０ｂの上面図である。
【図11】実施の形態１に係る道路構造１００の中間格点部１５０ｂ周辺の断面構造の説明図である。
【図12】孔９５に鋼管杭２０を建て込んだ状態の説明図である。
【図13】実施の形態１の仮接合工程に用いられる型枠治具７０の構造の説明図である。
【図14】覆工版３９９の一例を示す側面図である。
【図15】比較例に係る道路構造１０００の断面構造の説明図である。
【図16】実施の形態１に係る支持杭１０に用いられる鋼管について正負交番試験を実施した場合の履歴曲線である。
【図17】正負交番試験の試験体の模式図である。
【図18】実施の形態１に係る支持杭１０に用いられる電縫鋼管の溶接工程の説明図である。
【図19】実施の形態１に係る支持杭１０に用いられる電縫鋼管の溶接部の断面図である。
【図20】強度試験用の試験片を採取した電縫鋼管の外径、板厚、成分の表である。
【図21】試験片を用いて引張試験を行って得られた公称応力と公称ひずみとの関係図である。
【図22】試験片を用いて引張試験を行って得られた結果を示している。
【図23】試験片を用いて引張試験を行って得られたシャルピー試験の結果を示す図である。
【図24】実施の形態１に係る道路構造１００の上端格点部５５０ａ周辺の断面構造の説明図である。
【図25】実施の形態１に係る道路構造１００の上端格点部５５０ａの上面図及び側面図である。
【図27】実施の形態１に係る道路構造１００の中間格点部５５０ｂ周辺の断面構造の説明図である。
【図28】実施の形態１に係る道路構造１００の上端格点部５０ａの変形例である上端格点部２５０ａ周辺の断面構造の説明図である。
【図30】実施の形態１に係る道路構造１００の中間格点部１５０ｂの変形例である中間格点部２５０ｂ周辺の構造の側面図及び上面図である。
【図31】実施の形態１に係る道路構造１００の変形例の断面構造の説明図である。
【図32】実施の形態２に係る道路構造１００の一例を示す模式図である。
【図39】２本の支持杭１０の結節点間部材１０Ａ及び結節点間部材１０Ｃの水平方向変位δと応力σとの関係を示す図である。
【図42】基準杭及び比較杭の材質の降伏応力が同じ場合と異なる場合の水平方向変位δ及び応力σの関係を模式的に表したものである。
【図43】基準杭及び比較杭の外径が異なる場合の水平方向変位δ及び応力σの関係を模式的に表したものである。
【図44】実施の形態２に係る道路構造１００の説明図である。
【図45】実施の形態２に係る道路構造１００の支持杭１０の拡大図である。
【図46】実施の形態２に係る道路構造１００のｙ方向に垂直な断面の説明図である。
【図47】実施の形態１に係る道路構造１００の施工方法のフローである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。各図は模式的に示すものであって、各部材の相対的な大きさや板厚等は図示する寸法に限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
【0010】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る道路構造１００の模式図である。図２は、図１の道路構造１００のＡ－Ａ部の断面構造の説明図である。図３は、図１の道路構造１００のＢ－Ｂ部の断面構造の説明図である。図４は、図１の道路構造１００のＣ－Ｃ部の断面構造の説明図である。図５は、図１の道路構造１００の第１桁部材４１の配置の説明図である。図６は、道路構造１００の上部の構造の一例を示す斜視図である。道路構造１００は、山間部等の起伏が大きい地盤に設置されるものである。道路構造１００は、例えば、山間部の斜面に沿って道路を設ける場合、斜面に沿って設けられた既設道路を拡幅する場合、又は山間部の沢部を跨いで道路を通す場合等に用いられる構造である。実施の形態１においては、人工地盤構造物の一例として山間部の斜面に沿って設置された道路構造１００について説明する。なお、図１に示すｙ方向は、道路構造１００が延伸する方向であり、ｚ方向は、支持杭１０が延びる方向である。ただし、道路構造１００は直線状に延びるものに限定されず、例えば図５に示すように上面視において曲線状に延びるものであっても良い。また、人工地盤構造物は、例えば山間部等の起伏が大きい地盤９０において人工的な平地を構築するためのものであり、道路構造１００以外にも、例えばヘリポート、道路に接続された待避所及びドローンポートなどにも適用できる。人工地盤構造物は、その上面に建屋などの施設を構築することもできる。
図１は、実施の形態１に係る道路構造１００の模式図である。図２は、図１の道路構造１００のＡ－Ａ部の断面構造の説明図である。図３は、図１の道路構造１００のＢ－Ｂ部の断面構造の説明図である。図４は、図１の道路構造１００のＣ－Ｃ部の断面構造の説明図である。図５は、図１の道路構造１００の第１桁部材４１の配置の説明図である。図６は、道路構造１００の上部の構造の一例を示す斜視図である。道路構造１００は、山間部等の起伏が大きい地盤に設置されるものである。道路構造１００は、例えば、山間部の斜面に沿って道路を設ける場合、斜面に沿って設けられた既設道路を拡幅する場合、又は山間部の沢部を跨いで道路を通す場合等に用いられる構造である。実施の形態１においては、人工地盤構造物の一例として山間部の斜面に沿って設置された道路構造１００について説明する。なお、図１に示すｙ方向は、道路構造１００が延伸する方向であり、ｚ方向は、支持杭１０が延びる方向である。ただし、道路構造１００は直線状に延びるものに限定されず、例えば図５に示すように上面視において曲線状に延びるものであっても良い。また、人工地盤構造物は、例えば山間部等の起伏が大きい地盤９０において人工的な平地を構築するためのものであり、道路構造１００以外にも、例えばヘリポート、道路に接続された待避所及びドローンポートなどにも適用できる。人工地盤構造物は、その上面に建屋などの施設を構築することもできる。
【0011】
図２～図４に示すように、道路構造１００は、地盤９０に打設された複数の鋼管杭２０を備える。鋼管杭２０は、地盤９０に設けられた孔に、杭頭２１が地盤９０の表面９４から突出するように建てられる。地盤９０は、ダウンザホールハンマ等によって堆積層９２を貫通し、支持層９３まで削孔されている。地盤９０に設けられた孔に鋼管杭２０を建て込み、孔にコンクリート又はモルタル等の充填材が充填されることにより、鋼管杭２０は、地盤９０に立設される。図２などに示されているｘ方向は、道路構造１００が延伸するｙ方向及び支持杭１０が延びるｚ方向に垂直な方向である。
【0012】
鋼管杭２０は、道路として形成された人工地盤が延びる方向である第１方向に並列して地盤９０に複数打設される。図５に示される様に、第１桁部材４１が例えば斜面などに沿って曲がって配置されており、道路は、その第１桁部材４１の上に道路床版９９を設置して構成される。実施の形態においては、第１方向は、この道路に沿った方向である。また、道路床版９９は、単に床版と称する場合がある。例えば人工地盤構造物がヘリポートとして使用される場合は、床版の上面にヘリコプターが着陸する。また、床版の上に建屋などの施設が構築される場合がある。
【0013】
道路構造１００の複数の鋼管杭２０は、第１鋼管杭２０ａと第２鋼管杭２０ｂとを含む。第１鋼管杭２０ａは、上方に鋼管支柱３０が接合される。鋼管支柱３０は、道路床版９９及び第１桁部材４１が設置される地盤９０の表面９４からの高さに応じて、第１鋼管杭２０ａの上端に接合される。図１～図４中に示されている三角形の記号は、第１鋼管杭２０ａと鋼管支柱３０との接合部１１を示している。接合部１１においては、第１鋼管杭２０ａと鋼管支柱３０とが例えば溶接により接合されている。ただし、接合部１１は、偏心接合部材６０ｂ（図１１参照）が、地盤９０側に位置する第１鋼管杭２０ａとの上方に接合される鋼管支柱３０とを接合している構造であっても良い。なお、地盤９０に立設された柱状の構造を支持杭１０と称する場合がある。特に、上述した第１鋼管杭２０ａと鋼管支柱３０とを接合した構造は、支持杭１０ａと称する場合がある。
【0014】
鋼管支柱３０は、第１鋼管杭２０ａの杭頭２１ａと接合され上方に延びている。鋼管支柱３０の杭頭１２には上端格点部５０ａが接合されている。上端格点部５０ａは、偏心接合部材６０を用いて鋼管支柱３０の杭頭１２と接合されている。
【0015】
上端格点部５０ａは、第１方向において隣り合う上端格点部５０ａと第１桁部材４１により連結されている。第１方向に沿って設置されている第１桁部材４１を特に縦桁４１ａと呼ぶ。
【0016】
図２～図４に示される様に、上端格点部５０ａは、第１方向に交差する第２方向に並列して隣り合う上端格点部５０ａと第１桁部材４１により連結されている。第２方向に沿って設置されている第１桁部材４１を特に横桁４１ｂと呼ぶ。
【0017】
実施の形態１においては、図２～図４に示される様に、鋼管杭２０は、第１方向に交差する第２方向に沿って２本並べられている。横桁４１ｂは、第２方向に並べられた杭頭１２に接合された上端格点部５０ａを連結している。つまり、第１桁部材４１は、第１方向及び第２方向に沿って設置され、それぞれ支持杭１０の杭頭１２同士を、上端格点部５０ａを介して連結している。第１桁部材４１及び上端格点部５０ａの上面には、床版固定部材４２が設置されている。道路床版９９は、床版固定部材４２を介して第１桁部材４１及び上端格点部５０ａに固定される。なお、鋼管杭２０は、第１方向に交差する第２方向に２本以上並べられていても良い。
【0018】
縦桁４１ａは、第１方向に並べられている支持杭１０の杭頭１２に接合された上端格点部５０ａを連結している。上端格点部５０ａは、縦桁４１ａが接続される２つの縦桁仕口５２ａ（図７参照）を備える。図５に示す様に、道路構造１００が斜面などに沿って曲げられて配置されている場合は、１つの上端格点部５０ａに接続された２つの縦桁４１ａは、長手方向が互いに交差するように延びる。したがって、上端格点部５０ａに設けられている２つの縦桁仕口５２ａも互いに交差するように延びている。
【0019】
また、縦桁４１ａは、第２方向において並列されている第１の縦桁４１ａａと第２の縦桁４１ａｂとを含む。図５において、第１の縦桁４１ａａは、第１方向に並んで配置された支持杭１０の杭頭１２に設置された第１の上端格点部５０ａａと第２の上端格点部５０ａｂとの間を接続する。また、第２の縦桁４１ａｂは、第１方向に並んで配置された支持杭１０の杭頭１２に設置された第３の上端格点部５０ａｃと第４の上端格点部５０ａｄとの間を接続する。例えば、図５に示されるように、平面視において、山間部の斜面に沿って道路構造１００が曲線状に設置されている場合、第１の縦桁４１ａａは、曲がって配置された道路構造１００の内側に位置し、第２の縦桁４１ａｂは、曲がって配置された道路構造１００の外側に位置する。このとき、第１の上端格点部５０ａａと第２の上端格点部５０ａｂとの間隔は、第３の上端格点部５０ａｃと第４の上端格点部５０ａｄとの間隔よりも短い。また、第１の縦桁４１ａａは、第２の縦桁４１ａｂよりも短い。なお、第１の縦桁４１ａａと第２の縦桁４１ａｂとは、互いに平行になる様に配置されていても良い。
【0020】
図５に示すように、横桁４１ｂは、中央部に連結部４３を備える。連結部４３には縦桁４１ａが接続されている。連結部４３に接続されている縦桁４１ａは、第１方向において隣り合う横桁４１ｂの連結部４３同士を接続している。横桁４１ｂは、第１の上端格点部５０ａａと第３の上端格点部５０ａｃとを接続している。また、横桁４１ｂは、第２の上端格点部５０ａｂと第４の上端格点部５０ａｄとを接続している。実施の形態１において横桁４１ｂは、２つの上端格点部５０ａを一体にするように構成されている。さらに、横桁４１ｂは、中央部に連結部４３を備える。第１方向において隣合って配置されている横桁４１ｂの中央部の連結部４３同士は、第３の縦桁４１ａｃによって接続されている。なお、図５に示されている様に、第３の縦桁４１ａｃの第１方向における長さは、第１の縦桁４１ａａよりも長く第２の縦桁４１ａｂよりも短い。また、実施の形態１においては図５に示すように桁部材４１が第２方向において３列並んでいる場合を説明したが、２列であってもよく、さらに多数の桁部材４１が並列されていても良い。また、道路構造１００は、平面視において曲線状に設置するものに限定されず、直線状に配置されていても良いし、直線と曲線とが複合された形状に設置されていても良い。
【0021】
図１に戻り、第２鋼管杭２０ｂは、上方に上端格点部５０ａが接続されている。上端格点部５０ａは、偏心接合部材６０を用いて第２鋼管杭２０ｂの杭頭１２と接合されている。第２鋼管杭２０ｂに接合されている上端格点部５０ａは、支持杭１０ａに接合されている上端格点部５０ａと同様に、第１方向及び第２方向に隣り合う上端格点部５０ａと連結されている。なお、上方に鋼管支柱３０が接合されていない第２鋼管杭２０ｂは、支持杭１０ｂと称する場合がある。
【0022】
図１に示される様に、支持杭１０ａには中間格点部５０ｂが設けられている。実施の形態１において、中間格点部５０ｂは、支持杭１０ａのうち鋼管支柱３０の中央部に設置されている。つまり、中間格点部５０ｂは、道路構造１００のうち、地盤９０からの突出長さが多大な支持杭１０ａに設けられている。中間格点部５０ｂは、隣り合う鋼管支柱３０に設けられた中間格点部５０ｂと第２桁部材４０により連結されている。第１方向に沿って設置されている第２桁部材４０を、特に縦桁４０ａと呼ぶ。
【0023】
図４に示される様に、中間格点部５０ｂは、第１方向に交差する第２方向において隣り合う支持杭１０に設置された中間格点部５０ｂと第２桁部材４０により連結されている。第２方向に沿って設置されている第２桁部材４０を、特に横桁４０ｂと呼ぶ。
【0024】
第２桁部材４０は、図１及び図３に示される様に傾斜して設置されていても良いし、図４に示される様に水平に設置されていても良い。図３に示されている第２桁部材４０は、支持杭１０が打設されている地盤９０の斜面に沿って傾斜されている。つまり、斜面の山側に打設された支持杭１０に設けられた中間格点部５０ｂは、斜面の谷側に打設された支持杭１０に設けられた中間格点部５０ｂよりも高い位置に配置されている。このように構成されていることにより、中間格点部５０ｂが設置されている位置が地盤９０の表面９４から過剰に離れることがなく、支持杭１０の地盤９０から突出している部分の水平方向変位δが部分的に過度に大きくなるのを抑制し、振動による支持杭１０の破壊を抑制できる。また、中間格点部５０ｂは、図１及び図４に示される様に鋼管支柱３０に設置されるものに限定されず、図３に示される様に第２鋼管杭２０ｂに設置されていても良い。
【0025】
（上端格点部５０ａ）
図７は、実施の形態１に係る道路構造１００の上端格点部５０ａ周辺の断面構造の一例の説明図である。図８は、図７に示す上端格点部５０ａの上面図である。上端格点部５０ａと支持杭１０とは、偏心接合部材６０ａにより接合される。偏心接合部材６０ａは、上端格点部５０ａの一部であり、支持杭１０の杭頭１２と組み合わさり、杭頭１２に対する上端格点部５０ａの位置を調整するためのものである。即ち、上端格点部５０ａは、偏心接合部材６０ａにより、支持杭１０と中心軸の位置がずれた状態であっても、支持杭１０に接合することができる。
図７は、実施の形態１に係る道路構造１００の上端格点部５０ａ周辺の断面構造の一例の説明図である。図８は、図７に示す上端格点部５０ａの上面図である。上端格点部５０ａと支持杭１０とは、偏心接合部材６０ａにより接合される。偏心接合部材６０ａは、上端格点部５０ａの一部であり、支持杭１０の杭頭１２と組み合わさり、杭頭１２に対する上端格点部５０ａの位置を調整するためのものである。即ち、上端格点部５０ａは、偏心接合部材６０ａにより、支持杭１０と中心軸の位置がずれた状態であっても、支持杭１０に接合することができる。
【0026】
実施の形態１において、偏心接合部材６０ａは、少なくとも上端格点部５０ａを構成する筒体である鋼管部材５１ａと支持部材５５ａとから構成される。実施の形態１においては、鋼管部材５１ａは、円筒形状になっている。鋼管部材５１ａの内部の上部には支持部材５５ａが設置されている。支持部材５５ａは、円筒形状である鋼管部材５１ａの中心軸Ｃを通り、板状の部材を十字形状に組み合わせて形成されている。なお、鋼管部材５１ａは、円筒形状に限定されるものではなく、矩形又は多角形等の断面形状の筒体であってもよい。
【0027】
上端格点部５０ａは、第１桁部材４１が接続される縦桁仕口５２ａ及び横桁仕口５３ａを備える。縦桁仕口５２ａ及び横桁仕口５３ａと第１桁部材４１とは、添接板４４により縦桁仕口５２ａ又は横桁仕口５３ａの端部と第１桁部材４１の端部とを挟みこみ、ボルト及びナットを用いて添接板４４とそれぞれの部材の端部とを固定して接続される。
【0028】
上端格点部５０ａは、上部に板状の部材が取り付けられており、上面５７ａが平坦になっている。上面５７ａは、道路の傾斜に合わせて傾斜していてもよい。上面５７ａには、板状の部材を貫通する充填孔５６ａが開口されている。充填孔５６ａは、杭頭１２と鋼管部材５１ａとの間の空間に充填材８０を注入するための孔であり、外部と鋼管部材５１ａの内部の空間とを連通する。
【0029】
支持部材５５ａは、下面に支持杭１０ａ又は１０ｂの杭頭１２の端面１４が当接する。支持部材５５ａの下面と杭頭１２の端面１４とが当接することにより、上端格点部５０ａは、支持杭１０の中心軸方向の位置、即ち高さ方向の位置が決まる。鋼管部材５１ａは、支持杭１０の上端部の外周面を包囲している。充填材８０が充填される前においては、鋼管部材５１ａの内側面と支持杭１０の外側面との間には隙間が形成されており、上端格点部５０ａは、その隙間の分だけ支持杭１０に対し、水平方向に移動させることができる。図６及び図７に示されるように、支持部材５５ａは、板状の部材を十字に組み合わせて形成されているが、その他の形態をとることもできる。支持部材５５ａは、上端格点部５０ａを杭頭１２の端面１４上に保持でき、充填材８０の注入の際に障害にならなければその他の構造であってもよい。
【0030】
支持杭１０は、杭頭１２の位置が想定した位置からずれる場合がある。地盤９０の表面９４からの突出量が多大である場合には、鋼管杭２０及び鋼管支柱３０の単品の精度及び接合精度により、杭頭１２の位置誤差が大きくなる場合がある。例えば、上端格点部５０ａの鋼管部材５１ａが円筒形状であり、杭頭１２が円柱形状である場合、鋼管部材５１ａの内径を杭頭１２の外径より２００ｍｍ大きく設定する。これにより、上端格点部５０ａは、例えば杭頭１２に最大で１００ｍｍの水平方向の位置の誤差があっても正しい位置に設置でき、充填材８０の充填性も確保することができる。
【0031】
充填材８０は、上端格点部５０ａの上面５７ａに開口している充填孔５６ａから鋼管部材５１ａと杭頭１２との隙間に充填される。鋼管部材５１ａは、下方が開口されている。そのため、充填材８０の充填工程において、下方から充填材８０が漏れ出ないように、型枠治具７０（図１３参照）を鋼管部材５１ａの下端面に当接させて開口を塞ぐ。型枠治具７０については、別途説明する。充填材８０が充填される鋼管部材５１ａと杭頭１２との隙間を形成する鋼管部材５１ａの内側面及び杭頭１２の外側面は、突起５４及び１３が設けられている。突起５４及び１３が固化した充填材８０と噛み合うため、充填材８０は、鋼管部材５１ａの内側面及び杭頭１２の外側面に沿った方向にずれることがなく、上端格点部５０ａと支持杭１０との間の荷重伝達を向上させることができる。
【0032】
突起１３及び５４は、鉄筋や棒鋼を曲げて溶接にて固定することにより形成してもよい。又は、鋼管部材５１ａ及び支持杭１０は、突起付き鋼板材により形成されていてもよい。例えば、鋼管部材５１ａ及び支持杭１０は、鋼板表面に縦横に突起を有する縞鋼板、高さ２ｍｍ程度の突起が並行して並ぶリブ付き鋼板により形成されたリブ付き鋼管を用いてもよい。縞鋼板又はリブ付き鋼管を使用することによって、鋼管部材５１ａに突起５４を、及び支持杭１０に突起１３を溶接接合するための工費や工程を削減することができる。また、あらかじめ一体に形成されている突起１３及び５４がずれ止め突起の固定強度を向上させるため、上端格点部５０ａの鋼管部材５１ａは、高さ方向の寸法を縮小することが可能である。
【0033】
（中間格点部５０ｂ）
図９は、実施の形態１に係る道路構造１００の中間格点部５０ｂ周辺の断面構造の説明図である。図１０は、実施の形態１に係る道路構造１００の中間格点部５０ｂの上面図である。中間格点部５０ｂと支持杭１０とは、偏心接合部材６０ｂにより接合される。偏心接合部材６０ｂは、中間格点部５０ｂの一部であり、支持杭１０と組み合わさり、支持杭１０に対する中間格点部５０ｂの位置を調整するためのものである。即ち、中間格点部５０ｂは、偏心接合部材６０ｂにより、支持杭１０と中心軸の位置がずれた状態であっても、支持杭１０に接合することができる。
図９は、実施の形態１に係る道路構造１００の中間格点部５０ｂ周辺の断面構造の説明図である。図１０は、実施の形態１に係る道路構造１００の中間格点部５０ｂの上面図である。中間格点部５０ｂと支持杭１０とは、偏心接合部材６０ｂにより接合される。偏心接合部材６０ｂは、中間格点部５０ｂの一部であり、支持杭１０と組み合わさり、支持杭１０に対する中間格点部５０ｂの位置を調整するためのものである。即ち、中間格点部５０ｂは、偏心接合部材６０ｂにより、支持杭１０と中心軸の位置がずれた状態であっても、支持杭１０に接合することができる。
【0034】
実施の形態１において、偏心接合部材６０ｂは、少なくとも中間格点部５０ｂを構成する鋼管部材５１ｂから構成される。鋼管部材５１ｂは、筒体であり、実施の形態１においては円筒形状になっている。ただし、鋼管部材５１ｂは、円筒形状に限定されるものではなく、矩形又は多角形等の断面形状の筒体であってもよい。支持杭１０を包囲する筒体である鋼管部材５１ｂは、中心軸が支持杭１０の中心軸とずれた状態で接合可能であり、特に第２偏心接合部材と称する。
【0035】
図１０に示されるように、中間格点部５０ｂは、第２桁部材４０が接続される縦桁仕口５２ｂ及び横桁仕口５３ｂを備える。縦桁仕口５２ｂ及び横桁仕口５３ｂと第２桁部材４０とは、第１桁部材４１と同様に添接板４４（図５、図６を参照）により縦桁仕口５２ｂ又は横桁仕口５３ｂの端部と第２桁部材４０の端部とを挟みこみ、ボルト及びナットを用いて添接板４４とそれぞれの部材の端部とを固定して接続される。
【0036】
中間格点部５０ｂの鋼管部材５１ｂは、筒体であるため上下方向の端部は開口されている。したがって、鋼管部材５１ｂと支持杭１０との隙間の上端が、充填口５６ｂとなり鋼管部材５１ｂと支持杭１０との間の空間に充填材８０を注入するための開口となり、外部と鋼管部材５１ａの内部の空間とを連通している。
【0037】
充填材８０が充填される前においては、鋼管部材５１ｂの内側面と支持杭１０の外側面との間には隙間が形成されており、中間格点部５０ｂは、その隙間の分だけ支持杭１０に対し、水平方向に移動させることができる。図９に示される構造の場合、中間格点部５０ｂを上下方向に支持する構造が無いため、中間格点部５０ｂを支持杭１０に取り付ける際に中間格点部５０ｂの下端面に型枠治具７０（図１３参照）を当接させて下側から中間格点部５０ｂを支持する。型枠治具７０は、充填材８０を充填する際に下側の開口から充填材８０が漏れ出ないようにする機能も有する。
【0038】
支持杭１０は、位置が想定した位置からずれる場合がある。地盤９０の表面９４からの突出量が多大である場合には、鋼管杭２０及び鋼管支柱３０の単品の精度及び接合精度により、支持杭１０の位置誤差が大きくなる場合がある。例えば、中間格点部５０ｂの鋼管部材５１ｂが円筒形状であり、支持杭１０が円柱形状である場合、鋼管部材５１ｂの内径を支持杭１０の外径より２００ｍｍ大きく設定する。これにより、中間格点部５０ｂは、支持杭１０が最大で１００ｍｍの水平方向の位置の誤差を持っていても正しい位置に設置でき、充填材８０の充填性も確保することができる。
【0039】
充填材８０が充填される鋼管部材５１ｂと支持杭１０との隙間を形成する鋼管部材５１ｂの内側面及び支持杭１０の外側面は、突起５４及び１３が設けられていても良い。突起５４及び１３が設けられている場合、固化した充填材８０と噛み合うため、充填材８０は、鋼管部材５１ｂの内側面及び支持杭１０の外側面に沿った方向にずれることがなく、中間格点部５０ｂと支持杭１０との間の荷重伝達を向上させることができる。
【0040】
突起１３及び５４は、鉄筋や棒鋼を曲げて溶接にて固定することにより形成してもよい。又は、鋼管部材５１ｂ及び支持杭１０は、突起付き鋼板材により形成されていてもよい。例えば、鋼管部材５１ｂ及び支持杭１０は、鋼板表面に縦横に突起を有する縞鋼板、高さ２ｍｍ程度の突起が並行して並ぶリブ付き鋼板により形成されたリブ付き鋼管を用いてもよい。縞鋼板又はリブ付き鋼管を使用することによって、鋼管部材５１ｂに突起５４を、及び支持杭１０に突起１３を溶接接合するための工費や工程を削減することができる。また、あらかじめ一体に形成されている突起１３及び５４がずれ止め突起の固定強度を向上させるため、中間格点部５０ｂの鋼管部材５１ｂは、高さ方向の寸法を縮小することが可能である。
【0041】
（中間格点部１５０ｂ）
図１１は、実施の形態１に係る道路構造１００の中間格点部１５０ｂ周辺の断面構造の説明図である。中間格点部１５０ｂは、鋼管部材５１ｂの内部に支持部材５５ｂを設置することにより、例えば第１鋼管杭２０ａと鋼管支柱３０とを接合することができる。中間格点部１５０ｂは、鋼管部材５１ｂの内部に上端格点部５０ａが備える支持部材５５ａと同様の構造の支持部材５５ｂを備える。また、中間格点部１５０ｂは、中間格点部５０ｂと同様に支持杭１０の中間部において縦桁４１ａ及び横桁４１ｂにより隣り合う中間格点部５０ｂ又は１５０ｂと接続されても良い。
図１１は、実施の形態１に係る道路構造１００の中間格点部１５０ｂ周辺の断面構造の説明図である。中間格点部１５０ｂは、鋼管部材５１ｂの内部に支持部材５５ｂを設置することにより、例えば第１鋼管杭２０ａと鋼管支柱３０とを接合することができる。中間格点部１５０ｂは、鋼管部材５１ｂの内部に上端格点部５０ａが備える支持部材５５ａと同様の構造の支持部材５５ｂを備える。また、中間格点部１５０ｂは、中間格点部５０ｂと同様に支持杭１０の中間部において縦桁４１ａ及び横桁４１ｂにより隣り合う中間格点部５０ｂ又は１５０ｂと接続されても良い。
【0042】
支持部材５５ｂは、下面に第１鋼管杭２０ａの杭頭２１ａの端面２２ａが当接する。支持部材５５ａの下面と杭頭２１ａの端面２２ａとが当接することにより、中間格点部１５０ｂは、支持杭１０の中心軸方向の位置、即ち高さ方向の位置が決まる。充填材８０が充填される前においては、鋼管部材５１ｂの内側面と第２鋼管杭２０ｂの外側面との間には隙間が形成されており、中間格点部１５０ｂは、その隙間の分だけ第２鋼管杭２０ｂに対し、水平方向に移動させることができる。図８に示される上端格点部５０ａと同じように、支持部材５５ａは、板状の部材を十字に組み合わせて形成されているが、その他の形態をとることもできる。支持部材５５ａは、中間格点部１５０ｂを杭頭１２の端面１４上に保持でき、充填材８０の注入の際に障害にならなければその他の構造であってもよい。
【0043】
支持部材５５ｂは、上面に鋼管支柱３０の端面３１が載置される。支持部材５５ａの上面と鋼管支柱３０の端面３１とが当接することにより、鋼管支柱３０は、支持杭１０の中心軸方向の位置、即ち高さ方向の位置が決まる。充填材８０が充填される前においては、鋼管部材５１ｂの内側面と鋼管支柱３０の外側面との間には隙間が形成されており、鋼管支柱３０は、その隙間の分だけ鋼管部材５１ｂに対し、水平方向に移動させることができる。以上より、中間格点部１５０ｂは、下方部材である第１鋼管杭２０ａと上方部材である鋼管支柱３０とを中心軸を偏心させた状態で接合させることができる。中間格点部１５０ｂは、筒体である鋼管部材５１ｂと支持部材５５ａとを備え、上方部材及び下方部材とを接合する。
【0044】
中間格点部１５０ｂは、図１１に示される様に、鋼管部材５１ｂの外側から内部に向かってねじ込まれるボルト５７を備えていても良い。ボルト５７は、支持杭１０を構成する下方部材及び上方部材の鋼管部材５１ｂに対する位置を調整し、仮固定するものである。中間格点部５０ｂの内部に充填材８０が充填され固化した後は、ボルト５７の頭は除去しても良い。
【0045】
（道路構造１００の施工方法）
次に、実施の形態１に係る道路構造１００の施工方法について説明する。
次に、実施の形態１に係る道路構造１００の施工方法について説明する。
【0046】
図４７は、実施の形態１に係る道路構造１００の施工方法のフローである。道路構造１００は、まず道路が延びる第１方向及び前記第１方向に交差する第２方向に並列して地盤９０に鋼管杭２０が打設される。この工程を鋼管杭打設工程と呼ぶ。鋼管杭打設工程は、まず地盤９０にダウンザホールハンマなどを用いて削孔し、鋼管杭２０を建て込む孔９５（図１２を参照）を形成する。図２～図４に示すように、孔９５は、地盤９０の表面９４側にある堆積層９２を貫通し、支持層９３に達している。
【0047】
図１２は、孔９５に鋼管杭２０を建て込んだ状態の説明図である。図１２の中心線から右側の部分は、鋼管杭２０の中心軸を含む断面における構造を示している。鋼管杭２０は、孔９５の底面９６に先端が達するように孔９５に建て込まれる。そして、鋼管杭２０の位置を決めた状態で、鋼管杭２０の上端の開口から充填材８０が注入される。充填材８０は、例えばモルタル又はコンクリート等が用いられる。充填材８０は、中空の筒形状である鋼管杭２０を通り、孔９５の底面９６側の鋼管杭２０の端部に設けられている貫通孔１５から孔９５と鋼管杭２０の外側面との間の隙間９７に流れ込む。
【0048】
隙間９７に流れ込んだ充填材８０は、鋼管杭２０の内部の空間が充填材８０に満たされるに従い、隙間９７を上昇する。充填材８０が隙間９７から地盤９０の表面９４から流出するのが確認できれば、鋼管杭２０と孔９５との間の隙間９７が充填材８０で満たされたことが確認できる。鋼管杭２０と孔９５との間の隙間９７に地盤９０の表面９４から充填材８０を直接充填した場合、鋼管杭２０の周りに均等に充填材８０を充填するのが困難である。また、地盤９０の条件によっては、孔９５の表面が円滑ではなく、充填材８０に土砂が混入したり、底面９６まで十分に充填材８０が充填されない場合がある。しかし、図１２に示されている構造を用いて鋼管杭打設工程を行うことにより鋼管杭２０が地盤９０に確実に打設される。
【0049】
鋼管杭２０は、道路構造１００に複数用いられる。複数の鋼管杭２０は、全て上記の鋼管杭打設工程により地盤９０に打設される。なお、道路構造１００の複数の鋼管杭２０は、図１２に示される孔９５を備えるもので無くとも良い。
【0050】
次に、複数の鋼管杭２０のうち第１鋼管杭２０ａに鋼管支柱３０が仮接合され、支持杭１０ａが仮組立される。また、支持杭１０ａの杭頭１２及び複数の鋼管杭２０のうち第２鋼管杭２０ｂの杭頭２１ｂに上端格点部５０ａが仮接合される。仮接合は、型枠治具７０を用いることにより、一時的に鋼管支柱３０、上端格点部５０ａ、及び中間格点部５０ｂ、１５０ｂを、鋼管杭２０に設置することである。これを仮接合工程と呼ぶ。特に、格点部５０を杭頭１２、２１ａ又は２１ｂに設置する工程を格点部設置工程、型枠治具７０を格点部５０に設置する工程を型枠設置工程、型枠治具７０を用いて格点部５０を杭頭に固定する工程を固定工程、格点部５０のうち中間格点部１５０ｂに鋼管支柱３０を設置する工程を鋼管支柱建て込み工程、と呼ぶ。格点部設置工程、型枠設置工程、固定工程及び鋼管支柱建て込み工程は、仮接合工程に含まれる。以下に仮接合工程の詳細について説明する。
【0051】
図１３は、実施の形態１の仮接合工程に用いられる型枠治具７０の構造の説明図である。図１３においては、上端格点部５０ａを鋼管杭２０に設置する場合の図を示しているが、中間格点部５０ｂ、１５０ｂを設置する場合においても型枠治具７０の使用方法は同じである。例えば、鋼管杭２０の杭頭２１に中間格点部１５０ｂを設置する際に、鋼管杭２０の杭頭２１に型枠治具７０を用いる。
【0052】
型枠治具７０は、型枠板７４を支持するブラケット７１を備える。ブラケット７１は、固定バンド７３に接続されている。固定バンド７３は、鋼管杭２０の外側面を包囲する様にして鋼管杭２０に着脱自在に固定され、ブラケット７１の位置を固定する。固定バンド７３により型枠治具７０を鋼管杭２０に設置する工程を特に型枠設置工程と呼ぶ。型枠設置工程は、仮接合工程に含まれる。
【0053】
支持杭１０が、図１１に示される様に第１鋼管杭２０ａに鋼管支柱３０を接合して構成される場合、まず、中間格点部１５０ｂが、鋼管杭２０の杭頭２１ａの上に載置される。この工程を格点部設置工程又は中間格点部設置工程と呼ぶ。その後、中間格点部１５０ｂの仕口５２に第２桁部材４０が設置される。この工程を、桁部材設置工程と呼ぶ。中間格点部１５０ｂは、鋼管部材５１ｂの下端面に型枠治具７０の型枠板７４を当接させるように設置される。この工程を型枠設置工程と呼ぶ。型枠板７４は、中間格点部１５０ｂの内部に注入される充填材８０が漏れ出ないように設置される。格点部設置工程、桁部材設置工程及び型枠設置工程は、仮接合工程に含まれる。また、格点部設置工程、桁部材設置工程及び型枠設置工程は、順番を入れ替えることもできる。
【0054】
図１３に上端格点部５０ａ又は中間格点部５０ｂに型枠治具７０を設置した状態が示されている。図１３に示す様に、格点部設置工程により杭頭１２に中間格点部５０ｂが設置された後に、中間格点部５０ｂの下方に型枠治具７０が設置される。なお、型枠治具７０は、中間格点部１５０ｂに対しても同様に設置できる。ブラケット７１は、調整ボルト７５を備える。調整ボルト７５の先端は、型枠板７４の上に載置される中間格点部５０ｂの鋼管部材５１ｂの外周面に当接する。調整ボルト７５は、ナット部材７６と螺合しており、先端の位置を精度良く調整できるとともに、中間格点部５０ｂの鋼管部材５１ｂの位置を仮固定することができる。このように中間格点部５０ｂの鋼管部材５１ｂの水平位置を調整し固定する工程を固定工程と呼ぶ。固定工程は、仮接合工程に含まれる。
【0055】
中間格点部１５０ｂが第１鋼管杭２０ａの杭頭２１ａに取り付けられた後に、中間格点部５０ｂに鋼管支柱３０が建て込まれる。これを鋼管支柱建て込み工程と呼ぶ。鋼管支柱建て込み工程は、仮接合工程に含まれる。これにより、図１１に示す様に、第１鋼管杭２０ａの上に鋼管支柱３０が立設される。
【0056】
次に、第１鋼管杭２０ａに鋼管支柱３０が接続されている支持杭１０ａ及び第２鋼管杭２０ｂの杭頭１２に上端格点部５０ａが取り付けられる。この工程を、格点部設置工程又は上端格点部設置工程と呼ぶ。上端格点部５０ａの設置は、中間格点部５０ｂを鋼管杭２０の杭頭２１に設置するのと同様に、格点部設置工程、型枠設置工程、及び固定工程により行われる。
【0057】
中間格点部１５０ｂが設置された後に、第２桁部材４０が設置される。また、上端格点部５０ａが設置された後に、第１桁部材４１が設置される。これらの工程を桁部材設置工程と呼ぶ。桁部材設置工程は、仮接合工程に含めることができる。
【0058】
実施の形態１に係る道路構造１００は、上記のように型枠治具７０を用いることにより、格点部５０に充填材８０を注入しない状態で支持杭１０ａ及び１０ｂを仮組立することができる。そのため、仮組立した支持杭１０ａ及び１０ｂの上に覆工版（図示せず）を設置し、その上部に杭設置用の重機や資材を載置することにより、道路に沿った第１方向に次々に支持杭１０ａ及び１０ｂを立設することができる。支持杭１０ａ及び１０ｂの上に覆工版を設置する工程を、覆工版設置工程と呼ぶ。覆工版設置工程は、仮接合工程に含めることができる。鋼管打設工程と仮接合工程とは、交互に繰り返され、道路全長分又は所定の道路の長さの分の複数の支持杭１０ａ及び１０ｂが建て終わるまで繰り返される。以上の工程をまとめて、支持杭立設工程と呼ぶ。
【0059】
支持杭立設工程により、支持杭１０ａ及び１０ｂが建てられ、支持杭１０ａ及び１０ａの杭頭１２に上端格点部５０ａが仮固定された状態になったら、格点部５０の内部に充填材８０が注入される。この工程を注入固化工程と呼ぶ。なお、格点部５０は、上端格点部５０ａ及び中間格点部５０ｂを総称したものである。注入固化工程は、道路全長分の仮組立状態の支持杭１０ａ及び１０ｂを立設した後に、全ての格点部５０について実施すると良い。
【0060】
型枠治具７０を用いないで道路構造１００を設置する場合、道路に沿った第１方向に最初の支持杭１０を建て、格点部５０に注入された充填材８０を固化させた後に覆工版を支持杭１０の上に設置する。これを覆工版設置工程と呼ぶ。そして、設置された覆工版の上に重機を載せ、次の支持杭１０を建てる。このような工程の場合、支持杭１０を建てるごとに充填材８０の注入固化工程が必要となるため、工期が長くなってしまう。一方、道路構造１００は、型枠治具７０を用いることにより、充填材８０の注入固化工程の回数を抑えることができるため、工期を短縮することができるという利点がある。
【0061】
道路構造１００は、注入固化工程が完了した後に覆工版が撤去される。これを覆工版撤去工程と呼ぶ。覆工版撤去工程の後に、道路床版９９が設置される。これを床版設置工程と呼ぶ。
【0062】
図１４は、覆工版３９９の一例を示す側面図である。覆工版３９９は、鋼管杭打設工程と仮接合工程とを繰り返している際に仮組立てされた支持杭１０の上に載置されるものである。図１４に示される覆工版３９９は、仮設の杭頭ブロック３５０ａを備えている。そのため、道路構造１００の上端格点部５０ａを設置せずに杭頭ブロック３５０ａを杭頭１２にはめ込み、覆工版３９９を設置できる様にしたものである。このような覆工版３９９を用いることにより、鋼管杭打設工程のみをまとめて実施することができるため、杭打機の拘束時間を短縮することができる。
【0063】
（支持杭１０）
実施の形態１に係る支持杭１０は、一本の鋼管から構成される場合と、２本以上の鋼管を接合して構成される場合がある。図１に示されている支持杭１０ａは、図中の三角形の記号で示された接合部１１において、地盤９０に打設された第１鋼管杭２０ａの上方に鋼管支柱３０を溶接により接合して形成されたものである。この場合、接合部１１は、図９に示す中間格点部５０ｂを備えていても良い。なお、接合部１１は、図１１に示す中間格点部１５０ｂを用いて第１鋼管杭２０ａと鋼管支柱３０とを接合する構造であっても良い。また、図１に示されている支持杭１０ｂは、第２鋼管杭２０ｂのみから構成されている。
実施の形態１に係る支持杭１０は、一本の鋼管から構成される場合と、２本以上の鋼管を接合して構成される場合がある。図１に示されている支持杭１０ａは、図中の三角形の記号で示された接合部１１において、地盤９０に打設された第１鋼管杭２０ａの上方に鋼管支柱３０を溶接により接合して形成されたものである。この場合、接合部１１は、図９に示す中間格点部５０ｂを備えていても良い。なお、接合部１１は、図１１に示す中間格点部１５０ｂを用いて第１鋼管杭２０ａと鋼管支柱３０とを接合する構造であっても良い。また、図１に示されている支持杭１０ｂは、第２鋼管杭２０ｂのみから構成されている。
【0064】
図１５は、比較例に係る道路構造１０００の断面構造の説明図である。図１５は、道路が延びる方向である第１方向に垂直な断面を示している。比較例に係る道路構造１０００は、地盤９０中に複数の鋼管杭１０１０ｐが打設され、鋼管杭１０１０ｐの地表付近の部分にフーチング１０９１が設置されている。そして、フーチング１０９１の上方に鋼管杭１０１０ｐと比較して外径の大きい鋼管で構成された支柱１０１０が立設されている。
【0065】
比較例に係る道路構造１０００の鋼管杭１０１０ｐは、一般にＪＩＳ Ａ ５５２５に規定されている鋼管ぐいが使用されている場合が多い。鋼管杭１０１０ｐは、例えばＳＫＫ４００又はＳＫＫ４９０により構成され、直径４００～６００ｍｍ、板厚９～１９ｍｍのものが使用されていることが多い。
【0066】
また、比較例に係る道路構造１０００の支柱１０１０は、例えばプレス鋼材などを組み合わせて製作された鋼管柱であり、例えば直径３０００ｍｍ以上のものが使用される。
【0067】
比較例に係る鋼管杭１０１０ｐは、地盤９０中にあり損傷を受けた場合に修復が困難であることから、一般的に大地震によって損傷を受けないように、地震による入力を受けた場合であっても材料の弾性変形範囲内となるように設計される。
【0068】
また、比較例に係る鋼管杭１０１０ｐの杭頭に形成されたフーチング１０９１は、立設される支柱１０１０の基礎となるとともに、水平方向の投影面積が大きいため、地震による入力が加わった場合でも周囲の地盤９０に支持される。これにより、鋼管杭１０１０ｐは、大地震によっても損傷を受けない。
【0069】
比較例に係る支柱１０１０は、外径の比較的大きい製作管により構成されており、これも大地震による入力に対し次のように設計されている。支柱１０１０については、大地震時（レベル２地震動）においては、降伏点を超えて、塑性変形を許容し、塑性変形によるエネルギー吸収を考慮した設計が行われる。そして、支柱１０１０に使用される鋼管部材については、道路橋示方書（「道路橋示方書・同解説 ＩＩ鋼橋・鋼部材編」、日本道路協会、２０１７年１２月、ｐ．１０－１１）によって次の特性が要求されている。
（１）シャルピー吸収エネルギー：ＪＩＳ Ｚ ２２４２ ≧２７Ｊ
（ただし、鋼種ＳＭ４００、ＳＭ４９０、ＳＭ４９０Ｙ、ＳＭＡ４９０で、鋼材の厚さが１６ｍｍを超え５０ｍｍ以下の場合）
また、鋼道路橋設計便覧（「鋼道路橋設計便覧」、日本道路協会、２０２０年１１月、ｐ．４１－４８）では、構造用鋼材について塑性化を考慮する場合には降伏比についても検討を要することが記されており、ＪＩＳ Ｇ ３４７５建築構造用炭素鋼鋼管では、溶接鋼管の場合は降伏比について次の特性が要求されている。
（２）降伏比＝降伏応力／引張強度≦８５％
上記の（１）及び（２）の特性を満たすことにより、比較例に係る支柱１０１０は、降伏後も耐力の増加が見込まれて、地震力に対する粘りが発揮される。
（１）シャルピー吸収エネルギー：ＪＩＳ Ｚ ２２４２ ≧２７Ｊ
（ただし、鋼種ＳＭ４００、ＳＭ４９０、ＳＭ４９０Ｙ、ＳＭＡ４９０で、鋼材の厚さが１６ｍｍを超え５０ｍｍ以下の場合）
また、鋼道路橋設計便覧（「鋼道路橋設計便覧」、日本道路協会、２０２０年１１月、ｐ．４１－４８）では、構造用鋼材について塑性化を考慮する場合には降伏比についても検討を要することが記されており、ＪＩＳ Ｇ ３４７５建築構造用炭素鋼鋼管では、溶接鋼管の場合は降伏比について次の特性が要求されている。
（２）降伏比＝降伏応力／引張強度≦８５％
上記の（１）及び（２）の特性を満たすことにより、比較例に係る支柱１０１０は、降伏後も耐力の増加が見込まれて、地震力に対する粘りが発揮される。
【0070】
以上のような比較例に係る道路構造１０００の場合、大地震による入力に対し損傷を抑えるように設計されているが、地盤９０中に設置されるフーチング１０９１や、支柱１０１０のように大規模な構造が必要となり、例えば山の斜面に沿って設置される道路などに適用することが困難である。
【0071】
一方、実施の形態１に係る道路構造１００の場合、地盤９０に打設された鋼管杭２０を地盤９０から突出させ、その上に上端格点部５０ａ又は鋼管支柱３０を接合することにより、地盤９０からの突出量を大きくしている。また、支持杭１０ａ及び１０ｂは、上端格点部５０ａ及び中間格点部５０ｂを使用して第１鋼管杭２０ａ又は第２鋼管杭２０ｂに対し上端格点部５０ａ及び鋼管支柱３０を偏心させることにより、上端格点部５０ａの位置精度を確保している。一般的に、地盤９０からの突出量が大きい場合、支持杭１０ａ及び１０ｂの杭頭１２の位置精度は設計された位置に対し誤差を生じやすいが、実施の形態１に係る支持杭１０ａ及び１０ｂは、偏心接合構造を採用しているため、杭頭１２及び上端格点部５０ａの位置精度も確保しやすい。
【0072】
また、支持杭１０ａ及び１０ｂは、比較例で地盤９０中に設置されている鋼管杭１０１０ｐとＪＩＳ Ａ ５５２５に規定されている鋼管ぐいと同じ材料を使用している。つまり、鋼管ぐいＳＫＫ材又は一般構造用鋼管ＳＴＫ材が使用されている。したがって、実施の形態１に係る支持杭１０ａ及び１０ｂは、地盤９０中の強度に関しては、十分に確保されている。しかし、ＪＩＳ Ａ ５５２５に規定されている鋼管ぐいの材料は、降伏後の塑性変形したときの強度については何ら規定されておらず、地盤９０から突出した部分の強度を確保できないことが想定される。
【0073】
そこで、実施の形態１に係る支持杭１０ａ及び１０ｂは、道路構造１００において耐震性に適した鋼管により構成されている。具体的には、実施の形態１の道路構造１００においては、下記に説明する溶接後熱処理された「ＥＲＷ－Ｔ」を用いた支持杭１０ａ及び１０ｂが用いられる。
【0074】
図１６は、実施の形態１に係る支持杭１０に用いられる鋼管について正負交番試験を実施した場合の履歴曲線である。図１７は、正負交番試験の試験体の模式図である。実施の形態１に係る支持杭１０に用いられる鋼管は、レベル２地震動を加えた正負交番試験を実施したときに得られる水平方向変位δ及び降伏時水平方向変位δｙと水平荷重ＰＨとの関係が、図１６に示されるような安定した紡錘形状の履歴曲線により表される。
【0075】
図１７に示すように、支持杭１０に用いられる鋼管についての試験体においては、下端部に示されている外管が上端格点部５０ａ、内管が支持杭１０、固定部が第１桁部材４１又は第２桁部材４０に相当する。なお、図１６及び図１７の試験体に用いた内管は、一般構造用鋼管ＳＴＫ４００材で構成された電縫鋼管であり、母材の降伏強度は３９５Ｎ／ｍｍ２である。また、試験体の内管は、外径が５０８ｍｍ、板厚が１９ｍｍのものを用いた。
【0076】
図１６の履歴曲線を得た正負交番載荷試験においては、試験体の上端に一定の軸方向荷重Ｐｖを加えつつ、水平方向に正負交番載荷を加えた。なお、水平方向の正負交番載荷は、鋼管の公称降伏ひずみ時の水平方向変位をδｙとしたときに、水平方向変位δ＝±５δｙを最大として試験体の内管の上端に加えた。正負交番載荷の水平荷重ＰＨは、正負交番載荷の１サイクルごとに増加させた。図１６及び図１７に示す試験において、水平荷重ＰＨはレベル２地震動に相当する荷重を負荷している。レベル２地震動による最大荷重の計算値はＰＨ＝４８２ｋＮであり、このときの鋼管の水平方向変位δは、δ／δｙ＝２である。試験体の鋼管は降伏し、変位は降伏したときの変位の約２倍となっている。
【0077】
図１６に示すように、レベル２地震動の最大荷重を超えて載荷した場合、δ／δｙ＝５まで安定した紡錘形の履歴曲線が得られている。δ／δｙ＝５の時点において試験体の鋼管には、座屈及び破断の発生などの急激な破壊は発生していなかった。すなわち、この試験体の鋼管を用いている支持杭１０は、レベル２地震動を受けても、鋼管が塑性変形して地震エネルギーを安定的に吸収することにより、座屈及び破断などの破壊が発生しない。
【0078】
（支持杭１０を構成する鋼管の製造について）
図１８は、実施の形態１に係る支持杭１０に用いられる電縫鋼管の溶接工程の説明図である。実施の形態１に係る支持杭１０は、電縫鋼管が用いられている。図１８の左から右へ鋼板がロールで曲げられながら移動していく。Ｐ－Ｐ断面では、鋼板がＣ字形に曲げられ、Ｑ－Ｑ断面では、曲げ板の端部同士が近接し、Ｒ－Ｒ断面で端部が接触する。この過程で、鋼板の両端に設置された給電接触子の間に高周波電流を流すことにより、Ｒ－Ｒ断面の接合部に電流を集中させる。接合部の表面層は、抵抗熱により急速に加熱することにより溶融し、Ｓ－Ｓ断面でスクイズロールによって曲げ板の端部同士が加圧されて接合される。曲げ板の端部同士が加圧されてできた溶接部は、電縫鋼管の面外に突出したビードが形成されている。Ｔ－Ｔ断面は、溶接部面外に突出したビードを切削除去する。
図１８は、実施の形態１に係る支持杭１０に用いられる電縫鋼管の溶接工程の説明図である。実施の形態１に係る支持杭１０は、電縫鋼管が用いられている。図１８の左から右へ鋼板がロールで曲げられながら移動していく。Ｐ－Ｐ断面では、鋼板がＣ字形に曲げられ、Ｑ－Ｑ断面では、曲げ板の端部同士が近接し、Ｒ－Ｒ断面で端部が接触する。この過程で、鋼板の両端に設置された給電接触子の間に高周波電流を流すことにより、Ｒ－Ｒ断面の接合部に電流を集中させる。接合部の表面層は、抵抗熱により急速に加熱することにより溶融し、Ｓ－Ｓ断面でスクイズロールによって曲げ板の端部同士が加圧されて接合される。曲げ板の端部同士が加圧されてできた溶接部は、電縫鋼管の面外に突出したビードが形成されている。Ｔ－Ｔ断面は、溶接部面外に突出したビードを切削除去する。
【0079】
一般には、この状態で鋼管材として製造が完了するが、実施の形態１に係る支持杭１０に用いる電縫鋼管は、溶接部に後熱処理を行ったものを使用する。電縫鋼管の溶接部の熱処理方法については、例えば特開２００９－１７３９９５号公報に記載された方法がある。この方法では、外面ビードを切削除去するビード切断機の後工程において誘導加熱装置が設置されている。誘導加熱装置は、電縫鋼管の溶接部の外面側及び内面側にそれぞれ誘導コイルを複数スタンド配置したものであり、溶接部の外面側及び内面側を誘導加熱するものである。内面側の誘導コイル稼働条件は、内面温度がＡｃ３変態点を超えるまでの前段スタンドではフルパワーに、後続のスタンドでは、内面温度がキュリー点超の所定内面温度に保持されるように設定される。外面側の誘導コイル稼働条件は、外面温度がＡｃ３変態点を超えるスタンドまではゼロ超フルパワー未満のパワーに、それ以降のスタンドでは外面温度がキュリー点超の所定温度に保持されるように設定して、誘導加熱が行われる。上記の熱処理方法によれば、質量％で、０．０５％Ｃ、０．２％Ｓｉ、１．４％Ｍｎ系の熱延鋼帯（Ａｃ３変態点：８６０°Ｃ）を用いて、外径６００ｍｍ、板厚１９．１ｍｍの電縫鋼管に加工製造した材料について、シャルピー吸収エネルギーを向上できることが示されている。
【0080】
図１９は、実施の形態１に係る支持杭１０に用いられる電縫鋼管の溶接部の断面図である。図１９は、熱処理された電縫鋼管の溶接部を示しており、下側が鋼管外面、上側が鋼管内面である。溶接線は矢印で示した部分である。内外面に▽及び△で示した部分は、溶接の熱影響部の境界を示す。溶接の熱影響部の境界線は、鋼管内外面において、溶接線から左右それぞれ約２ｍｍの位置から板厚中心に向かって狭くなるつづみ型の痕跡が確認できる。溶接後熱処理範囲は、熱処理中心位置から鋼管外面では左右にそれぞれ約２０ｍｍ、鋼管内面では約７ｍｍである。溶接線と熱処理中心付近は約４ｍｍずれている。ただし、溶接線と熱処理中心とのずれは、製造ラインのシーム検出装置の精度によるものであり、ずれが０の場合もあり得る。図に示されるように、溶接による熱影響部は、溶接後熱処理範囲内にあり、上記の熱処理方法によって、溶接による熱影響部が溶接後に熱処理できていることが分かる。
【0081】
（支持杭１０の強度）
実施の形態１に係る支持杭１０は、上記の製造方法により製造された電縫鋼管であり、特に溶接部を含めた各部の降伏比８５％以下であり、シャルピー吸収エネルギーが２７Ｊ以上に確保されたものである。支持杭１０は、このように構成されることにより、レベル２地震動に対し、塑性変形して安定したエネルギー吸収ができる。
実施の形態１に係る支持杭１０は、上記の製造方法により製造された電縫鋼管であり、特に溶接部を含めた各部の降伏比８５％以下であり、シャルピー吸収エネルギーが２７Ｊ以上に確保されたものである。支持杭１０は、このように構成されることにより、レベル２地震動に対し、塑性変形して安定したエネルギー吸収ができる。
【0082】
図２０は、強度試験用の試験片を採取した電縫鋼管の外径、板厚、成分の表である。試験片を採取する電縫鋼管は、図１８に示す製造方法で製造され溶接後熱処理された「ＥＲＷ－Ｔ」と、化学成分がほぼ同等で熱処理されていない「ＥＲＷ－Ｎ」の２種類である。それぞれ、これらの電縫鋼管は、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ａ ５５２５）を満足している。
【0083】
（引張試験の結果）
図２１は、試験片を用いて引張試験を行って得られた公称応力と公称ひずみとの関係図である。図２２は、試験片を用いて引張試験を行って得られた結果を示している。引張試験片は、電縫鋼管の断面において、溶接部を基準として、０°、２２．５°、９０°、１８０°の４カ所について、鋼管軸方向にＪＩＳ １２Ｃ 号試験片を採取した。なお、図２２においては、試験片の降伏応力σｙ、引張強さσｕ、降伏比ＹＲ＝σｙ／σｕの結果を示す。
図２１は、試験片を用いて引張試験を行って得られた公称応力と公称ひずみとの関係図である。図２２は、試験片を用いて引張試験を行って得られた結果を示している。引張試験片は、電縫鋼管の断面において、溶接部を基準として、０°、２２．５°、９０°、１８０°の４カ所について、鋼管軸方向にＪＩＳ １２Ｃ 号試験片を採取した。なお、図２２においては、試験片の降伏応力σｙ、引張強さσｕ、降伏比ＹＲ＝σｙ／σｕの結果を示す。
【0084】
図２１（ａ）に示されるように、溶接後熱処理されていないＥＲＷ－Ｎの試験結果において、溶接部を含まない母材から採取した試験片である２２．５°、９０°、１８０°のそれぞれの曲線は、ほぼ同じ曲線である。しかし、溶接部を含む０°の位置から採取した試験片は、母材から採取した試験片に対して降伏点及び引張強度が明らかに大きい。これに対して、図２１（ｂ）のＥＲＷ－Ｔの場合は、溶接部を含む０°の位置から採取した試験片と、母材である２２．５°、９０°、１８０°の位置から採取した試験片との曲線の差異は小さくなっている。
【0085】
図２２に示されているように、溶接後熱処理されていないＥＲＷ－Ｎの場合、溶接部である０°では降伏応力σｙ、引張強さσｕともに母材部より大きな値となっており、降伏比ＹＲは０．９４を示している。一方、溶接後熱処理されているＥＲＷ－Ｔでは、溶接部である０°について、降伏応力σｙ及び引張強さσｕの値は母材のものとの差が小さく、降伏比ＹＲについても０．８５となっている。このことから、支持杭１０を構成する電縫鋼管の溶接部の熱処理を行うことにより、溶接部の溶接による硬化を改善し、降伏点や引張強度を母材部と同等にでき、溶接部の降伏比ＹＲを０．８５以下に調整できる。
【0086】
図２３は、試験片を用いて引張試験を行って得られたシャルピー試験の結果を示す図である。試験片を採取した電縫鋼管は、支持杭１０に用いられる図１８に示す製造方法で製造され溶接後熱処理された「ＥＲＷ－Ｔ」と、化学成分がほぼ同等で熱処理されていない「ＥＲＷ－Ｎ」の２種類である。シャルピー試験の試験片は、上記の製造方法で道路橋示方書ＩＩに規定されているＪＩＳ Ｚ ２２４２のＶノッチ試験片とし、管周方向に沿って採取した試験片と管軸方向に沿って採取した試験片とした。管周方向の試験片では、ノッチ位置の溶接線に対する距離が、０ｍｍ、１ｍｍ、３ｍｍの３種類とした。管軸方向の試験片は、溶接線を含む管軸方向から採取した１種類である。合計４種類のそれぞれについて３つの試験片を用いてシャルピー試験を実施した。
【0087】
図２３においては、横軸を円周方向における溶接線の位置からの距離とし、距離による吸収エネルギーの分布を示している。熱処理を行っていないＥＲＷ－Ｎについてみると、管周方向に沿って採取された試験片については、溶接線上で吸収エネルギーが小さく、シャルピー吸収エネルギーが２７Ｊより小さな値となっている。一方で、熱処理を行ったＥＲＷ－Ｔの場合は、管周方向に沿って採取された試験片、管軸方向に沿って採取された試験片ともにシャルピー吸収エネルギーが２７Ｊより大きな値をとっている。
【0088】
道路橋示方書では、橋脚に用いられる材料であるＳＭ４９０Ｂ、適用板厚６ｍｍ≦ｔ≦４０ｍｍにおいては、シャルピー吸収エネルギーが２７Ｊ以上と規定されている。これに対し、図２３に示す結果によれば、実施の形態１に係る支持杭１０を構成するＳＫＫ材を用いた電縫鋼管は、上記に説明した製造方法及び溶接部の熱処理を行うことにより、シャルピー吸収エネルギーを２７Ｊ以上にできる。したがって、実施の形態１に係る支持杭１０は、ＪＩＳ Ａ ５５２５に規定された鋼管ぐい用のＳＫＫ材を用いつつ、大地震時の衝撃的な荷重に対して、橋脚として十分なエネルギー吸収能を発揮できる。
【0089】
（上端格点部及び中間格点部の変形例）
実施の形態１に係る道路構造１００の上端格点部５０ａ及び中間格点部１５０ｂの変形例について説明する。以下において説明する上端格点部５５０ａ、２５０ａ、中間格点部５５０ｂ、２５０ｂは、上記に説明した道路構造１００の上端格点部５０ａ及び中間格点部１５０ｂと置換が可能である。
実施の形態１に係る道路構造１００の上端格点部５０ａ及び中間格点部１５０ｂの変形例について説明する。以下において説明する上端格点部５５０ａ、２５０ａ、中間格点部５５０ｂ、２５０ｂは、上記に説明した道路構造１００の上端格点部５０ａ及び中間格点部１５０ｂと置換が可能である。
【0090】
図２４は、実施の形態１に係る道路構造１００の上端格点部５５０ａ周辺の断面構造の説明図である。図２４（ｂ）は、図２４（ａ）のＥ－Ｅ部の断面を示している。図２５は、実施の形態１に係る道路構造１００の上端格点部５５０ａの上面図及び側面図である。図２５に示すように、上端格点部５５０ａと支持杭１０とは、偏心接合部材５６０ａにより接合される。偏心接合部材５６０ａは、上端格点部５５０ａの一部であり、支持杭１０の杭頭１２と組み合わさり、杭頭１２に対する上端格点部５５０ａの位置を調整するためのものである。即ち、上端格点部５５０ａは、偏心接合部材５６０ａにより、支持杭１０と中心軸の位置がずれた状態で支持杭１０に接合することができる。なお、上端格点部５５０ａに用いられる偏心接合部材５６０ａと中間格点部５５０ｂに用いられる偏心接合部材５６０ｂとを総称して、偏心接合部材５６０と総称する場合がある。
【0091】
偏心接合部材５６０ａは、円柱形状の差し込み部材６１と差し込み部材６１の外周面に接合され放射状に延びるリブ部材６２とを有する。差し込み部材６１とリブ部材６２とは、上端格点部５５０ａを構成する筒体である鋼管部材５１ａの内側に配置されており、下部が鋼管部材５１ａの下端から下方に突出している。
【0092】
図２６は、図２５（ｂ）のＦ－Ｆ部の断面図である。上端格点部５５０ａの鋼管部材５１ａに接合されている下部プレート５９は、鋼管部材５１ａの内部から差し込み部材６１が突出する開口部５９ａを備える。開口部５９ａは、差し込み部材６１が挿通される程度に開口されている。リブ部材６２は、鋼管部材５１ａの内部に配置されている内部リブ部材６２ｂと、下部プレート５９の下方に接合されている外部リブ部材６２ａと、からなる。すなわち、リブ部材６２は、鋼管部材５１ａの内部と鋼管部材５１ａの外部とにそれぞれ接合されている。なお、外部リブ部材６２ａと内部リブ部材６２ｂとは、差し込み部材６１の強度及び剛性によって設置されていなくともよい。
【0093】
差し込み部材６１及び内部リブ部材６２ｂの上端は、上端格点部５５０ａの上面５７ａを構成する上部プレート５８に溶接により固定されている。また、内部リブ部材６２ｂの下端は、下部プレート５９に溶接により接合されている。内部リブ部材６２ｂは、差し込み部材６１の外周面にも接合されており、上部プレート５８、下部プレート５９及び差し込み部材６１を連結し、強度及び剛性を確保するものである。
【0094】
外部リブ部材６２ａは、下部プレート５９の下方に配置され、下部プレート５９の下面に接合されており、差し込み部材６１の外周面にも接合されている。外部リブ部材６２ａは、下部プレート５９と差し込み部材６１とを連結し、強度及び剛性を確保するものである。
【0095】
図２５に示されるように、上端格点部５０ａの上部に接合されている上部プレート５８は、板状の部材を貫通する充填孔５６ａが２か所開口されている。充填孔５６ａは、差し込み部材６１を挟んで対称な位置に設けられている。また、図２６に示されるように、下部プレート５９も上部プレート５８と同様に充填孔５６ａが２か所設けられている。充填孔５６ａは、差し込み部材６１と杭頭１２との間に形成された空間に充填材８０を注入するための孔である。つまり、上端格点部５０ａが杭頭１２の上方に載置された状態において、充填孔５６ａは、外部と鋼管部材５１ａの内部の空間と差し込み部材６１及び杭頭１２との間に形成される空間とを連通する。例えば、外部からコンクリート又はモルタル等の充填材を注入するにあたり、注入パイプ（図示なし）を上部プレート５８の充填孔５６ａから内部に挿入し、下部プレート５９の充填孔５６ａに充填材を注入する。充填材８０は、上端格点部５０ａの一部である偏心接合部材５６０ａが差し込まれた杭頭１２の内部に充填され固化することにより、上端格点部５０ａと杭頭１２とを接合する。
【0096】
図２４に示されるように、杭頭１２は、先端が開口されており、内部の空間に充填材受け板１６が設置されている。充填材受け板１６は、杭頭１２の内部に差し込まれた差し込み部材６１の下端よりも下方に配置されている。充填材受け板１６は、充填孔５６ａから注入された充填材８０を支持し、杭頭１２の内部に充填材を保持するための部材である。
【0097】
杭頭１２は、端面１４が上端格点部５０ａの下部プレート５９の下面に当接する。つまり、上端格点部５０ａは、支持杭１０の端面１４に載置されている。これにより、上端格点部５５０ａは、高さ方向の位置が決まる。そして、上端格点部５０ａは、偏心接合部材５６０ａと杭頭１２の内面との隙間の分だけ水平方向にずらすことが可能である。これにより、支持杭１０の中心軸の位置がずれた場合であっても、上端格点部５０ａを設計通りの位置に配置することが可能となる。
【0098】
図２６に示されるように、差し込み部材６１は、円筒形状の鋼管である。ただし、差し込み部材６１は、円筒形状の鋼管に限定されるものではなく、断面が矩形状、楕円形状、長円形状又は多角形状の鋼管であってもよい。差し込み部材６１は、図２６において紙面上下方向及び左右方向の強度及び剛性が等しいものが望ましい。実施の形態１に係る道路構造１００は、差し込み部材６１が円筒形状であり、全方向に強度及び剛性が等しい。道路構造１００に必要とされる強度及び剛性に応じて差し込み部材６１は適宜形状を変更することができる。
【0099】
差し込み部材６１は、下端が板材６４で塞がれていても良い。板材６４は、円筒形状の鋼管で構成された差し込み部材６１の内部に充填材８０が侵入するのを防ぐことにより、上端格点部５０ａと支持杭１０との接合に必要な充填材８０の量を抑制することができる。また、板材６４の外形は、差し込み部材６１の断面形状よりも大きく形成され、差し込み部材６１の外周面よりも突出することにより、充填材８０が固化した後に差し込み部材６１が杭頭１２から引き抜かれる方向についての強度が高くなる。
【0100】
上記の差し込み部材６１を用いた偏心接合部材５６０ａは、中間格点部１５０ｂにも応用することができる。
【0101】
図２７は、実施の形態１に係る道路構造１００の中間格点部５５０ｂ周辺の断面構造の説明図である。中間格点部５５０ｂは、上端格点部５５０ａと同様に偏心接合部材５６０ｂを備える。偏心接合部材５６０ｂは、上部プレート５８及び下部プレート５９の両方から突出するように設けられた差し込み部材６１と、差し込み部材６１と上部プレート５８及び下部プレート５９とを接合するリブ部材６２と、を備える。差し込み部材６１は、リブ部材６２により上部プレート５８及び下部プレート５９と接合されている。
【0102】
差し込み部材６１は、鋼管部材５１ｂの内側に配置されており、上部プレート５８及び下部プレート５９を貫通するように配置されている。なお、差し込み部材６１は、上部プレート５８及び下部プレート５９と直接接合されていても良い。
【0103】
また、差し込み部材６１は、図２７に示されるような上下に貫通する構成でなくともよく、上部プレート５８の上面及び下部プレート５９の下面にそれぞれ接合されて、上部プレート５８の上面及び下部プレート５９の下面のそれぞれから上下に延びるように構成されていても良い。
【0104】
中間格点部５５０ｂの上方に延びる差し込み部材６１は、上方部材である鋼管支柱３０に挿入される。中間格点部５５０ｂの下方に延びる差し込み部材６１は、下方部材である第１鋼管杭２０ａに挿入される。中間格点部５５０ｂから上下方向に延びる差し込み部材６１は、それぞれ鋼管支柱３０又は第１鋼管杭２０ａとの間に差し込まれた状態で充填材８０が充填されて、鋼管支柱３０、中間格点部５５０ｂ及び第１鋼管杭２０ａを接合する。中間格点部５５０ｂの偏心接合部材５６０ｂは、上端格点部５５０ａと同様に下方部材である第１鋼管杭２０ａの中心軸と中間格点部５５０ｂの中心軸とをずらした状態で接合できる。また、偏心接合部材５６０ｂは、中間格点部５５０ｂの中心軸と鋼管支柱３０の中心軸とをずらした状態で接合できる。
【0105】
また、鋼管支柱３０及び第１鋼管杭２０ａには、それぞれ充填孔１７が設けられており、ここから充填材８０が充填される。充填材８０は、固化することにより、中間格点部５５０ｂと鋼管支柱３０及び第１鋼管杭２０ａとを接合する。
【0106】
なお、図２７のＧ－Ｇ部に示される、実施の形態１に係る中間格点部５５０ｂの鋼管部材５１ｂの部分の断面構造は、図２６と同様な構造である。ただし、Ｇ－Ｇ部で示される断面においては、充填孔５６ａは設けられていなくても良い。
【0107】
次に、実施の形態１に係る道路構造１００の上端格点部５０ａ及び中間格点部１５０ｂの別の変形例について説明する。
【0108】
図２８は、実施の形態１に係る道路構造１００の上端格点部５０ａの変形例である上端格点部２５０ａ周辺の断面構造の説明図である。図２９は、図２８の上端格点部２５０ａの上面図である。上端格点部２５０ａは、鋼管部材２５１ａと縦桁４１ａを接続する縦桁仕口５２ａと横桁４１ｂを接続する横桁仕口５３ａとを備え、上面５７ａが平坦になっている。
【0109】
支持杭１０の杭頭１２の端面１４には偏心接合部材２６０が接合されている。偏心接合部材２６０は、下端面が支持杭１０の杭頭１２に接合され、上端面が板部材２６１により形成されている。板部材２６１は、上面２６２が平坦になっており、上端格点部２５０ａの鋼管部材２５１ａの下端面２５４ａを載置できる様に構成されている。板部材２６１は、上面２６２が鋼管部材２５１ａの下端面２５４ａよりも大きく形成されている。したがって、上端格点部２５０ａの鋼管部材２５１ａは、偏心接合部材２６０の上面２６２上において水平方向にずらして載置することができる。つまり、支持杭１０と上端格点部２５０ａとは、偏心接合部材２６０を用いて互いに中心軸を偏心させた状態で接合することができる。なお、変形例である偏心接合部材２６０を第３偏心接合部材２６０と呼ぶ場合がある。また、上面２６２を接合面と呼ぶ場合がある。
【0110】
図３０は、実施の形態１に係る道路構造１００の中間格点部１５０ｂの変形例である中間格点部２５０ｂ周辺の構造の側面図及び上面図である。偏心接合部材２６０は、中間格点部２５０ｂと第１鋼管杭２０ａとの接合に用いても良い。道路構造１００は、中間格点部２５０ｂの鋼管部材２５１ｂが第１鋼管杭２０ａと同じ断面形状になっている。中間格点部２５０ｂは、鋼管部材２５１ｂと縦桁仕口５２ｂと横桁仕口５３ｂとから構成されている。変形例においては、中間格点部２５０ｂは、実施の形態１における鋼管支柱３０と一体化されていても良い。このように構成されることにより、偏心接合部材２６０を用いて接合して形成された支持杭１０ａに桁部材４０を設置することができる。
【0111】
＜道路構造１００の変形例＞
次に、実施の形態１に係る道路構造１００の変形例について説明する。
次に、実施の形態１に係る道路構造１００の変形例について説明する。
【0112】
図３１は、実施の形態１に係る道路構造１００の変形例の断面構造の説明図である。図２～図４に示されている様に、実施の形態１の道路構造１００は、道路が延びる第１方向に交差する第２方向に２本の支持杭１０が並列されているが、２本以上の支持杭１０が並列されていても良い。また、道路構造１００は、上端格点部５０ａと中間格点部５０ｂとの間、又は２つの中間格点部５０ｂの間を連結し、横桁４１ｂに対し傾斜している斜め梁４８を備えていても良い。斜め梁４８は、支持杭１０及び横桁４１ｂ又は横桁４０ｂにより構成される矩形の構造の対角に位置する２つの格点部５０を連結するものである。道路構造１００は、斜め梁４８によるトラス構造によって架構の変形が抑止され、部材応力が低減できる。さらには、斜め梁４８は、第２方向に並んで設置されている斜め梁４８ａ及び４８ｂを含む。斜め梁４８ａは、道路構造１００が設置される地盤９０の山側に設置されており、斜め梁４８ｂは、谷側に設置されている。山側に位置する斜め梁４８ａは、斜面に沿った方向に傾斜されていることが望ましい。また、図２８においては、谷側の斜め梁４８ｂは、山側の斜め梁４８ａと対称的な向きに傾斜しているが、同じ方向に傾斜させても良い。
【0113】
上端格点部５０ａと横桁４１ｂは、予め一体に製作されており、格点桁となっていても良い。また、中間格点部５０ｂと横桁４０ｂとは、予め一体に製作されており、格点桁となっている。これにより、格点部５０は、個別に測量心出し設置する手間が省け、省力化、工程短縮が図れる。中間格点部５０ｂも横桁４０ｂと一体に製造されており、同様な効果をもつ。また、格点部５０は斜材によって互いに接合されており、斜め梁４８によるトラス構造によって架構の変形が抑止され、部材応力が低減できる。
【0114】
また、実施の形態１においては、人工地盤構造物の一例として支持杭１０の上端にのみ道路床版９９を設けた道路構造１００について説明したが、道路床版９９は、支持杭１０の軸方向において１層のみに限定されるものではなく、複数層の床版を有していても良い。例えば、支持杭１０の中間部に道路床版９９又はその他の用途に用いられる床版を設けても良い。この場合、中間格点部５０ｂ、１５０ｂ、２５０ｂ又は５５０ｂの上に道路床版９９又はその他の用途に用いられる床版が設置される。複数の床版は、一部を道路床版９９として使用し、その他を付帯設備を設置するための床版として使用される場合がある。
【0115】
（実施の形態１に係る道路構造１００の効果）
実施の形態１に係る道路構造１００は、道路が延びる第１方向及び第１方向に交差する第２方向に並列して地盤に打設された支持杭１０と、支持杭１０のそれぞれの上端に設置された上端格点部５０ａと、隣り合う２つの上端格点部５０ａを接続する第１桁部材４１と、上端格点部５０ａ及び第１桁部材４１の上方に設置される道路床版９９と、を備える。支持杭１０は、レベル２地震動を受けたときの水平方向変位と水平荷重との履歴曲線が紡錘形状となるものである。このように構成されることにより、道路構造１００は、地盤９０からの突出長さが多大な支持杭１０においても、杭頭１２の位置が調整でき、また、杭頭１２に接合される上端格点部５０ａの位置及び第１桁部材４１の位置の調整ができる。つまり、道路構造１００を構成する鋼管杭２０、鋼管支柱３０、及び上端格点部５０ａのうち、下方に位置する下方部材と下方部材の上方に接合される上方部材との中心軸を誤差の分だけずらして位置調整ができる。そのため、支持杭１０を地盤９０に立設するにあたり、上端格点部５０ａの位置の精度を容易に確保できる。また、道路構造１００は、地盤９０からの突出量が長大な支持杭１０を備えるが、支持杭１０がレベル２地震動を受けた場合であっても塑性変形により安定してエネルギーを吸収できる様に構成されているため、耐震性に優れる。
実施の形態１に係る道路構造１００は、道路が延びる第１方向及び第１方向に交差する第２方向に並列して地盤に打設された支持杭１０と、支持杭１０のそれぞれの上端に設置された上端格点部５０ａと、隣り合う２つの上端格点部５０ａを接続する第１桁部材４１と、上端格点部５０ａ及び第１桁部材４１の上方に設置される道路床版９９と、を備える。支持杭１０は、レベル２地震動を受けたときの水平方向変位と水平荷重との履歴曲線が紡錘形状となるものである。このように構成されることにより、道路構造１００は、地盤９０からの突出長さが多大な支持杭１０においても、杭頭１２の位置が調整でき、また、杭頭１２に接合される上端格点部５０ａの位置及び第１桁部材４１の位置の調整ができる。つまり、道路構造１００を構成する鋼管杭２０、鋼管支柱３０、及び上端格点部５０ａのうち、下方に位置する下方部材と下方部材の上方に接合される上方部材との中心軸を誤差の分だけずらして位置調整ができる。そのため、支持杭１０を地盤９０に立設するにあたり、上端格点部５０ａの位置の精度を容易に確保できる。また、道路構造１００は、地盤９０からの突出量が長大な支持杭１０を備えるが、支持杭１０がレベル２地震動を受けた場合であっても塑性変形により安定してエネルギーを吸収できる様に構成されているため、耐震性に優れる。
【0116】
また、実施の形態１に係る道路構造１００によれば、支持杭１０は、熱処理された電縫鋼管により構成され、溶接部を含めた各部の降伏比が８５％以下であり、シャルピー吸収エネルギーが２７Ｊ以上である。このように構成されることにより、支持杭１０は、電縫鋼管で構成でき、かつエネルギー吸収性能が確保されている。
【0117】
また、実施の形態１に係る道路構造１００によれば、支持杭１０は、鋼管製造時の溶接ビード切断の後工程において鋼管の内面又は外面に誘導コイルを設置した誘導加熱装置を用いて熱処理されている。そのため、支持杭１０は、溶接後熱処理を加えた電縫鋼管で構成されるため、溶接部も他の母材部分と同等の性能を備え、エネルギー吸収性能が確保されている。
【0118】
また、実施の形態１に係る道路構造１００によれば、支持杭１０は、鋼管ぐいＳＫＫ材又は一般構造用鋼管ＳＴＫ材を使用したものである。このように構成されることにより、道路構造１００の支持杭１０は、地盤９０中における強度が従来どおり確保され、かつ地盤から突出した部分の耐震性も確保される。
【0119】
実施の形態２．
実施の形態２においては、実施の形態１に係る道路構造１００などの人工地盤構造物の支持杭１０上における中間格点部５０ｂ、１５０ｂの配置の詳細及び支持杭１０の突出量の設定について説明する。実施の形態２に係る道路構造１００の各部については、各図面において同一の機能を有するものは実施の形態１の説明で使用した図面と同一の符号を付して表示するものとする。
実施の形態２においては、実施の形態１に係る道路構造１００などの人工地盤構造物の支持杭１０上における中間格点部５０ｂ、１５０ｂの配置の詳細及び支持杭１０の突出量の設定について説明する。実施の形態２に係る道路構造１００の各部については、各図面において同一の機能を有するものは実施の形態１の説明で使用した図面と同一の符号を付して表示するものとする。
【0120】
図３２は、実施の形態２に係る道路構造１００の一例を示す模式図である。図３２は、道路構造１００をｘ方向から見た模式図を示している。道路構造１００は、図３２のＫ部に示すように、地盤９０の表面９４から突出した部分の長さｈが異なる２つの支持杭１０の上端同士が第１桁部材４１により接続されている構造を有する。また、道路構造１００は、図３２のＬ部に示すように、２つの支持杭１０の上端同士が第１桁部材４１により接続され、一方の支持杭１０の中間部に中間格点部５０ｂが設けられている構造を有する。さらに、道路構造１００は、図３２のＭ部に示すように、２つの支持杭１０の上端同士が第１桁部材４１により接続され、かつ２つの支持杭１０の中間部にそれぞれ設けられた中間格点部５０ｂ同士が第２桁部材４０により接続されている構造を有する。なお、中間格点部５０ｂは、中間格点部１５０ｂ、２５０ｂ又は５５０ｂで置換することもできる。また、中間格点部５０ｂは、偏心接合部材６０、２６０を用いていない格点部５０であっても良い。
【0121】
道路構造１００は、複数の支持杭１０を備える。道路構造１００が例えば山間部などの斜面や起伏がある地盤９０に設置される場合、複数の支持杭１０は、それぞれ地盤９０からの突出する長さｈが異なる場合がある。道路構造１００が例えばレベル２地震動を受けた場合、地盤９０の表面９４から上に出ている部分は、水平方向（ｘ方向及びｙ方向）に変位する。ｘ方向又はｙ方向において隣り合う支持杭１０に着目した場合、支持杭１０に生じる曲げモーメントＭ及び応力σは、地盤９０から突出する長さｈ及び中間部が第２桁部材４０で接続されているか否かにより変わる。道路構造１００は、支持杭１０が塑性変形することにより地震動によるエネルギーを吸収し、耐震性を向上させるものである。したがって、隣り合って配置される２つの支持杭１０は、一方の支持杭１０に発生する応力が過大にならないように設定されるのが望ましい。
【0122】
なお、図３２においては、道路構造１００が延伸するｙ方向に並んだ複数の支持杭１０が示されているが、実際にはｘ方向（図３２において紙面垂直方向）にも支持杭１０が並列されており、隣り合って配置される２つの支持杭１０は、ｙ方向だけでなくｘ方向に並列された２つ支持杭１０を含むものである。
【0123】
道路構造１００は支持杭１０が第１桁部材４１及び第２桁部材４０により接続された構造であり、支持杭１０は、地盤９０の表面９４と交差する部分である支点９８、上端格点部５０ａ及び中間格点部５０ｂ、１５０ｂを固定端とする両端固定梁としてモデル化することが可能である。以下において、道路構造１００を構成する各支持杭１０に発生する水平方向変位δ及び応力σについて説明する。
【0124】
図３３は、図３２のＫ部の拡大図である。Ｋ部は、２つの支持杭１０が上端で第１桁部材４１により接続されている。そのため、地震動により道路床版９９が水平方向にδだけ変位したときに、一方の支持杭１０の上端における変位δ１と他方の支持杭１０の上端における変位δ２とは同じになる（δ１＝δ２）。なお、図３３中に示す破線は、地盤９０からの各高さにおける支持杭１０の水平方向変位δを示している。
【0125】
図３３において、短い方の支持杭１０を結節点間部材１０Ａと呼び、長い方の支持杭１０を結節点間部材１０Ｂと呼ぶ。一方の結節点間部材１０Ａの地盤９０からの突出長さをｈ１とし、他方の結節点間部材１０Ｂの地盤９０からの突出長さをｈ２としたときに、ｈ１＜ｈ２となっている。道路床版９９が所定の水平方向変位δを受けたときに、支持杭１０に発生する応力σは、固定端となる上端格点部５０ａ及び支点９８において最大値となる。ここで、軸が鉛直方向に延びる両端固定梁に発生する曲げモーメント、水平方向変位及び発生応力の各計算式は、下記のように表される。
Ｍ＝Ｐ・ｈ／２ ・・・（１）
δ＝Ｐ・ｈ３／（１２Ｅ・Ｉ） ・・・（２）
σ＝Ｍ／Ｚ ・・・（３）
ここで、Ｍ：曲げモーメント、Ｐ：水平方向荷重、ｈ：結節点間部材長さ、δ：水平方向変位、Ｅ：ヤング率、Ｉ：断面二次モーメント、σ：結節点間部材に発生する最大応力、Ｚ：断面係数、である。
Ｍ＝Ｐ・ｈ／２ ・・・（１）
δ＝Ｐ・ｈ３／（１２Ｅ・Ｉ） ・・・（２）
σ＝Ｍ／Ｚ ・・・（３）
ここで、Ｍ：曲げモーメント、Ｐ：水平方向荷重、ｈ：結節点間部材長さ、δ：水平方向変位、Ｅ：ヤング率、Ｉ：断面二次モーメント、σ：結節点間部材に発生する最大応力、Ｚ：断面係数、である。
【0126】
上記の式（１）～（３）を基に、水平方向変位δは以下の式で表される。
δ＝２Ｍ／ｈ×ｈ３／（１２Ｅ・Ｉ）＝σＺｈ２／（６Ｅ・Ｉ）
・・・（４）
δ＝２Ｍ／ｈ×ｈ３／（１２Ｅ・Ｉ）＝σＺｈ２／（６Ｅ・Ｉ）
・・・（４）
【0127】
また、図３３の結節点間部材１０Ａに発生する応力σ１（以下、最大応力を単に応力称する場合がある）と結節点間部材１０Ｂに発生する応力σ２との関係は、上記式（４）より次式（５）で表される。ただし、結節点間部材１０Ａ及び１０Ｂは、材質及び断面形状が同じであり、ヤング率Ｅ、断面二次モーメントＩ、断面係数Ｚ、降伏応力σｙが同じである。また、図３３に示すようにｈ２≧ｈ１とし、結節点間部材１０Ａ及び１０Ｂのそれぞれの水平方向変位δは等しく、δ＝δ１＝δ２で表され、これと上記式（４）とから、以下の式（５）が導かれる。
σ２／σ１＝（ｈ１／ｈ２）２ ・・・（５）
つまり、図３３の構造においては、突出長さが短い結節点間部材１０Ａは、長い方の結節点間部材１０Ｂよりも発生する応力の最大値が大きくなる。
σ２／σ１＝（ｈ１／ｈ２）２ ・・・（５）
つまり、図３３の構造においては、突出長さが短い結節点間部材１０Ａは、長い方の結節点間部材１０Ｂよりも発生する応力の最大値が大きくなる。
【0128】
図３４は、図３２のうち中間格点部５０ｂ又は１５０ｂを備える支持杭１０ａの拡大図である。図３４を用いて、支持杭１０に中間格点部５０ｂ又は１５０ｂを設けた場合（２層の場合）の結節点間部材１０Ｃ及び１０Ｄのそれぞれに発生するσ３及びσ４の関係について説明する。支持杭１０ａは、支点９８、中間格点部５０ｂ及び上端格点部５０ａが固定端としてモデル化できる。支点９８から中間格点部５０ｂまでを結節点間部材１０Ｃとし、中間格点部５０ｂから上端格点部５０ａまでを結節点間部材１０Ｄとし、結節点間部材１０Ｃの長さをｈ３とし、結節点間部材１０Ｄの長さをｈ４とし、ｈ３＜ｈ４となっている。なお、中間格点部５０ｂが支持杭１０の上端又は下端にある場合は、図３３の支持杭１０と同様に中間格点部５０ｂが無い支持杭１０と同じになる。
【0129】
道路床版９９が所定の水平方向変位δを受けたときに、支持杭１０の結節点間部材１０Ｃ及び１０Ｄに発生する応力σは、固定端となる上端格点部５０ａ、中間格点部５０ｂ及び支点９８において最大値となる。また、道路床版９９の水平方向変位がδであったとすると、結節点間部材１０Ｃの水平方向変位δ３と結節点間部材１０Ｄの水平方向変位δ４との関係は、δ＝δ３＋δ４で表される。
【0130】
上記の式（４）を基に、図３４に示された支持杭１０ａの結節点間部材１０Ｃに発生する応力σ３及び結節点間部材１０Ｄに発生する応力σ４との関係は、次式で表される。
σ４／σ３＝ｈ４／ｈ３ ・・・（６）
つまり、図３４の構造においては、長さの短い結節点間部材１０Ｃのほうが長い方の結節点間部材１０Ｄよりも発生する応力の最大値が小さい。
σ４／σ３＝ｈ４／ｈ３ ・・・（６）
つまり、図３４の構造においては、長さの短い結節点間部材１０Ｃのほうが長い方の結節点間部材１０Ｄよりも発生する応力の最大値が小さい。
【0131】
また、図３４において中間格点部５０ｂが支持杭１０ａの中央にある場合、つまりｈ３＝ｈ４＝ｈ／２である場合を考える。このとき、結節点間部材１０Ｃ及び１０Ｄのそれぞれの水平方向変位は、δ３＝δ４＝δ／２であり、結節点間部材１０Ｃ及び１０Ｄのそれぞれに発生する応力σ３及びσ４は、σ３＝σ４である。従って、上記式（４）より、
δ＝２σ３・Ｚ×（ｈ／２）２／（６Ｅ・Ｉ） ・・・（７）
と表される。
δ＝２σ３・Ｚ×（ｈ／２）２／（６Ｅ・Ｉ） ・・・（７）
と表される。
【0132】
一方、図３４において支持杭１０ａの中間格点部５０ｂが無い場合（１層の場合）を想定する。このとき、支持杭１０ａの水平方向変位δは、次のように表される。
δ＝σ・Ｚ×ｈ２／（６Ｅ・Ｉ） ・・・（８）
δ＝σ・Ｚ×ｈ２／（６Ｅ・Ｉ） ・・・（８）
【0133】
支持杭１０ａが１層の場合及び２層の場合であっても、上記式（７）及び式（８）の水平方向変位δは等しいから、上記式（７）及び式（８）から、σ３＝２・σとなる。つまり、支持杭１０ａの中央に中間格点部５０ｂを設けた場合（２層の場合）、結節点間部材１０Ｃ及び１０Ｄに生ずる応力σ３及びσ４は、中間格点部５０ｂが設けられていない場合（１層の場合）の２倍になることを意味する。このことは図３３において、結節点間部材１０Ａが塑性域にあり（降伏している）、結節点間部材１０Ｂが降伏しない場合であっても、結節点間部材１０Ｂに中間格点部５０ｂを配置し２つの結節点間部材１０Ｃ及び１０Ｄを形成することにより、結節点間部材１０Ｃ又は１０Ｄに発生する応力を増加させて降伏させることが可能であることを意味している。この原理を利用して、支持杭１０の突出量ｈが極めて大きくなった場合において、中間格点部５０ｂ又は１５０ｂを設置し２層構造とすることによって、基準となる１層の支持杭１０と２層の支持杭１０との両方が塑性域にあるように構成して、隣り合う２本の支持杭１０の双方の塑性エネルギー吸収能を発揮させ、耐震性を向上させることが可能である。
【0134】
図３４に示されているように中間格点部５０ｂを備える支持杭１０の場合においても、結節点間部材１０Ｃの長さｈ３及び結節点間部材１０Ｄの長さｈ４が同じように設定されれば、結節点間部材１０Ｃと結節点間部材１０Ｄとが同時に塑性変形領域にあるため、より高いエネルギー吸収能力を発揮できる。
【0135】
道路構造１００は、地震動を受けた際に一部の結節点間部材１０Ａ～１０Ｄに応力が集中しないようにするのが望ましく、より多くの結節点間部材１０Ａ～１０Ｄがエネルギー吸収能を発揮することにより、優れた耐震性能を発揮する。
【0136】
図３５は、図３２のＬ部の拡大図である。道路構造１００は、設置される環境と道路床版９９の高さによって、支持杭１０の地盤９０の表面９４からの突出長さが決まるものであり、例えば図３３に示す２つの結節点間部材１０Ａ及び１０Ｂの長さｈ１、ｈ２の差が大きくなってしまう場合が考えられる。しかし、このような場合であっても、図３３に示す長い方の支持杭１０に中間格点部５０ｂを設置し、図３４に示す支持杭１０ａと同じ構造にすることにより、図３５に示されている短い方の支持杭１０（結節点間部材１０Ａ）に生じる応力σ１と長い方の支持杭１０ａの結節点間部材１０Ｃ及び１０Ｄに生じる応力σ３及びσ４とを近い値に調節できる。
【0137】
図３６は、図３２のＭ部の拡大図である。道路構造１００の２つの支持杭１０に着目したときに、２つの支持杭１０の地盤９０からの突出量が大きい場合には、２つの支持杭１０の両方に中間格点部５０ｂを設置し、互いに中間格点部５０ｂ同士を接続しても良い。この場合、各支持杭１０における中間格点部５０ｂの位置を調整することにより、各支持杭１０が備える結節点間部材１０Ｃａ、１０Ｄａ、１０Ｃｂ及び１０Ｄｂに発生する応力σ３ａ、σ４ａ、σ３ｂ及びσ４ｂの値を近い値に調整できる。
【0138】
図３７は、図３３、図３４、図３５及び図３６の各結節点間部材１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｃａ、１０Ｄａ、１０Ｃｂ及び１０Ｄｂの水平方向変位δ及び応力σの関係を模式的に表したものである。図３７（ａ）は、例えば図３３の結節点間部材１０Ａの長さｈ１と結節点間部材１０Ｂの長さｈ２との差が比較的大きい場合の図であり、図３７（ｂ）は、図３３の結節点間部材１０Ａの長さｈ１と結節点間部材１０Ｂの長さｈ２との差が比較的小さい場合の図である。なお、図３７において、水平方向変位δと応力σとの関係は比例するように表示されているが、これは説明のために簡略化したものである。図３７の水平方向変位δと応力σとの関係は、図３４、３５及び図３６に示されている２本の支持杭１０が有する複数の結節点間部材１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｃａ、１０Ｄａ、１０Ｃｂ及び１０Ｄｂに当てはまるものである。実施の形態２に係る道路構造１００は、隣り合う２本の支持杭１０が有する結節点間部材１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｃａ、１０Ｄａ、１０Ｃｂ及び１０Ｄｂを図３７（ｂ）に示される関係になるように設定するものである。
【0139】
図３３に示されている２本の支持杭１０を一例として、図３７の水平方向変位δと応力σとの関係について説明する。図３７（ａ）において、σ１で示されている線は、結節点間部材１０Ａの水平方向変位δに対する発生する応力σ１の最大値の変化を示しており、σ２で示されている線は、結節点間部材１０Ｂの水平方向変位δに対する発生する応力σ２の最大値の変化を示している。また、図３７（ａ）は、結節点間部材１０Ａと結節点間部材１０Ｂとの長さの差が比較的大きい場合を示している。結節点間部材１０Ａ及び結節点間部材１０Ｂは、０から降伏応力σｙまでは弾性変形し、降伏応力σｙから極限応力σｕまでは塑性変形する。図３３に示されている構造は、道路床版９９が地震動によって水平荷重ＰＨを受けて、水平方向にδだけ変位したとき、結節点間部材１０Ａの応力σ１は結節点間部材１０Ｂの応力σ２より大きくなる。水平方向変位δが増加すると、結節点間部材１０Ａは降伏応力σｙを超えて塑性化し、極限応力σｕに達すると耐力の限界となる。
【0140】
このとき、結節点間部材１０Ｂはまだ降伏応力σｙに達していない。このような場合、塑性変形によるエネルギー吸収は結節点間部材１０Ａに限定され、道路構造１００の水平方向変位δを抑制する効果が少ない。すなわち、結節点間部材１０Ａに応力が集中して、この結節点間部材１０Ａの局所的な耐力限界により、道路構造１００の耐震性が低く抑制される。つまり、結節点間部材１０Ａは、結節点間部材１０Ｂよりも小さい水平方向変位δで降伏及び破断し、結節点間部材１０Ｂがエネルギー吸収をする前に道路構造１００が破損に至る。
【0141】
図３７（ｂ）は、結節点間部材１０Ａと結節点間部材１０Ｂとの長さの差が比較的小さい場合を示している。図３３に示されている構造は、道路床版９９が地震動によって水平荷重ＰＨを受けて、水平方向にδだけ変位したとき、結節点間部材１０Ａの応力σ１は結節点間部材１０Ｂの応力σ２より大きくなる。しかし、結節点間部材１０Ａの長さｈ１と結節点間部材１０Ｂの長さｈ２との差が小さい場合は、地震動による水平方向変位δの増加によって、結節点間部材１０Ａの応力σ１及び結節点間部材１０Ｂの応力σ２は同じように増加する。
【0142】
結節点間部材１０Ａが降伏後も変位が増加し、結節点間部材１０Ａは限界耐力に達する。結節点間部材１０Ｂは、結節点間部材１０Ａにやや遅れて降伏し、塑性化する。図３７（ｂ）に示すように、結節点間部材１０Ａ及び結節点間部材１０Ｂは、塑性変形領域が重なり合っており、範囲Ｗにおいてともに降伏点を超えて塑性化しエネルギー吸収効果を発揮する。これにより、図３７（ａ）に示すように結節点間部材１０Ａと結節点間部材１０Ｂとの長さの差が大きい場合においては、短い結節点間部材１０Ａに応力が集中していたのが、図３７（ｂ）に示すように結節点間部材１０Ａと結節点間部材１０Ｂとの長さの差が小さい場合においては、短い結節点間部材１０Ａへの応力集中は緩和され、２つの結節点間部材１０Ａ及び１０Ｂの両方が塑性変形によるエネルギー吸収能を発揮する。したがって、図３３に示す構造は、塑性変形が進んだ後も結節点間部材１０Ａの限界耐力に到達せず、高い耐震性能を発揮する。
【0143】
＜図３２の道路構造１００のＫ部における支持杭１０の長さ設定について＞
例えば、図３３に示される２本の支持杭１０からなる構造の場合、短い方の支持杭１０（結節点間部材１０Ａ）が降伏応力σｙに達したときの水平方向変位（降伏変位）δ１ｙとする。このとき長い方の支持杭１０（結節点間部材１０Ｂ）の応力は、上記式（５）より、次のように表される。
σ２＝σｙ（ｈ１／ｈ２）２ ・・・（９）
このとき、結節点間部材１０Ｂの水平方向変位は、結節点間部材１０Ａと同じくδ１ｙである。よって、結節点間部材１０Ｂが降伏応力σｙに達したときの結節点間部材１０Ｂの水平方向変位である降伏変位δ２ｙは、上記式（５）及び式（９）並びに図３７に示されているσ２の弾性領域での比例関係より、次のように表される。
δ２ｙ＝δ１ｙ×σｙ／σ２＝δ１ｙ×（ｈ２／ｈ１）２
・・・（１０）
例えば、図３３に示される２本の支持杭１０からなる構造の場合、短い方の支持杭１０（結節点間部材１０Ａ）が降伏応力σｙに達したときの水平方向変位（降伏変位）δ１ｙとする。このとき長い方の支持杭１０（結節点間部材１０Ｂ）の応力は、上記式（５）より、次のように表される。
σ２＝σｙ（ｈ１／ｈ２）２ ・・・（９）
このとき、結節点間部材１０Ｂの水平方向変位は、結節点間部材１０Ａと同じくδ１ｙである。よって、結節点間部材１０Ｂが降伏応力σｙに達したときの結節点間部材１０Ｂの水平方向変位である降伏変位δ２ｙは、上記式（５）及び式（９）並びに図３７に示されているσ２の弾性領域での比例関係より、次のように表される。
δ２ｙ＝δ１ｙ×σｙ／σ２＝δ１ｙ×（ｈ２／ｈ１）２
・・・（１０）
【0144】
図３３に示される２本の支持杭１０からなる構造において、長い方の支持杭１０（結節点間部材１０Ｂ）の降伏変位δ２ｙが、短い方の支持杭１０（結節点間部材１０Ａ）の降伏変位δ１ｙ以上で、短い方の支持杭１０の限界水平方向変位（限界耐力における水平方向変位）以下であれば、少なくとも２本の支持杭１０は塑性変形領域が重なる（図３７（ｂ）に示されている範囲Ｗが確保できる）。言い換えると、長い方の支持杭１０（結節点間部材１０Ｂ）の降伏変位δ２ｙは、次の範囲にある場合に２本の支持杭１０の塑性変形領域が重なる。
δ１ｙ≦δ２ｙ≦５・δ１ｙ ・・・（１１）
この式（１１）と上記式（５）より、２本の支持杭１０の突出量ｈ１及びｈ２の関係は、１≦（ｈ２／ｈ１）２≦５となり、１≦ｈ２／ｈ１≦２．２３と表される。つまり、図３３に示されている２本の支持杭１０のそれぞれの突出量ｈ１及びｈ２を上記の範囲に設定することにより、少なくとも２本の支持杭１０は塑性変形領域が重なる。
δ１ｙ≦δ２ｙ≦５・δ１ｙ ・・・（１１）
この式（１１）と上記式（５）より、２本の支持杭１０の突出量ｈ１及びｈ２の関係は、１≦（ｈ２／ｈ１）２≦５となり、１≦ｈ２／ｈ１≦２．２３と表される。つまり、図３３に示されている２本の支持杭１０のそれぞれの突出量ｈ１及びｈ２を上記の範囲に設定することにより、少なくとも２本の支持杭１０は塑性変形領域が重なる。
【0145】
なお、限界耐力は、降伏後にさらに結節点間部材を塑性変形させたときに、結節点間部材の応力が低下する限界の応力をいう。例えば、結節点間部材は、地震等の振動により繰り返し荷重を受けたときに、降伏点を超えて塑性変形を繰り返すと変位の増加とともに応力が上昇するが、所定の変位を超えると応力が低下する。このような点を限界耐力とする。限界耐力は、例えば材質の引張応力であるが、これに限定されるものではない。ここで、上記式（１１）の最大値である５・δ１ｙは、結節点間部材が地震時の繰り返し荷重を受けたときの限界水平方向変位として設定されたものである。例えば、上記においては、図１６に示されている実験結果を基に、降伏変位δ１ｙの５倍を限界耐力における水平方向変位として設定している。ただし、限界水平方向変位は、結節点間部材の材質、断面形状及び長さによって異なる場合がある。
【0146】
また、長い方の支持杭１０（結節点間部材１０Ｂ）の降伏変位δ２ｙは、次の範囲にある場合に２本の支持杭１０の塑性変形領域が重なる範囲Ｗを２・δ１ｙ以上の幅で確保できるため、十分な耐震性能を発揮できる。
δ１ｙ≦δ２ｙ≦３・δ１ｙ ・・・（１２）
この式（１２）と上記式（５）より、２本の支持杭１０の突出量ｈ１及びｈ２の関係は、１≦（ｈ２／ｈ１）２≦３となり、つまり、１≦ｈ２／ｈ１≦１．７３と表される。
δ１ｙ≦δ２ｙ≦３・δ１ｙ ・・・（１２）
この式（１２）と上記式（５）より、２本の支持杭１０の突出量ｈ１及びｈ２の関係は、１≦（ｈ２／ｈ１）２≦３となり、つまり、１≦ｈ２／ｈ１≦１．７３と表される。
【0147】
＜図３２の道路構造１００のＬ部における支持杭１０ａの中間格点部５０ｂの位置について＞
次に、図３５に示されるように、２本の支持杭１０のうち長い方の支持杭１０ａのみに中間格点部５０ｂが設けられている構造について、長い方の支持杭１０の突出量ｈの条件を求める。図３３のように１層の支持杭１０を連結した構造が前述の１≦ｈ２／ｈ１≦２．２３又は１≦ｈ２／ｈ１≦１．７３の条件に入らない場合などには、長い方の支持杭１０に中間格点部５０ｂが設けられる。中間格点部５０ｂは、隣接する支持杭１０と連結されており、桁部材４０の軸直角方向の回転が拘束されている。そのため、中間格点部５０ｂの上下の結節点間部材１０Ｃ及び１０Ｄは、両端固定梁としてモデル化できる。図３５に示される支持杭１０ａは、突出量ｈ＝ｈ３＋ｈ４、ｈ３≧ｈ４とする。ｈ３は、地盤側の結節点間部材１０Ｃの長さであり、ｈ４は、上端側の結節点間部材１０Ｄの長さである。
次に、図３５に示されるように、２本の支持杭１０のうち長い方の支持杭１０ａのみに中間格点部５０ｂが設けられている構造について、長い方の支持杭１０の突出量ｈの条件を求める。図３３のように１層の支持杭１０を連結した構造が前述の１≦ｈ２／ｈ１≦２．２３又は１≦ｈ２／ｈ１≦１．７３の条件に入らない場合などには、長い方の支持杭１０に中間格点部５０ｂが設けられる。中間格点部５０ｂは、隣接する支持杭１０と連結されており、桁部材４０の軸直角方向の回転が拘束されている。そのため、中間格点部５０ｂの上下の結節点間部材１０Ｃ及び１０Ｄは、両端固定梁としてモデル化できる。図３５に示される支持杭１０ａは、突出量ｈ＝ｈ３＋ｈ４、ｈ３≧ｈ４とする。ｈ３は、地盤側の結節点間部材１０Ｃの長さであり、ｈ４は、上端側の結節点間部材１０Ｄの長さである。
【0148】
結節点間部材１０Ｃの水平方向変位δ３及び結節点間部材１０Ｄの水平方向変位δ４は、上記式（４）から、それぞれ次のように表される。
δ３＝σ３・Ｚ・ｈ３２／（６Ｅ・Ｉ） ・・・（１３ａ）
δ４＝σ４・Ｚ・ｈ４２／（６Ｅ・Ｉ） ・・・（１３ｂ）
また、上記式（６）より、結節点間部材１０Ｄの応力σ４は、結節点間部材１０Ｃの応力σ３、結節点間部材１０Ｃ及び１０Ｄの長さｈ３及びｈ４を用いて次のように表される。
σ４＝σ３・（ｈ４／ｈ３） ・・・（１４）
δ３＝σ３・Ｚ・ｈ３２／（６Ｅ・Ｉ） ・・・（１３ａ）
δ４＝σ４・Ｚ・ｈ４２／（６Ｅ・Ｉ） ・・・（１３ｂ）
また、上記式（６）より、結節点間部材１０Ｄの応力σ４は、結節点間部材１０Ｃの応力σ３、結節点間部材１０Ｃ及び１０Ｄの長さｈ３及びｈ４を用いて次のように表される。
σ４＝σ３・（ｈ４／ｈ３） ・・・（１４）
【0149】
よって、支持杭１０ａの水平方向変位δは、上記の式（１３ａ）～（１４）より、
δ＝δ３＋δ４＝Ｚ／（６Ｅ・Ｉ）×｛σ３・ｈ３２＋σ３（ｈ４／ｈ３）・ｈ４２｝
＝σ３・Ｚ／（６Ｅ・Ｉ）×（ｈ３２＋ｈ４３／ｈ３） ・・・（１５）
ここでｈ４＝ｈ－ｈ３であるから、
δ＝σ３・Ｚ／（６Ｅ・Ｉ）×ｈ２｛ｈ／ｈ３－３＋３（ｈ３／ｈ）｝
＝σ３・Ｚ／（６Ｅ・Ｉ）×ｈ２×Ｇ ・・・（１６）
と表される。ここで、
Ｇ＝ｈ／ｈ３－３＋３（ｈ３／ｈ） ・・・（１６ａ）
である。
δ＝δ３＋δ４＝Ｚ／（６Ｅ・Ｉ）×｛σ３・ｈ３２＋σ３（ｈ４／ｈ３）・ｈ４２｝
＝σ３・Ｚ／（６Ｅ・Ｉ）×（ｈ３２＋ｈ４３／ｈ３） ・・・（１５）
ここでｈ４＝ｈ－ｈ３であるから、
δ＝σ３・Ｚ／（６Ｅ・Ｉ）×ｈ２｛ｈ／ｈ３－３＋３（ｈ３／ｈ）｝
＝σ３・Ｚ／（６Ｅ・Ｉ）×ｈ２×Ｇ ・・・（１６）
と表される。ここで、
Ｇ＝ｈ／ｈ３－３＋３（ｈ３／ｈ） ・・・（１６ａ）
である。
【0150】
一方、２本の支持杭１０のうち短い方の支持杭１０（結節点間部材１０Ａ）の水平方向変位は、式（４）から、δ＝σ１・Ｚ・ｈ１２／（６Ｅ・Ｉ）と表されるから、これと式（１６）より、
σ３・Ｚ／（６Ｅ・Ｉ）×ｈ２×Ｇ ＝σ１・Ｚ・ｈ１２／（６Ｅ・Ｉ）
・・・（１６ｂ）
であり、支持杭１０ａの応力の高い方の結節点間部材１０Ｃの応力σ３と短い支持杭１０の応力σ１との関係は次のように表される。
σ３／σ１＝ｈ１２／（Ｇ・ｈ２） ・・・（１７）
σ３・Ｚ／（６Ｅ・Ｉ）×ｈ２×Ｇ ＝σ１・Ｚ・ｈ１２／（６Ｅ・Ｉ）
・・・（１６ｂ）
であり、支持杭１０ａの応力の高い方の結節点間部材１０Ｃの応力σ３と短い支持杭１０の応力σ１との関係は次のように表される。
σ３／σ１＝ｈ１２／（Ｇ・ｈ２） ・・・（１７）
【0151】
上記式（１７）によれば、図３５に示されている短い方の支持杭１０（結節点間部材１０Ａ）が、降伏応力σｙに達したときに（σ１＝σｙ）、Ｇが小さいほど、長い支持杭１０の結節点間部材１０Ｃの応力σ３が大きくなり、長い支持杭１０は降伏しやすくなる。逆に、Ｇが大きくなるほど長い支持杭１０は降伏しにくい。
【0152】
図３８は、図３５に示される２本の支持杭１０において、長い方の支持杭１０ａの突出量ｈに対する地盤側の結節点間部材１０Ｃの長さｈ３の比と式（１６）及び式（１７）のＧの値との関係を示すグラフである。上述したように、Ｇの値は小さいほど結節点間部材１０Ｃは塑性変形しやすく、Ｇの値が最小値周辺となるように、結節点間部材１０Ｃの長さを設定すれば、２つの支持杭１０の両方が塑性変形によるエネルギー吸収能を発揮しやすくなる。図３８によれば、０．５≦ｈ３／ｈ≦０．７５の範囲において、０．４６４≦Ｇ≦０．５８３となっている。
【0153】
上記の支持杭１０ａの下端側の結節点間部材１０Ｃの長さｈ３とＧとの関係は、上端側の結節点間部材１０Ｄにおいても同様に成立する。つまり、０．５≦ｈ４／ｈ≦０．７５（このとき、０．２５≦ｈ３／ｈ≦０．５となる）において、Ｇ＝ｈ／ｈ４－３＋３（ｈ４／ｈ）で表され、Ｇの取る値の範囲は、０．４６４≦Ｇ≦０．５８３となる。この場合は、結節点間部材１０Ｄのほうが結節点間部材１０Ｃよりも塑性変形しやすくなる。
【0154】
以上より、図３５において、長い方の支持杭１０ａの結節点間部材１０Ｃの長さｈ３は、０．２５≦ｈ３／ｈ≦０．７５に設定できる。支持杭１０ａの突出量ｈが大きく、もう一方の短い支持杭１０（結節点間部材１０Ａ）よりも後に長い支持杭１０ａが降伏するとした場合、上記の条件の基で、結節点間部材１０Ｃは、最も降伏しにくい条件であるＧ＝０．５８３で降伏するように、２本の支持杭１０の材質及び断面形状を設定しておけば、中間格点部５０ｂの位置が仮に０．２５≦ｈ３／ｈ≦０．７５の範囲内で変動しても、２本の支持杭１０は、少なくとも結節点間部材１０Ａ及び結節点間部材１０Ｃの塑性変形領域が重なり、図３７（ｂ）に示す範囲Ｗにおいてエネルギー吸収性能を発揮できる。
【0155】
上記の場合とは逆に、長い方の支持杭１０ａが先に降伏して、後から短い支持杭１０が降伏する場合がある。この場合は、長い方の支持杭１０ａが最も降伏し易い条件であるＧ＝０．４６４の条件において、短い方の支持杭１０（結節点間部材１０Ａ）が降伏する条件を設計すればよい。すると、長い方の支持杭１０ａの中間格点部５０ｂの位置が０．２５≦ｈ３／ｈ≦０．７５の範囲内で変動しても、短い支持杭１０の降伏条件は、安全側に設定できる。つまり、２本の支持杭１０は、０．２５≦ｈ３／ｈ≦０．７５の条件のもとでＧ＝０．４６４として検討し、塑性変形領域が重なるように設計されると良い。
【0156】
＜図３２の道路構造１００のＬ部における支持杭１０の長さｈ１について＞
次に、図３５に示されるように、２本の支持杭１０のうち長い方の支持杭１０ａのみに中間格点部５０ｂが設けられている構造について、短い方の支持杭１０（結節点間部材１０Ａ）の突出量ｈ１の条件を求める。図３５示される支持杭１０ａは、突出量ｈ＝ｈ３＋ｈ４、ｈ３≧ｈ４とする。ｈ３は、地盤側の結節点間部材１０Ｃの長さであり、ｈ４は、上端側の結節点間部材１０Ｄの長さである。
次に、図３５に示されるように、２本の支持杭１０のうち長い方の支持杭１０ａのみに中間格点部５０ｂが設けられている構造について、短い方の支持杭１０（結節点間部材１０Ａ）の突出量ｈ１の条件を求める。図３５示される支持杭１０ａは、突出量ｈ＝ｈ３＋ｈ４、ｈ３≧ｈ４とする。ｈ３は、地盤側の結節点間部材１０Ｃの長さであり、ｈ４は、上端側の結節点間部材１０Ｄの長さである。
【0157】
短い方の支持杭１０（結節点間部材１０Ａ）が降伏応力σｙに達したときの降伏変位をδ１ｙとすると、長い方の支持杭１０ａの結節点間部材１０Ｃの応力は、上記式（１７）から次のように表される。
σ３＝σｙ｛ｈ１２／（Ｇ・ｈ２）｝＝σｙ（ｈ１／ｈ）２／Ｇ
・・・（１８）
これより、結節点間部材１０Ｃが降伏したときの支持杭１０ａの変位δ３ｙは、比例関係より、次のように表される。
δ３ｙ＝δ１ｙ×σｙ／σ３＝δ１ｙ×σｙ／｛σｙ（ｈ１／ｈ）２／Ｇ｝
＝δｙ１×（ｈ／ｈ１）２×Ｇ ・・・（１９）
σ３＝σｙ｛ｈ１２／（Ｇ・ｈ２）｝＝σｙ（ｈ１／ｈ）２／Ｇ
・・・（１８）
これより、結節点間部材１０Ｃが降伏したときの支持杭１０ａの変位δ３ｙは、比例関係より、次のように表される。
δ３ｙ＝δ１ｙ×σｙ／σ３＝δ１ｙ×σｙ／｛σｙ（ｈ１／ｈ）２／Ｇ｝
＝δｙ１×（ｈ／ｈ１）２×Ｇ ・・・（１９）
【0158】
図３５に示される２本の支持杭１０からなる構造において、長い方の支持杭１０ａ（結節点間部材１０Ｃ）の降伏変位δ３ｙが、短い方の支持杭１０（結節点間部材１０Ａ）の降伏変位δ１ｙ以上で、短い方の支持杭１０の限界水平方向変位（限界耐力における水平方向変位）以下であれば、少なくとも２本の支持杭１０は塑性領域が重なる（図３７（ｂ）に示されている範囲Ｗが確保できる）。言い換えると、長い方の支持杭１０ａ（結節点間部材１０Ｃ）の降伏変位δ３ｙは、次の範囲にある場合に２本の支持杭１０の塑性領域が重なる。
δ１ｙ≦δ３ｙ≦５・δ１ｙ ・・・（２０）
この式（２０）と上記式（１９）より、２本の支持杭１０の突出量ｈ１及びｈの関係は、１≦（ｈ／ｈ１）２×Ｇ≦５、すなわち、
１／Ｇ≦（ｈ／ｈ１）２≦５／Ｇ ・・・（２１）
となる。ここで、図３８より求められた、望ましい結節点間部材１０Ｃの長さｈ３の範囲である、０．２５≦ｈ３／ｈ≦０．７５において、結節点間部材１０Ｃが最も塑性変形しにくいＧの値である、Ｇ＝０．５８３を上記式（２１）に代入すると、
１．３１≦ｈ／ｈ１≦２．９２ ・・・（２２）
と表される。
δ１ｙ≦δ３ｙ≦５・δ１ｙ ・・・（２０）
この式（２０）と上記式（１９）より、２本の支持杭１０の突出量ｈ１及びｈの関係は、１≦（ｈ／ｈ１）２×Ｇ≦５、すなわち、
１／Ｇ≦（ｈ／ｈ１）２≦５／Ｇ ・・・（２１）
となる。ここで、図３８より求められた、望ましい結節点間部材１０Ｃの長さｈ３の範囲である、０．２５≦ｈ３／ｈ≦０．７５において、結節点間部材１０Ｃが最も塑性変形しにくいＧの値である、Ｇ＝０．５８３を上記式（２１）に代入すると、
１．３１≦ｈ／ｈ１≦２．９２ ・・・（２２）
と表される。
【0159】
また、長い方の支持杭１０ａの結節点間部材１０Ｃの降伏変位δ３ｙは、次の範囲にある場合に２本の支持杭１０の塑性領域が重なる範囲Ｗが２・δ１ｙ以上になり、十分な耐震性能を発揮できる。
δ１ｙ≦δ３ｙ≦３・δ１ｙ ・・・（２３）
この式（２３）と上記式（１９）より、
１／Ｇ≦（ｈ／ｈ１）２≦３／Ｇ ・・・（２４）
であり、ここから２本の支持杭１０のうち短い方の支持杭１０の突出量ｈ１と長い方の支持杭１０ａの突出量ｈとの関係は、
１．３１≦ｈ／ｈ１≦２．２６ ・・・（２４ａ）
となる。
δ１ｙ≦δ３ｙ≦３・δ１ｙ ・・・（２３）
この式（２３）と上記式（１９）より、
１／Ｇ≦（ｈ／ｈ１）２≦３／Ｇ ・・・（２４）
であり、ここから２本の支持杭１０のうち短い方の支持杭１０の突出量ｈ１と長い方の支持杭１０ａの突出量ｈとの関係は、
１．３１≦ｈ／ｈ１≦２．２６ ・・・（２４ａ）
となる。
【0160】
図３９は、２本の支持杭１０の結節点間部材１０Ａ及び結節点間部材１０Ｃの水平方向変位δと応力σとの関係を示す図である。図３９の線Ａは、短い方の支持杭１０（結節点間部材１０Ａ）の水平方向変位δと応力σとの関係を示しており、線Ｂは長い方の支持杭１０ａの結節点間部材１０Ｃの水平方向変位δと応力σとの関係を示している。線Ｂに示されているように、降伏変位をδ３ｙ≦３・δ１ｙに設定する、すなわち長さｈ及びｈ１の関係を１．３１≦ｈ／ｈ１≦２．２６に設定することにより、結節点間部材１０Ａ及び１０Ｃの両方が塑性変形する範囲Ｗが２・δ１ｙの範囲で確保できる。
【0161】
図３３の構造において、例えばレベル２地震動などの所定の入力があった場合、２つの結節点間部材１０Ａ及び１０Ｂは両者とも塑性変形するように設定されると良い。例えば図３５の構造において、レベル２地震動などの所定の入力があった場合、２つの支持杭１０が備える複数の結節点間部材１０Ａ、１０Ｃ及び１０Ｄのうち、少なくとも２つの結節点間部材が塑性変形するように設定されると良い。また、図３６に構造においても支持杭１０が備える複数の結節点間部材１０Ｃａ、１０Ｄａ、１０Ｃｂ及び１０Ｄｂのうち、少なくとも２つの結節点間部材が塑性変形するように設定されると良い。
【0162】
また、図３３、図３４、図３５及び図３６に示す構造において、１つの結節点間部材が塑性変形するように設定された場合であっても、その他の降伏していない結節点間部材は、既に塑性変形領域にある１つの結節点間部材が限界耐力に達する前に降伏するように設定されると良い。
【0163】
なお、隣り合う２つの支持杭１０の複数の結節点間部材１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｃａ、１０Ｄａ、１０Ｃｂ及び１０Ｄｂのうち、所定の水平方向入力があった場合において塑性変形している結節点間部材を第１結節点間部材と呼び、第１結節点間部材が塑性変形しているときに未だ降伏していない結節点間部材を第２結節点間部材と呼ぶ場合がある。
【0164】
道路構造１００は、複数の支持杭１０を備えており、複数の支持杭１０から２つの隣り合う支持杭１０を取り出すと、図３２のＫ部、Ｌ部、Ｍ部の何れかの構造になっている。支持杭１０の支点９８、中間格点部５０ｂ、上端格点部５０ａのうち隣り合う何れか２つの間の部分を結節点間部材と定義したときに、２つの支持杭１０は、少なくとも２つの結節点間部材１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｃａ、１０Ｄａ、１０Ｃｂ及び１０Ｄｂから構成されている。これらの複数の結節点間部材１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｃａ、１０Ｄａ、１０Ｃｂ及び１０Ｄｂは、例えばレベル２地震動が加わったときに少なくとも２つが塑性変形領域にあるように設定されると良い。さらには、塑性変形領域にある２つの結節点間部材以外の結節点間部材（降伏していない結節点間部材）は、すでに塑性変形領域にある２つの結節点間部材が限界耐力に達する前に降伏するように設定されると良い。
【0165】
さらに望ましくは、３つ以上の複数の結節点間部材１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｃａ、１０Ｄａ、１０Ｃｂ及び１０Ｄｂが塑性変形領域にあるように設定されると良い。さらには、同時に塑性変形領域にある複数の結節点間部材以外の結節点間部材（降伏していない結節点間部材）は、すでに塑性変形領域にある複数の結節点間部材が限界耐力に達する前に降伏するように設定されると良い。
【0166】
＜道路構造１００全体の基準となる支持杭１０の設定について＞
上記の説明において、図３５に示す２本の支持杭１０のうち、長い方の支持杭１０ａの中間格点部５０ｂの位置を０．２５≦ｈ３／ｈ≦０．７５の範囲に設定することが望ましいとしたが、支持杭１０ａのうち下方の結節点間部材１０Ｃは、上方の結節点間部材１０Ｄよりも長くすると、さらに望ましい。道路構造１００の場合、地震などによる損傷が道路床版９９を支える上部の桁部材４１付近で発生しない方が良い。これは、損傷や変形が道路構造１００の下部で発生しても、上部の道路床版９９や桁部材４１が健全であれば、緊急時の車両等を通行させることが可能であるからである。このことを考慮すると、図３５に示す支持杭１０ａのように２層構造の支持杭１０では、塑性化する結節点間部材は下方の結節点間部材１０Ｃに限定しておいて、上方の結節点間部材１０Ｄにおいて損傷及び変形が生じないようにすることが望ましい。つまり、図３５に示す構造において、支持杭１０ａの長さｈに対する結節点間部材１０Ｃの長さｈ３は、０．５≦ｈ３／ｈ≦０．７５とするのがより望ましい。言い換えると、支持杭１０ａの長さをｈとしたときに、支点９８から中間格点部５０ｂまでの長さは、０．５ｈ以上０．７５ｈ以下とするのがより望ましい。
上記の説明において、図３５に示す２本の支持杭１０のうち、長い方の支持杭１０ａの中間格点部５０ｂの位置を０．２５≦ｈ３／ｈ≦０．７５の範囲に設定することが望ましいとしたが、支持杭１０ａのうち下方の結節点間部材１０Ｃは、上方の結節点間部材１０Ｄよりも長くすると、さらに望ましい。道路構造１００の場合、地震などによる損傷が道路床版９９を支える上部の桁部材４１付近で発生しない方が良い。これは、損傷や変形が道路構造１００の下部で発生しても、上部の道路床版９９や桁部材４１が健全であれば、緊急時の車両等を通行させることが可能であるからである。このことを考慮すると、図３５に示す支持杭１０ａのように２層構造の支持杭１０では、塑性化する結節点間部材は下方の結節点間部材１０Ｃに限定しておいて、上方の結節点間部材１０Ｄにおいて損傷及び変形が生じないようにすることが望ましい。つまり、図３５に示す構造において、支持杭１０ａの長さｈに対する結節点間部材１０Ｃの長さｈ３は、０．５≦ｈ３／ｈ≦０．７５とするのがより望ましい。言い換えると、支持杭１０ａの長さをｈとしたときに、支点９８から中間格点部５０ｂまでの長さは、０．５ｈ以上０．７５ｈ以下とするのがより望ましい。
【0167】
さらに、０．５＜ｈ３／ｈ≦０．６６７に設定することにより、図３８のグラフにおいて、Ｇの取る値の範囲は、０．４６４≦Ｇ≦０．５となる。よって、支持杭１０ａにおける中間格点部５０ｂによる応力低減効果が向上し、長い方の支持杭１０ａが短い方の支持杭１０に対して遅れて降伏する場合において、支持杭１０ａの突出量ｈの範囲をより広く取ることができる。つまり、上記式（２３）において、Ｇ＝０．５を代入すると、１．３１≦ｈ／ｈ１≦２．４５となり、支持杭１０ａの長さｈの取れる範囲が広がる。
【0168】
上記の説明においては、２本の支持杭１０がともに１層である場合（図３３を参照）は、突出長が長い方の支持杭１０が短い方の支持杭１０の長さの１．７３倍を超えると、短い方の支持杭１０が降伏した後、限界変位に達するまでに、長い方の支持杭１０が降伏してともに塑性エネルギー吸収性能を発揮できる範囲Ｗが２δ１ｙよりも小さくなり、十分な塑性エネルギー吸収性能を発揮できない。また、突出長が長い方の支持杭１０が短い方の支持杭１０の長さの２．２３倍を超えると、短い方の支持杭１０が降伏した後、限界変位に達するまでに、長い方の支持杭１０が降伏せず塑性エネルギー吸収性能が発揮できない。さらに、支持杭１０の突出量が７ｍより低い場合は、たわみ性が極度に小さくなり、特別に降伏点が高い材質を用いるか、又は板厚を厚くするなどの対応が必要になり、支持杭１０の塑性エネルギー吸収性能を期待することが困難である。よって、道路構造１００の全体の耐震性を検討する場合に、基準とする支持杭１０の突出量ｈ０を、次のように設定する。なお、基準とする支持杭１０を基準杭と称する場合がある。
（条件１）突出量ｈ０は、７ｍ以上である１層の支持杭１０のうち最も突出量が小さいものの突出量とする。
（条件１）突出量ｈ０は、７ｍ以上である１層の支持杭１０のうち最も突出量が小さいものの突出量とする。
【0169】
上記（条件１）より、基準となる支持杭１０を設定し、これと比較する支持杭１０の突出量をｈとすると、比較する支持杭１０のｈと基準となる支持杭１０の突出量ｈ０の関係は、上記式（１１）から、下記式（２５）のように設定すると良い。なお、比較する支持杭１０を比較杭と称する場合がある。
１≦ｈ／ｈ０≦１．７３ ・・・（２５）
また、比較する支持杭１０が２層の場合には、比較する支持杭１０の突出量をｈとし、中間格点部５０ｂの地盤９０からの高さをｈｔとすると、比較する支持杭１０の突出量ｈと基準となる支持杭１０の突出量ｈ０の関係は、式（２４）より、下記のように設定すると良い。ただし、比較する支持杭１０の中間格点部５０ｂの位置であるｈｔの範囲は、０．２５ｈ≦ｈｔ≦０．７５ｈであることを前提とする。
１．３１≦ｈ／ｈ０≦２．２６ ・・・（２６）
基準となる支持杭１０（基準杭）に対し、上記の式（２５）及び式（２６）の範囲となるように比較する支持杭１０（比較杭）を設定することにより、基準杭と上記式（２５）又は式（２６）の範囲に設定された比較杭は、塑性変形領域が重なる。
１≦ｈ／ｈ０≦１．７３ ・・・（２５）
また、比較する支持杭１０が２層の場合には、比較する支持杭１０の突出量をｈとし、中間格点部５０ｂの地盤９０からの高さをｈｔとすると、比較する支持杭１０の突出量ｈと基準となる支持杭１０の突出量ｈ０の関係は、式（２４）より、下記のように設定すると良い。ただし、比較する支持杭１０の中間格点部５０ｂの位置であるｈｔの範囲は、０．２５ｈ≦ｈｔ≦０．７５ｈであることを前提とする。
１．３１≦ｈ／ｈ０≦２．２６ ・・・（２６）
基準となる支持杭１０（基準杭）に対し、上記の式（２５）及び式（２６）の範囲となるように比較する支持杭１０（比較杭）を設定することにより、基準杭と上記式（２５）又は式（２６）の範囲に設定された比較杭は、塑性変形領域が重なる。
【0170】
上記の条件は、基準となる支持杭１０の突出量ｈ０が、比較する支持杭１０の突出量ｈよりも短い場合を前提としているが、次に基準となる支持杭１０のほうが比較する支持杭１０よりも短い場合について説明する。
【0171】
比較する支持杭１０が１層の場合であって、比較する支持杭１０が基準となる支持杭１０よりも長い場合は、比較する支持杭１０のｈと基準となる支持杭１０の突出量ｈ０の関係は、上記式（２５）のｈとｈ０とを入れ替え、１≦ｈ０／ｈ≦１．７３より、以下のように設定すると良い。
０．５８≦ｈ／ｈ０≦１ ・・・（２７）
そして、上記式（２５）及び式（２７）の２つの条件を組み合わせて、比較する支持杭１０のｈと基準となる支持杭１０の突出量ｈ０の関係は、次のように表される。
０．５８≦ｈ／ｈ０≦１．７３ ・・・（２８）
０．５８≦ｈ／ｈ０≦１ ・・・（２７）
そして、上記式（２５）及び式（２７）の２つの条件を組み合わせて、比較する支持杭１０のｈと基準となる支持杭１０の突出量ｈ０の関係は、次のように表される。
０．５８≦ｈ／ｈ０≦１．７３ ・・・（２８）
【0172】
比較する支持杭１０が２層の場合であって、比較する支持杭１０が基準となる支持杭１０よりも長い場合は、比較する支持杭１０のｈと基準となる支持杭１０の突出量ｈ０の関係は、次のように表される。
０．８６≦ｈ／ｈ０≦２．２６ ・・・（２９）
なお、上記の式（２９）は、以下のように求められる。
０．８６≦ｈ／ｈ０≦２．２６ ・・・（２９）
なお、上記の式（２９）は、以下のように求められる。
【0173】
図４０は、図３２のＬ部の拡大図であり、図３５に対し支持杭１０ａを短く変更した場合の図である。図４１は、図４０の長い方の支持杭１０と短い方の支持杭１０ａの水平方向変位δ及び応力σの関係を模式的に表したものである。図４０及び図４１を用いて、上記の式（２９）の導出について説明する。図４０のように２層の支持杭１０ａの突出量ｈが１層の支持杭１０の突出量ｈ１よりも短い場合、１層の支持杭１０の応力σ１は、上記式（１７）より次のように表される。
σ１＝σｙ・（Ｇ・ｈ２／ｈ１２）
＝σｙ・（ｈ／ｈ１）２・Ｇ ・・・（３０）
σ１＝σｙ・（Ｇ・ｈ２／ｈ１２）
＝σｙ・（ｈ／ｈ１）２・Ｇ ・・・（３０）
【0174】
よって、長い方の１層の支持杭１０が降伏応力σｙに達したときの水平方向変位である降伏変位δ１ｙは、比例関係より、次のように求められる。
δ１ｙ＝δ３ｙ・σｙ／σ１
＝δ３ｙ・σｙ／（σｙ・（ｈ／ｈ１）２・Ｇ）
＝δ３ｙ・（ｈ１／ｈ）２／Ｇ ・・・（３１）
δ１ｙ＝δ３ｙ・σｙ／σ１
＝δ３ｙ・σｙ／（σｙ・（ｈ／ｈ１）２・Ｇ）
＝δ３ｙ・（ｈ１／ｈ）２／Ｇ ・・・（３１）
【0175】
図４０に示される２本の支持杭１０及び１０ａにおいて、長い方の１層の支持杭１０の降伏変位δ１ｙが次の範囲であれば、支持杭１０及び１０ａは、両方とも塑性変形しており、エネルギー吸収性能を発揮している。
δ３ｙ≦δ１ｙ≦５・δ３ｙ ・・・（３２）
これに式（３１）を代入すると、
Ｇ≦（ｈ１／ｈ）２≦５Ｇ ・・・（３３）
となる。
δ３ｙ≦δ１ｙ≦５・δ３ｙ ・・・（３２）
これに式（３１）を代入すると、
Ｇ≦（ｈ１／ｈ）２≦５Ｇ ・・・（３３）
となる。
【0176】
ここで、図３８より求められた、望ましい結節点間部材１０Ｃの長さｈ３の範囲である０．２５≦ｈ３／ｈ≦０．７５において、Ｇが小さいほど上記式（３０）のσ１が小さくなる。ここで、図４０の長い方の１層の支持杭１０が降伏しにくい条件とするため、Ｇ＝０．４６４を選択し、上記式（３３）に代入すると、長い方の１層の支持杭１０（結節点間部材１０Ａ）の長さｈ１と２層の支持杭１０ａの突出量ｈとの関係は、０．６８１≦ｈ１／ｈ≦１．５２３より、
０．６６≦ｈ／ｈ１≦１．４６ ・・・ （３４）
となる。
０．６６≦ｈ／ｈ１≦１．４６ ・・・ （３４）
となる。
【0177】
また、長い方の１層の支持杭１０の結節点間部材１０Ａの降伏変位δ１ｙは、次の範囲にある場合に２本の支持杭１０、１０ａの塑性領域が重なる範囲Ｗが２・δ３ｙ以上になり、十分な耐震性能を発揮できる。
δ３ｙ≦δ１ｙ≦３・δ３ｙ ・・・ （３５）
この式（３５）と上記式（３１）より、
Ｇ≦（ｈ１／ｈ）２≦３Ｇ ・・・ （３６）
であり、図４０の長い方の１層の支持杭１０が降伏しにくい条件とするため、Ｇ＝０．４６４を式（３６）に代入し、長い方の１層の支持杭１０（結節点間部材１０Ａ）の長さｈ１と２層の支持杭１０ａの突出量ｈとの関係は、０．６８１≦ｈ１／ｈ≦１．１７より、
０．８６≦ｈ／ｈ１≦１．４６ ・・・ （３７）
となる。
δ３ｙ≦δ１ｙ≦３・δ３ｙ ・・・ （３５）
この式（３５）と上記式（３１）より、
Ｇ≦（ｈ１／ｈ）２≦３Ｇ ・・・ （３６）
であり、図４０の長い方の１層の支持杭１０が降伏しにくい条件とするため、Ｇ＝０．４６４を式（３６）に代入し、長い方の１層の支持杭１０（結節点間部材１０Ａ）の長さｈ１と２層の支持杭１０ａの突出量ｈとの関係は、０．６８１≦ｈ１／ｈ≦１．１７より、
０．８６≦ｈ／ｈ１≦１．４６ ・・・ （３７）
となる。
【0178】
一方、図３５のように支持杭１０ａの方が長い場合は、２本の支持杭１０のうち短い方の支持杭１０の突出量ｈ１と長い方の支持杭１０ａの突出量ｈとの関係は、上記式（２４ａ）と同様に、
１．３１≦ｈ／ｈ１≦２．２６ ・・・ （３８）
となる。よって、比較する支持杭１０が２層の場合において、比較する支持杭１０のｈと基準となる支持杭１０の突出量ｈ０の関係は、式（３７）及び式（３８）の条件を併せて、上記式（２９）に示したように０．８６≦ｈ／ｈ０≦２．２６となる。
１．３１≦ｈ／ｈ１≦２．２６ ・・・ （３８）
となる。よって、比較する支持杭１０が２層の場合において、比較する支持杭１０のｈと基準となる支持杭１０の突出量ｈ０の関係は、式（３７）及び式（３８）の条件を併せて、上記式（２９）に示したように０．８６≦ｈ／ｈ０≦２．２６となる。
【0179】
上記の式（２８）及び式（２９）の条件は、道路構造１００の基準となる支持杭１０（基準杭と呼ぶ）及び比較する支持杭１０（比較杭）が両方とも塑性変形領域が重なるようになるための条件であるが、必ずしも基準杭よりも長い比較杭と基準杭よりも短い比較杭との塑性変形領域が重なるわけではない。つまり、比較杭同士の間で、図４１において示されている範囲ｗ１が必ずしも存在する訳ではない。しかし、複数の支持杭１０の塑性変形領域の差を少なくし、複数の支持杭１０の塑性化の性状を近いものにし、結節点間部材の長さも考慮して限界変位の設定を適切に設定することによって、基準杭よりも長い比較杭及び基準杭よりも短い比較杭の塑性エネルギー吸収性能を発揮する範囲が重なるように設定することも可能である。したがって、比較杭が上記の式（２８）及び式（２９）の条件に適合しているかを評価することは、道路構造１００の全体的な耐震性を評価する指標として利用できる。
【0180】
＜支持杭１０の材質及び断面係数Ｚの設定＞
道路構造１００の支持杭１０は、材質及び断面係数によって強度にばらつきがでる。例えば、支持杭１０の材質がＳＫＫ４００の場合、降伏応力は２３５Ｎ／ｍｍ２であるが、ＳＫＫ４９０の場合、降伏応力は３２５Ｎ／ｍｍ２である。つまり、支持杭１０の材質がＳＫＫ４９０の場合は、ＳＫＫ４００の場合に対し降伏応力が１．３８倍大きくなる。
道路構造１００の支持杭１０は、材質及び断面係数によって強度にばらつきがでる。例えば、支持杭１０の材質がＳＫＫ４００の場合、降伏応力は２３５Ｎ／ｍｍ２であるが、ＳＫＫ４９０の場合、降伏応力は３２５Ｎ／ｍｍ２である。つまり、支持杭１０の材質がＳＫＫ４９０の場合は、ＳＫＫ４００の場合に対し降伏応力が１．３８倍大きくなる。
【0181】
また、支持杭１０の外径が５００ｍｍの場合、板厚が９ｍｍ、１２ｍｍ、１４ｍｍになると、それぞれ断面係数が１６７×１０－５ｍ３、２１９×１０－５ｍ３、２５３×１０－５ｍ３となる。なお、支持杭１０の外径は、４００ｍｍ～６００ｍｍの範囲に設定することができる。
【0182】
図４２は、基準杭及び比較杭の材質の降伏応力が同じ場合と異なる場合の水平方向変位δ及び応力σの関係を模式的に表したものである。図４２において実線は、基準杭の水平方向変位δ及び応力σの関係を示している。一点鎖線及び破線は、比較杭の水平方向変位δ及び応力σの関係を示している。破線は、比較杭の降伏応力が基準杭の降伏応力と同じσｙの場合であり、このとき降伏変位は基準杭の降伏変位δ０の３倍である。このとき基準杭は、限界変位５・δ０に対し余裕を持った状態であり、基準杭と比較杭とは２・δ０の幅で塑性変形領域が重なっており、ともに塑性エネルギー吸収性能を発揮できる状態になっている。
【0183】
これに対して、図４２において一点鎖線で示されるように、比較杭の降伏応力が大きく、σｃである場合を考える。このとき、比較杭は降伏しにくくなる。基準杭が限界変位５・δに達する前に降伏して、ともに塑性変形領域が重なるようになる条件は、基準杭の降伏応力をσ０ｙとしたときに、比較杭の弾性域の比例関係より、σ０ｙ≦σｃ＜５／３・σ０ｙ、すなわち
σ０ｙ≦σｃ＜１．６６・σ０ｙ ・・・ （３９）
である。
σ０ｙ≦σｃ＜１．６６・σ０ｙ ・・・ （３９）
である。
【0184】
よって、比較杭の降伏応力が基準杭の降伏応力の１．６６倍未満であれば、基準杭と比較杭は塑性変形領域が重なり、ともに塑性エネルギー吸収性能を発揮する。例えば、一般に使用される杭の材質は、ＳＫＫ４００（σｙ＝２３５Ｎ／ｍｍ２）及びＳＫＫ４９０（σｙ＝３２５Ｎ／ｍｍ２）等である。ＳＫＫ４９０の降伏応力は、ＳＫＫ４００の１．３８倍であるため、比較杭の材質がＳＫＫ４９０で基準杭の材質がＳＫＫ４００であっても、比較杭の降伏応力σｙは、上記式（３９）の条件の範囲に十分入っているので、両材質とも支持杭１０として適用可能である。
【0185】
図４３は、基準杭及び比較杭の外径が異なる場合の水平方向変位δ及び応力σの関係を模式的に表したものである。図４３において実線は、基準杭の水平方向変位δ及び応力σの関係を示している。一点鎖線及び破線は、比較杭の水平方向変位δ及び応力σの関係を示している。破線で示されている比較杭の降伏変位は基準杭の降伏変位δ０ｙの３倍である。このとき基準杭は、限界変位５・δ０に対し余裕を持った状態であり、基準杭と比較杭とは２・δ０の幅で塑性変形領域が重なっており、ともに塑性エネルギー吸収性能を発揮できる状態になっている。
【0186】
破線で示されている比較杭に対し、外径又は杭を構成する板厚が異なる場合を検討する。外径がｄであり、内径がｄ１の円筒形の鋼管杭である場合、
水平方向変位：上記式（８）よりδ＝σ・Ｚ×ｈ２／（６Ｅ・Ｉ）
断面係数：
Ｚ＝０．０９８２×（ｄ４－ｄ１４ ）／ｄ ・・・（４０）
断面２次モーメント：
Ｉ＝０．０４９１×（ｄ４－ｄ１４ ） ・・・（４１）
であるから、
δ＝σ・ｈ２／（６Ｅ・ｄ）×２ ・・・（４２）
と表される。つまり、比較杭は、外径ｄと応力σが比例し、外径ｄが小さくなると応力σも小さくなる。比較杭の外径が小さくなった場合は、比較杭が降伏しにくくなるが、比較杭の外径と基準杭の外径との比の逆数が１．６６倍以下であれば、比較杭の降伏変位δｃは、基準杭の降伏変位δ０の３倍～５倍の範囲内にある。例えば、基準杭の外径Ｄ０が６００ｍｍであり、比較杭の外径Ｄが４００ｍｍの場合は、Ｄ０／Ｄ＝６００／４００＝１．５≦１．６６となり、基準杭と比較杭とは２・δ０の幅で塑性変形領域が重なっており、ともに塑性エネルギー吸収性能を発揮できる状態になっている。
水平方向変位：上記式（８）よりδ＝σ・Ｚ×ｈ２／（６Ｅ・Ｉ）
断面係数：
Ｚ＝０．０９８２×（ｄ４－ｄ１４ ）／ｄ ・・・（４０）
断面２次モーメント：
Ｉ＝０．０４９１×（ｄ４－ｄ１４ ） ・・・（４１）
であるから、
δ＝σ・ｈ２／（６Ｅ・ｄ）×２ ・・・（４２）
と表される。つまり、比較杭は、外径ｄと応力σが比例し、外径ｄが小さくなると応力σも小さくなる。比較杭の外径が小さくなった場合は、比較杭が降伏しにくくなるが、比較杭の外径と基準杭の外径との比の逆数が１．６６倍以下であれば、比較杭の降伏変位δｃは、基準杭の降伏変位δ０の３倍～５倍の範囲内にある。例えば、基準杭の外径Ｄ０が６００ｍｍであり、比較杭の外径Ｄが４００ｍｍの場合は、Ｄ０／Ｄ＝６００／４００＝１．５≦１．６６となり、基準杭と比較杭とは２・δ０の幅で塑性変形領域が重なっており、ともに塑性エネルギー吸収性能を発揮できる状態になっている。
【0187】
＜道路構造１００の支持杭１０の条件のまとめ＞
（１）道路構造１００は、地盤９０からの突出量が最も大きい支持杭１０の突出量ｈｍａｘ、最も突出量が小さい支持杭１０の突出量ｈｍｉｎとしたときに、ｈｍａｘ≧２×ｈｍｉｎである複数の支持杭１０によって構成されている。
（２）基準杭の選定
基準杭は、中間格点部５０ｂ又は１５０ｂを有さない支持杭１０であり、突出量ｈ０が７ｍ以上である支持杭１０のうち最も突出量が小さいものとする。
（３）比較杭の条件１
基準杭に対し比較対象となる支持杭１０を比較杭と称し、比較杭が中間格点部５０ｂを有さない１層構造である場合は、比較杭の突出量ｈは、
１≦ｈ／ｈ０≦１．７３
を満たす。また、比較杭が中間格点部５０ｂを有する２層構造である場合は、地盤９０から中間格点部５０ｂまでの高さをｈｔとしたときに、０．２５ｈ≦ｈｔ≦０．７５ｈであることを条件に、比較杭の突出量ｈは、
１．３１≦ｈ／ｈ０≦２．２６
を満たす。
なお、比較杭が基準杭よりも遅れて降伏する場合と早く降伏する場合の両方を考慮すると、比較杭が１層構造である場合は、比較杭の突出量ｈは、
０．５８≦ｈ／ｈ０≦１．７３
を満たし、比較杭が２層構造である場合は、
０．８６≦ｈ／ｈ０≦２．２６
を満たす。
（４）比較杭の条件２
基準杭の降伏応力をσ０、比較杭の降伏応力をσｘ、基準杭の外径をＤ０、比較杭の外径をＤｘ、Ｋ１＝σｘ／σ０、Ｋ２＝Ｄ０／Ｄｘとしたときに
１≦Ｋ１×Ｋ２≦１．６６
を満たす。また、なお、比較杭が基準杭よりも遅れて降伏する場合と早く降伏する場合の両方を考慮する場合は、
０．６≦Ｋ１×Ｋ２≦１．６６
を満たす。
（５）道路構造１００を構成する複数の支持杭１０について、上記（１）～（４）の条件が満たされている支持杭１０が、その全数のうち１／３以上、又は１／２以上含まれていることが望ましい。つまり、道路構造１００を構成する複数の支持杭１０について、全てが上記（１）～（４）の条件を満たしていなくとも良い。
（１）道路構造１００は、地盤９０からの突出量が最も大きい支持杭１０の突出量ｈｍａｘ、最も突出量が小さい支持杭１０の突出量ｈｍｉｎとしたときに、ｈｍａｘ≧２×ｈｍｉｎである複数の支持杭１０によって構成されている。
（２）基準杭の選定
基準杭は、中間格点部５０ｂ又は１５０ｂを有さない支持杭１０であり、突出量ｈ０が７ｍ以上である支持杭１０のうち最も突出量が小さいものとする。
（３）比較杭の条件１
基準杭に対し比較対象となる支持杭１０を比較杭と称し、比較杭が中間格点部５０ｂを有さない１層構造である場合は、比較杭の突出量ｈは、
１≦ｈ／ｈ０≦１．７３
を満たす。また、比較杭が中間格点部５０ｂを有する２層構造である場合は、地盤９０から中間格点部５０ｂまでの高さをｈｔとしたときに、０．２５ｈ≦ｈｔ≦０．７５ｈであることを条件に、比較杭の突出量ｈは、
１．３１≦ｈ／ｈ０≦２．２６
を満たす。
なお、比較杭が基準杭よりも遅れて降伏する場合と早く降伏する場合の両方を考慮すると、比較杭が１層構造である場合は、比較杭の突出量ｈは、
０．５８≦ｈ／ｈ０≦１．７３
を満たし、比較杭が２層構造である場合は、
０．８６≦ｈ／ｈ０≦２．２６
を満たす。
（４）比較杭の条件２
基準杭の降伏応力をσ０、比較杭の降伏応力をσｘ、基準杭の外径をＤ０、比較杭の外径をＤｘ、Ｋ１＝σｘ／σ０、Ｋ２＝Ｄ０／Ｄｘとしたときに
１≦Ｋ１×Ｋ２≦１．６６
を満たす。また、なお、比較杭が基準杭よりも遅れて降伏する場合と早く降伏する場合の両方を考慮する場合は、
０．６≦Ｋ１×Ｋ２≦１．６６
を満たす。
（５）道路構造１００を構成する複数の支持杭１０について、上記（１）～（４）の条件が満たされている支持杭１０が、その全数のうち１／３以上、又は１／２以上含まれていることが望ましい。つまり、道路構造１００を構成する複数の支持杭１０について、全てが上記（１）～（４）の条件を満たしていなくとも良い。
【0188】
（実施の形態２の道路構造１００の効果）
図４４は、実施の形態２に係る道路構造１００の説明図である。図４４の道路構造１００は、道路延伸方向であるｙ方向（紙面左右方向）に支持杭１０が並べられているだけでなく、紙面奥側を山側、手前側を谷側とし、山側と谷側に支持杭１０が２列に並べられている。道路構造１００は、道路延伸方向に並んでいる複数の支持杭１０の突出量がそれぞれ異なっているだけでなく、斜面方向（ｘ方向）に並んでいる支持杭１０も斜面の傾斜に応じて突出量が異なっている。図４４の地盤９０の表面９４は、複数の線により表されているが、点線が最も谷側に位置する支持杭１０が打設されている地盤９０の表面９４を示しており、実線が山側に位置する支持杭１０が打設されている地盤９０の表面９４を示している。図４４の支持杭１０は、左側から順にＮｏ．１～Ｎｏ．１１まで番号を振っている。
図４４は、実施の形態２に係る道路構造１００の説明図である。図４４の道路構造１００は、道路延伸方向であるｙ方向（紙面左右方向）に支持杭１０が並べられているだけでなく、紙面奥側を山側、手前側を谷側とし、山側と谷側に支持杭１０が２列に並べられている。道路構造１００は、道路延伸方向に並んでいる複数の支持杭１０の突出量がそれぞれ異なっているだけでなく、斜面方向（ｘ方向）に並んでいる支持杭１０も斜面の傾斜に応じて突出量が異なっている。図４４の地盤９０の表面９４は、複数の線により表されているが、点線が最も谷側に位置する支持杭１０が打設されている地盤９０の表面９４を示しており、実線が山側に位置する支持杭１０が打設されている地盤９０の表面９４を示している。図４４の支持杭１０は、左側から順にＮｏ．１～Ｎｏ．１１まで番号を振っている。
【0189】
【表1】
【0190】
表１は、図４４の複数の支持杭１０の仕様とそれが上記の条件に当てはまっているかについての判定が記載された表である。表１には、Ｎｏ．１～Ｎｏ．１１の支持杭１０の突出量と、基準杭の突出量に対する各支持杭１０の突出量の比とが記載され、上記条件（３）の１≦ｈ／ｈ０≦１．７３又は１．３１≦ｈ／ｈ０≦２．２６に当てはまるかどうかが記載されている。表１においては、比較杭が基準杭よりも遅れて降伏する場合のみの条件で判定しており、条件に適合する支持杭１０は、全ての支持杭１０の１／２である。よって、図４４の道路構造１００は、上記の条件（５）を満たすものである。また、上記条件（２）に基づき表１に示す道路構造１００においては、Ｎｏ．２の谷側にある支持杭を基準杭としている。
【0191】
【表2】
【0192】
表２は、図４４の複数の支持杭１０の仕様とそれが上記の条件に当てはまっているかについての判定が記載された表である。表２には、表１と同じくＮｏ．１～Ｎｏ．１１の支持杭１０の突出量と、基準杭の突出量に対する各支持杭１０の突出量の比とが記載され、上記条件（３）の０．５８≦ｈ／ｈ０≦１．７３又は０．８６≦ｈ／ｈ０≦２．２６に当てはまるかどうかが記載されている。表２においては、比較杭が基準杭よりも遅れて降伏する場合及び比較杭が基準杭よりも早く降伏する場合の両方を考慮した条件で判定しており、条件に適合する支持杭１０は、２２本のうち１７本で、全ての支持杭１０の１／１．３である。よって、図４４の道路構造１００は、上記の条件（５）を満たすものである。
【0193】
以上のように、図４４に示されている道路構造１００は、山間部に設置され、複数の支持杭１０の長さが大きく異なるものであるが、上記の条件（１）～（５）の要件を満たしている。これにより、道路構造１００は、例えばレベル２地震動を受けた際に、支持杭１０のうち少なくとも１／２以上が塑性変形し振動によるエネルギーを吸収することにより、耐震性を発揮できる。
【0194】
＜結節点間部材の長さの制御＞
図４５は、実施の形態２に係る道路構造１００の支持杭１０の拡大図である。結節点間部材１０Ｐの長さは、支持杭１０の中間格点部５０ｂの位置で決定するものであるが、支持杭１０が打設された地盤９０内の構造でも調整が可能である。
図４５は、実施の形態２に係る道路構造１００の支持杭１０の拡大図である。結節点間部材１０Ｐの長さは、支持杭１０の中間格点部５０ｂの位置で決定するものであるが、支持杭１０が打設された地盤９０内の構造でも調整が可能である。
【0195】
道路構造１００の支持杭１０は、地盤９０に削孔された孔９５内に建て込まれ、孔９５と支持杭１０の地中部１８ａとの間にコンクリート等の充填材８２が流し込まれ固定される。図４５においては、孔９５の上部にある地中部１８は、ウレタン又は発泡スチロール等の軟質材で構成された充填材８１が流し込まれている。これにより、結節点間部材１０Ｐの長さは、見た目上においては支点９８から上部の部分の長さであるが、強度検討においては仮想支点９８ａから上部の部分の長さになる。支持杭１０は、地盤９０の内部において強度の高い充填材８２を充填する高さを調整することにより、結節点間部材１０Ｐの長さを調整でき、他の支持杭１０と塑性変形領域を合わせることも可能となる。また、一般に地盤９０の支点９８を移動させるには、盛り土又は掘削を行う必要があるが、図４５の構造によれば、孔９５に充填する充填材８２を変更するだけで、結節点間部材１０Ｐの長さの調整が可能となる。なお、下側に位置する充填材８２を第１充填材、充填材８２の上に充填される充填材８１を第２充填材と称する場合がある。第１充填材８２は、第２充填材８１よりも強度及び剛性が高い。
【0196】
図４６は、実施の形態２に係る道路構造１００のｙ方向に垂直な断面の説明図である。道路構造１００において、山間部の傾斜が大きい場合には、谷側の支持杭１０と山側の支持杭１０との突出量の差が大きい場合がある。この場合、谷側の支持杭１０及び山側の支持杭１０に中間格点部５０ｂを設け桁部材４０で接続すると、山側の支持杭１０は、結節点間部材の長さが極端に短くなり、ともにエネルギー吸収性能を発揮できない場合が考えられる。このような場合には、谷側の支持杭１０は２層で、山側の支持杭１０は１層になるように桁部材４０を配置する。つまり、桁部材４０は、中間格点部５０ｂと上端格点部５０ａとを接続するように設置されている。山側の支持杭１０の上端格点部５０ａと谷側の支持杭１０の中間格点部５０ｂとを接続する桁部材４０は、斜面に沿って傾斜している。なお、この桁部材４０を第３桁部材と称する場合がある。
【0197】
なお、実施の形態２においては、複数の支持杭１０のうち少なくとも一部が２層の支持杭１０である道路構造１００について説明したが、複数の支持杭１０のうち少なくとも一部が３層以上であっても良い。
【0198】
以上に本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上述した実施の形態の構成のみに限定されるものではない。特に構成要素の組み合わせは、実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、適宜変更することができる。また、いわゆる当業者が必要に応じてなす種々なる変更、応用、利用の範囲をも本発明の要旨（技術的範囲）に含むことを念のため申し添える。
【符号の説明】
【0199】
１０ 支持杭、１０ａ 支持杭、１０ｂ 支持杭、１０Ａ～１０Ｄ 結節点間部材、１０Ｃａ 結節点間部材、１０Ｃｂ 結節点間部材、１０Ｄａ 結節点間部材、１０Ｄｂ 結節点間部材、１０Ｐ 結節点間部材、１１ 接合部、１２ 杭頭、１３ 突起、１４ 端面、１５ 貫通孔、１６ 充填材受け板、１７ 充填孔、１８ 地中部、１８ａ 地中部、２０ 鋼管杭、２０ａ 第１鋼管杭、２０ｂ 第２鋼管杭、２１ 杭頭、２１ａ 杭頭、２１ｂ 杭頭、２２ａ 端面、３０ 鋼管支柱、３１ 端面、４０ （第２）桁部材、４０ａ 縦桁、４０ｂ 横桁、４１ 第１桁部材、４１ａ 縦桁、４１ａａ 第１の縦桁、４１ｂ 横桁、４２ 床版固定部材、４３ 連結部、４４ 添接板、４８ 梁、４８ａ 斜め梁、４８ｂ 斜め梁、５０ 格点部、５０ａ 上端格点部、５０ａａ 第１の上端格点部、５０ａｂ 第２の上端格点部、５０ａｃ 第３の上端格点部、５０ａｄ 第４の上端格点部、５０ｂ 中間格点部、５１ａ 鋼管部材、５１ｂ 鋼管部材、５２ａ 縦桁仕口、５２ｂ 縦桁仕口、５３ａ 横桁仕口、５３ｂ 横桁仕口、５４ 突起、５５ａ 支持部材、５５ｂ 支持部材、５６ａ 充填孔、５６ｂ 充填口、５７ ボルト、５７ａ 上面、５８ 上部プレート、５９ 下部プレート、５９ａ 開口部、６０ 偏心接合部材、６０ａ 偏心接合部材、６０ｂ 偏心接合部材、６１ 差し込み部材、６２ リブ部材、６２ａ 外部リブ部材、６２ｂ 内部リブ部材、６５ 板材、７０ 型枠治具、７１ ブラケット、７３ 固定バンド、７４ 型枠板、７５ 調整ボルト、７６ ナット部材、８０ 充填材、８１ 充填材、８２ 充填材、９０ 地盤、９２ 堆積層、９３ 支持層、９４ 表面、９５ 孔、９６ 底面、９７ 隙間、９８ 支点、９９ 道路床版、１００ 道路構造、１５０ｂ 中間格点部、２００ 道路構造、２５０ａ 上端格点部、２５０ｂ 中間格点部、２５１ａ 鋼管部材、２５１ｂ 鋼管部材、２５４ａ 下端面、２６０ （第３）偏心接合部材、２６１ 板部材、２６２ 上面、３５０ａ 杭頭ブロック、３９９ 覆工版、５５０ａ 上端格点部、５５０ｂ 中間格点部、５６０ａ 偏心接合部材、５６０ｂ 偏心接合部材、１０００ 道路構造、１０１０ 支柱、１０１０ｐ 鋼管杭、１０１０ｐ 鋼管杭、１０９１ フーチング。
【要約】
【課題】コンクリートに必要な強度を確保し、養生シートによるコンクリート表面への影響を抑えた人工地盤構造物を提供すること。
【解決手段】人工地盤構造物は、支持杭と、第１桁部材と、床版と、を備え、支持杭は、複数の支持杭を含み、支持杭と地盤の表面とが交わる支点及び上端格点部を結節点とし、隣り合う結節点の間の支持杭の一部を結節点間部材としたときに、複数の支持杭のうち第１方向又は第２方向に隣り合って地盤に打設された２つの支持杭は、複数の結節点間部材を備え、複数の支持杭は、地盤からの突出量がｈ０である１本の基準となる基準杭と、地盤からの突出量がｈである比較杭と、を備え、基準杭の降伏応力をσ０、比較杭の降伏応力をσｘ、基準杭の外径をＤ０、比較杭の外径をＤｘ、Ｋ１＝σｘ／σ０、Ｋ２＝Ｄ０／Ｄｘとしたときに、０．６≦Ｋ１×Ｋ２≦１．６６を満たす。
【選択図】図１
【解決手段】人工地盤構造物は、支持杭と、第１桁部材と、床版と、を備え、支持杭は、複数の支持杭を含み、支持杭と地盤の表面とが交わる支点及び上端格点部を結節点とし、隣り合う結節点の間の支持杭の一部を結節点間部材としたときに、複数の支持杭のうち第１方向又は第２方向に隣り合って地盤に打設された２つの支持杭は、複数の結節点間部材を備え、複数の支持杭は、地盤からの突出量がｈ０である１本の基準となる基準杭と、地盤からの突出量がｈである比較杭と、を備え、基準杭の降伏応力をσ０、比較杭の降伏応力をσｘ、基準杭の外径をＤ０、比較杭の外径をＤｘ、Ｋ１＝σｘ／σ０、Ｋ２＝Ｄ０／Ｄｘとしたときに、０．６≦Ｋ１×Ｋ２≦１．６６を満たす。
【選択図】図１
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45】
【図46】
【図47】