本プログラムの杭基礎の安定計算は、基礎天端（杭頭）から杭先端までをモデル化して照査しており、底版形状は計算に影響を与えません。
底版形状は、
・常時，レベル1地震時の作用力自動計算，
・底版照査（許容応力度法，レベル2地震時）
・「レベル2地震時基本条件」−「基本条件（杭基礎）」画面の『作用力計算』ボタンによる底版下面中心における鉛直力の算出
の照査に用いており、これらの照査または計算を行わない場合、入力の必要はありません。

 

以上より、底版なしの照査を行う場合は、「計算条件」−「基本条件」画面で、
・作用力（常時，レベル1地震時）＝入力
・底版許容応力度法の照査＝しない
・底版レベル2地震時照査＝しない
と設定し、「作用力」−「作用力」画面で基礎天端の常時，レベル1地震時の作用力を入力してください。

また、レベル2地震時照査（安定計算）を行う場合、「レベル2地震時基本条件」−「基本条件（杭基礎）」画面の『ＷF』，『ｈF』，『Ｗs』，『ＷF’』を0.000と入力してください。

杭基礎でフーチング補強を行う場合、本プログラムでは、拡幅されたフーチング内に杭が存在するものとして照査しており、存在しない場合、照査することはできません。

杭基礎のフーチング補強は、「既設道路橋基礎の補強に関する参考資料(H.12.2)社団法人日本道路協会」を参照し作成しております。
本文献には、既設杭の周囲に新たな杭を増設して補強する方法として、増し杭工法の設計法が記述されており、本プログラムは本方法を採用しております。
既設杭と新設杭が一体として荷重に抵抗するとした計算方法としていることから、フーチングのみの補強は想定しておりません。ご了承ください。

ただし、「橋脚の設計」との連動時は、拡幅によるフーチング補強ではなく、上面増厚のみの補強の場合であれば、検討可能です。
この場合、橋脚側の「補強」−「工法、材料」−「フーチング」画面において、「橋軸方向」，「橋軸直角方向」を0.000(m)として「上面」のみ入力してください。

本プログラムは単杭の検討に対応しており、「杭配置」−「寸法」画面で NX＝1，NY＝1 と入力することにより、常時，暴風時及びレベル1地震時だけでなく、レベル2地震時の検討まで行うことが可能です。
ただし、単杭の場合、下記に注意する必要があります。

まず、単杭の場合、ヘルプの「Q＆A」-「2.解析方法、設計の基本的な考え方」-「Q2-6」，「Q2-7」に記載しておりますように、杭頭ヒンジ結合の計算（フーチングと杭がヒンジ結合されていると仮定した場合の計算）のとき、フーチングが回転し不安定構造になることから解を求めることができません。
したがって、杭頭ヒンジの安定計算を行うことができず、杭頭ヒンジとした場合の杭体断面力算出，杭体応力度照査を行うことができません。
詳しくは、前述のヘルプをご参照ください。

また、道示�W12.10.4(P.408〜)において、レベル2地震時照査に用いる群杭効果を考慮した砂質地盤に対する水平地盤反力度の上限値の補正係数の記載がありますが、単杭のとき、この杭中心間隔／杭径をどのように設定すべきか明確ではありません。
杭中心間隔／杭径は「地盤データ」画面の「杭間隔÷杭径」により入力します。画面上の［計算］ボタン押下時、ηp・αpの上限値であるαp（＝3）を初期設定しておりますが、最終的には設計者の方のご判断として入力してください。

以上に注意することにより、単杭の検討が可能です。

水平変位の制限を緩和する杭基礎の設計は、平成14年3月の道示改訂により追加された設計法ですが、道示においては、詳細な設計方法が記載されていません。
このため、本プログラムでは、開発に当たり、「鋼管杭基礎の設計と施工 道路橋示方書(平成14年3月版)改訂対応（平成14年4月）鋼管杭協会」を参照させていただきました。
この文献には、水平変位の制限を緩和する杭基礎の設計の詳しい考え方，設計計算例が記載されており、具体的な設計方法としては、下記の設計手順が示されています。

＜STEP1＞
従来通りの変位法を用いて安定計算と杭体の計算を行い、発生変位が許容変位以下であることを照査する。

＜STEP2＞
STEP1で得られた結果に対して鉛直支持力および杭体応力度に著しい余裕がある場合、水平変位の制限を緩和した杭基礎の設計が適用できるか否かを検討する。

＜STEP3＞
変位以外の項目（支持力と部材応力）が許容値以内であることを前提とした上で、杭の削減等の構造諸元の見直しを行い、杭の配置と断面を決定する。杭体の設計（断面変化位置の決定を含む）には、杭頭ヒンジと仮定した場合の曲げモーメントを考慮する。

＜STEP4＞
STEP3で決定した構造諸元に対して地盤の非線形性を考慮した解析を行い、杭頭剛結時おける安定計算と杭体の計算を行う。

上記の通り、本文献では、通常設計（従来通りの変位法による照査）にて杭配置や断面変化位置等の構造諸元を決定しており、この場合においては、杭頭ヒンジと仮定した場合の断面力を用いています。
しかしながら、水平変位の制限を緩和した設計おいては、杭頭剛結時の断面力を用いて、各断面の応力度が許容応力度内であることを照査しており、杭頭ヒンジの計算は行っておりません。
杭頭剛結時とヒンジ結合時とで地盤の状態が異なる水平変位の制限を緩和する杭基礎の設計時においても、杭頭ヒンジにおける杭体の設計を行ってよいものか明確でないため、本プログラムでは、本文献と同様、杭頭剛結時のみを対象としています。

 

 

 

設計要領第二集（NEXCO）（平成19年8月の新旧対照表以降）では、「レベル1地震時の水平変位について、通常荷重による相対変位，および地盤変位荷重を考慮した相対変位は、5章2-2に示す許容変位以下でなければならない。」と記載されており、レベル1地震時に対して許容変位の照査を行うよう規定されています。

 

また、「盛りこぼし橋台の設計・施工に関するＱ＆Ａ（平成20年7月15日）(独)土木研究所 構造物メンテナンス研究センター 橋梁構造研究グループ／(株)高速道路総合技術研究所 道路研究部 橋梁研究室」では、「通常荷重＋地盤変位荷重には、レベル1地震時の地盤変位による杭頭の相対変位に対して照査を行う。常時の地盤変位荷重時に考慮する施工時地盤変位は、長期的には消散する傾向にあるため、水平支持力の照査指標から省かれている。」と記載されています。

 

以上より、常時においては、地盤変位荷重を載荷した状態に対する許容変位の照査は行っておりません。

斜杭の場合、基礎に作用する水平力に対して、杭軸方向の抵抗を考慮した計算が行われます。以下に、杭軸方向の抵抗を考慮した計算方法を説明します。

まず、本プログラムの計算方法を以下に示します。
(1)各杭の杭軸方向バネ定数Ｋvを算出する
(2)各杭の水平方向地盤反力係数ｋH分布を算出する
(3)(2)および杭体の曲げ剛性を用いて、各杭の杭軸直角方向バネ定数Ｋ1〜Ｋ4を算出する
(4)(1)および杭頭座標，斜角を用いて、道示�W(解12.7.2)のフーチング下面中心におけるバネマトリックスを作成する
(5)作用力と(4)を用いて、(解12.7.1)により原点変位を算出する
(6)(解12.7.4)により、各杭における杭頭の杭軸方向変位，杭軸直角方向変位を求める
(7)(解12.7.3)により、各杭における杭頭反力を求める
(8)杭1本の弾性床上梁モデルに杭頭の軸直角方向反力および曲げモーメントを載荷し、伝達マトリクス法により各杭の状態量分布（杭体曲げモーメント、せん断力分布等）を求める。

 

各杭ごとに、杭頭における杭軸直角方向のバネ定数Ｋ1〜Ｋ4を算出します。このとき、斜杭においては、斜角を考慮した実杭長を用いた計算を行うため、直杭とは異なる値となります。しかしながら、この影響は軽微であり、基礎の挙動に与える影響は僅かです。斜杭の影響は、上記(4)，(5)に考慮されます。
道示�W(P.379〜)の(解12.7.1)(解12.7.2)をご参照ください。
本プログラムでは、(解12.7.1)(解12.7.2)により基礎の原点における水平変位，鉛直変位，回転角を算出しておりますが、例えば、(解12.7.2)の水平方向バネ定数Axxは、
　Axx = K1・cos2θ + Kv・sin2θ
　ここに、
　　K1：杭頭部に回転を生じないようにして、杭頭部を杭軸直角方向に単位量だけ変位させるとき、杭頭部に作用させるべき杭軸直角方向力(kN/m)
　　θ：杭の斜角で直杭の場合0とする(rad)
　　Kv：杭軸方向バネ定数(kN/m)
として求まります。
直杭においてはsinθが0となるためKvは考慮されませんが、斜杭では、Kvを考慮した水平方向バネ定数が求まります。
したがって、杭軸方向力が考慮された計算となります。
Ayy等の他のバネ定数についても同様です。

本プログラムでは、中掘り工法（セメントミルク噴出撹拌方式），プレボーリング杭工法，鋼管ソイルセメント杭工法，回転杭工法における支持層を粘性土層とした場合、警告を表示し、砂質土層として算出しています。

 

道示の杭先端の極限支持力の算定は、下部構造編(P.357〜)に記載されていますが、中掘り工法（セメントミルク）では、「砂質系地盤のみに適用」と規定されています。また、プレボーリング工法や鋼管ソイルセメント杭工法では、砂層，砂れき層に対する極限支持力度の推定方法しか明示されておりません。回転杭工法は、「杭基礎設計便覧（平成19年1月）」(P.436〜)を参照していますが、同様に、砂層，砂れき層に対してのみ推定方法が明示されており、粘性土層を支持層とする場合の推定方法は示されていません。

 

このように、上記の工法においては、粘性土層における推定方法が明示されていない、あるいは粘性土層を支持層とすることを原則禁止するといった規定があることから、現行では、警告を表示し、砂質土層として算出しています。

結果一覧の安定計算，部材計算の出力は、それぞれの出力項目ごとに、許容値に対する計算値が最も厳しくなる荷重ケースを1つ抽出し、この荷重ケースの結果を出力しています。
例えば、安定計算においては、全荷重ケースについて、
(1)変位／許容変位量
(2)最大反力／許容支持力
(3)最小反力／許容引抜力
を求め、これらの許容比が最大となる荷重ケースを判定し、この荷重ケースの変位，最大反力，最小反力等を出力します。
変位，最大反力，最小反力ごとに最も厳しくなる値を抽出しているわけではないため、現行では、変位，最大反力，最小反力それぞれが最も厳しい値とはならないこともあります。

杭体応力度やその他の部材計算結果についても同様です。

場所打ち杭の断面変化位置の算定機能は、断面変化位置の目安を示すための機能であり、最終的には、この目安および荷重ケースごとの結果を参照し、設計者の方のご判断として決定していただくことを想定しています。
具体的には、
　1）「断面計算」画面で『断面変化位置を自動計算する』をチェックして計算を行う。
　2）算出された断面変化位置の目安および荷重ケースごとの結果を参照し、最終的な断面変化位置を決定する。
　3）1）のチェックを外し、「使用鉄筋」ページにて任意の断面変化位置，鉄筋径，本数等を設定する。（自動配筋を行った直後は、自動配筋結果が設定されています。）
　4）杭体応力度計算を行い、応力度が許容応力度以内となるまで諸元を変更する。
の手順を行っていただくようにしています。

 

上記の手順にて設計していただくことを想定しているため、断面変化位置を自動決定する場合、設計者の方が断面変化位置を決定するための参考となる情報を算出，出力しています。

具体的には、1/2Mmax発生位置や抵抗モーメントとの交点位置における応力度と許容応力度を算出，出力しており、これにより、これらの位置が許容応力度を満たしているかを判断できるようにしています。

これに対し、断面変化位置を直接指定する場合、各断面における最大曲げモーメント，最大せん断力による応力度照査結果を出力しており、決定された断面ごとの応力度が許容応力度を満たしていることを照査するようにしています。
よって、断面変化位置を自動計算する場合と直接指定する場合では、出力される杭体応力度が一致しないことがあります。

場所打ち杭の第1断面下端（第2断面上端）の段落とし位置は、杭基礎設計便覧(H19.1)2-6-6(P.200〜)を参照し、

(1)杭頭剛結の曲げモーメントの最大値
(2)杭頭ヒンジと仮定して算出した曲げモーメントの最大値
の大きい方をMmaxとしたとき、
�@杭頭剛結の曲げモーメント分布からMmaxの1/2となる位置
�A杭頭ヒンジの曲げモーメント分布からMmaxの1/2となる位置
を求め、�@，�Aの深い方を採用しています。

 

ただし、Ｍmaxは(1)杭頭剛結，(2)杭頭ヒンジの大きい方を用いていることから、例えば、(1)杭頭剛結の最大モーメントをＭmaxとしたとき、(2)杭頭ヒンジの最大モーメントが非常に小さくＭmaxの1/2未満となったとすると、(2)杭頭ヒンジについてはＭmaxの1/2となる位置を求めることができません。

このようなとき、本プログラムでは、Mmaxの1/2となる位置「Z」およびその位置のせん断力「S」に対しては横棒（−−−）を出力しています。

 

 

 

杭軸直角方向バネ定数Ｋ1〜Ｋ4は、杭頭の力と変位との関係を表したもので、道示�W12.6.2(P.375)の解説のように、杭1本のバネ値を示しています。杭頭の集約バネであり、ラーメン橋脚やBOXカルバートの断面方向のモデル化で杭を1本ごとに支点バネとして定義する際に用います。
これに対し、基礎バネは、道示�W12.7(P.380)(解12.7.2)により求まる基礎天端中心における杭基礎全体のバネ値を示しています。各杭のＫvやＫ1〜Ｋ4を集約して求めたもので、一般に、橋梁全体の骨組解析のように、杭基礎全体を一つの支点として定義する場合に用います。

 

また、上記のバネ値は、
・常時，地震時のα・Ｅo
・固有周期算定用の動的変形係数ＥD
のいずれかを用いて算出します。
α・Ｅoを用いて算出されたバネ値は、支承の水平移動量の算定などに用います。これに対し、ＥDを用いて算出されたバネ値は、固有周期を算定するために橋梁全体をモデル化する場合に用います。また、道示�X7.3.2(P.114)の記述、「基礎の変形の影響は、一般に基礎の抵抗を表すバネにより線形でモデル化してよい。ここで、基礎の抵抗を表すバネ定数は、式(解6.2.1)及び式(解6.2.2)による地盤反力係数の基準値を用いて式(解6.2.12)により算出してよい。」より、動的解析を行う場合の基礎の動的バネとしても用います。

 

以上のように、どのような解析モデルに使用するかにより必要とするバネ値が異なります。ご検討の照査内容を勘案し、下記のいずれかの値をご参照ください。

 

■地盤の変形係数α・Ｅoによるバネ値
・Ｋv
　「設計条件」−「バネ定数，許容支持力・引抜力，断面二次モーメント」
・Ｋ1〜Ｋ4
　「安定計算」−「杭軸直角方向バネ定数」
・基礎バネ
　「安定計算」−「杭基礎の剛性行列」

 

■動的変形係数ＥDによるバネ値
・Ｋv，Ｋ1〜Ｋ4
　「基礎バネ計算」−「杭軸直角方向バネ定数，杭軸方向バネ定数」
・基礎バネ
　「基礎バネ計算」−「固有周期算定用地盤バネ定数」

底版照査に用いる引張主鉄筋比は『断面図心位置から引張側にある主鉄筋の断面積の総和を全幅×有効高で除した値』として算出しております。
ｐt＝Ａs／(ｂ・ｄ)
ここに、
 Ａs：断面の図心位置から引張側にある主鉄筋の総和（mm2）
 ｂ：部材断面幅（＝全幅）(�o)
 ｄ：部材断面の有効高(�o）

本メニューは、杭基礎側の「予備計算」が実行されていない状態では選択できません。

本プログラムでは、Ver.8.04.00にて、「地層」−「Ｎ値」画面に測定点ごとのＮ値の入力を追加し、平均Ｎ値の推定および測定点ごと の詳細なＮ値を用いた液状化の判定が行えるように機能を拡張いたしました。
この機能では、「杭配置」画面が未入力の状態でも出力できるため杭の概略図は出力しておりませんが、その他の部分に関してはメイン画面の 「ファイル」メニューにある柱状図とほぼ同等の入力と出力が可能となっております。
以下は、操作方法の概略となります
　1.「地層データ」画面に入り「N値」タブを選択する
　2.「N値測定点を入力する」チェックボックスにチェックを入れ、深さとN値のデータを入力する
　　(※入力方法を「標高入力」に変更すれば測定点位置を標高で入力する事も可能です)
　3.「印刷」ボタンを押し出力を行う。(現行ではプリンタ出力のみに対応しております)

「地層データ」画面のヘルプボタンより開くヘルプも併せてご参照ください。

荷重変位曲線（作用水平力と上部構造慣性力作用位置の水平変位の関係をグラフ化したもの）を出力するために用いており、具体的には、上部構造慣性力作用位置での水平変位（＝基礎天端水平変位δo＋基礎天端回転角αo・ｈu）として算出しております。
以上より、ｈuは底版下面から上部構造慣性力作用位置までの高さを入力してください。

なお、荷重変位曲線のための入力であるため、ｈuを変更しても、基礎の安定計算に影響はありません。

釣合鉄筋量は、道示�W7.3(P.176)(2)において、次のように定義されています。
「釣合鉄筋量は、軸方向引張鉄筋が降伏点に達すると同時にコンクリートの縁圧縮ひずみがその終局圧縮ひずみに達するような引張鉄筋量とする。」

釣合鉄筋量の算出方法は以下のとおりです。
　a）引張側の最遠位置のひずみをεsy（鉄筋の降伏ひずみ）、コンクリート圧縮縁のひずみをεcu（終局圧縮ひずみ）として中立軸位置を求める。
　b）各位置のひずみを用いて、コンクリートの圧縮応力度の合力、および圧縮側鉄筋に生じる圧縮力を算出する。
　c）（作用軸力が0なので）コンクリートの圧縮力と圧縮鉄筋の圧縮力の合計値を、鉄筋の降伏点強度で除した面積を、釣り合い鉄筋量とする。
参考）道示�V4.2.4(P.141)では、次の様に定義されています。
「コンクリートの終局ひずみと引張鋼材の降伏ひずみが同時に生じる場合をつり合い状態といい、その時の引張鋼材量を終局つり合い鋼材量と呼ぶ。」
(解 4.2.5)を軸力が無い場合に変更すると以下のようになります。
Ａsb＝（ｂ・ｄ・0.68・εcu／（εcu＋εsy）・σck＋Ａs’・σs’）／σsy
この式ではコンクリートの応力度分布として「図-解4.2.3」（P.140）を用いるのに対し、本プログラムでは「図-解4.2.2」-「(c)」（P.140）の応力度分布を用いておりますが、この点を除けば（解4.2.5）と同じ方法です。

「底版前面水平抵抗」画面の『低減係数ＤEレベル2』に0.0を入力することで、液状化考慮時は底版前面水平抵抗を考慮しない状態となります。（※液状化無視時は底版前面水平抵抗を考慮します。）

「Ｍc＝Ｍuとなる鉄筋量」は、曲げモーメントの1.7倍がひびわれ曲げモーメントより大きくなるとき（1.7Ｍ＞Ｍcの関係となるとき）出力しています。

作用力直接指定によるレベル2地震時照査は、道示�X7.4(P.117)に記述されている「動的解析の結果，橋脚の挙動が弾性域にとどまる場合には，橋脚基部に生じる断面力を橋脚基礎に作用する地震力とみなして、6.4.7の規定に基づいて照査を行えばよい。」に対応したもので、入力された作用力に対して、基礎が降伏に達するか否かを計算しています。
現行では、上記の柱基部断面力を指定する方法の他、底版下面中心の作用力を直接与えて照査する方法も用意しております。
具体的な計算は、下記の初期作用力から全作用力まで、荷重を増加させながら計算を行い、全作用力時に基礎が降伏に達しないことを照査しています。

・初期作用力
　Ｖ＝Ｖp＋Ｖ’
　Ｈo＝Ｈ’・SW
　Ｍo＝Ｍ’・SW
　　慣性力の向きが正方向のとき、SW=1
　　慣性力の向きが負方向のとき、SW=−1
・全作用力
　Ｖ
　Ｈ＝Ｈp＋ＷF・ｋh＋Ｈ’・SW
　Ｍ＝Ｍp＋Ｈp・(底版厚)＋ＷF・ｈF・ｋh＋Ｍ’・SW
ここに、
　Ｖp：柱基部における鉛直力(kN)
　Ｈp：柱基部における水平力(kN)
　Ｍp：柱基部におけるモーメント(kN・m)
　Ｖ’：柱基部断面力以外の鉛直力(kN)
　Ｈ’：柱基部断面力以外の水平力(kN)
　Ｍ’：柱基部断面力以外のモーメント(kN・m)
　ｈ：頂版厚
　ｋh：地盤面の水平震度
計算方法につきましては、ヘルプの「計算理論及び照査の方法」−「杭基礎」−「レベル2地震時照査」−「基礎の耐力の照査」−「作用力を指定してレベル2地震時照査を行う」に記載しておりますので、ご参照くださいますようお願いいたします。

なお、作用力直接指定の場合、前述の通り、基礎の耐力照査（設定された全作用力を載荷したときに基礎が降伏に達しているか否か）のみを行っており、応答塑性率の照査は行いません。
詳しくは、ヘルプの「Ｑ＆Ａ」−「杭基礎」−「23.地震時保有水平耐力」−「Ｑ２３−３２」に詳しく記載しておりますのでご参照ください。

レベル2地震時照査では、杭前面地盤の非線形性を考慮した照査を行っておりますが、砂質地盤の水平地盤反力度の上限値は、道示�W(P.409)のとおり、最前列／2列目以降で異なり、2列目以降の上限値を1/2とします。

しかしながら、増し杭工法で既設杭の外側に増し杭が増設されたとき（全杭を考えたとき既設杭が最前列とならないとき）、既設杭の最前列の地盤反力度の上限値を1/2とするか否か、道示において明確な規定がありません。
したがって、本プログラムでは、既設杭の最前列の地盤反力度の上限値を1.0とするか、1/2とするかを選択していただくようにしております。

ここで、「上限値ｐHuの取扱い」に表示される「L／DE」は、「既設基礎の耐震補強技術の開発に関する共同研究報告書(その3)(平成14年9月)」の
・既設杭径DE／増し杭径DM≧3.4
・増し杭1列目から既設杭1列目までの距離L／既設杭径DE≧1.8
をいずれも満たすとき、既設杭の最前列の地盤反力度の上限値を低減せず1.0として評価してよいとの記述を参照し、参考値として表示しているもので、計算には用いておりません。

旧道路橋示方書�X(H8.12)の5.2(2)2)，11.1におきまして、「橋軸直角方向において橋脚躯体が設計水平震度に対して十分大きな終局水平耐力を有している場合」という記述があり、橋軸直角方向に限定して応答塑性率の照査を満足すればよいとされておりましたが、改訂後の道示�X(H14.3) 6.4.7(3)，12.1におきましては、『橋軸直角方向』との記述が削除されており、方向に依存せず、橋脚躯体が十分大きな水平耐力を有している場合は応答塑性率の照査を満足すればよいという記述となっております。
したがって、本プログラムでは、橋軸方向に対しても応答塑性率の照査を行っています。

杭基礎設計便覧(P.303の4行目)では、「仮想鉄筋コンクリート断面の降伏曲げモーメントの算定においては軸力Ｎを零とする。」と記載されております。
これより、仮想鉄筋コンクリート断面Ｍy算出用の軸力は「軸力＝０」で良いのではと思われますが、杭基礎設計便覧(P.303の5行目)に、「ただし、レベル2地震時の照査において、基礎に主たる塑性化を考慮する場合は・・・・」と記載されております。
取り方によっては、(P.303の4行目)の「軸力Ｎを零とする。」は「基礎に主たる塑性化を考慮しない」場合に対してと読み取ることもできます。
以上より、杭基礎設計便覧では軸力の取扱いが詳しく明記されておりませんので、本プログラムは、
　(1)降伏判定用
　(2)基礎に主たる塑性化を考慮するとき
　(3)基礎に主たる塑性化を考慮しないとき
に用いる仮想鉄筋コンクリート断面Ｍy算出用の軸力を選択していただく仕様としております。
杭基礎設計便覧をご参照いただき、最終的には設計者の方のご判断により選択してください。

レベル2地震時照査につきましては、次の手順にて入力，計算を行ってください。

1）「底版設計」−「計算条件」画面の【連続フーチングの柱間照査】で『連続フーチングの柱間照査＝する』と指定する。
2）レベル2地震時の安定計算を行う。
3）「計算・結果確認」−「底版照査（レベル2）」結果確認画面を開き、「Ｘ方向」−「柱基部断面力」で、断面照査時の『柱基部断面力』を入力する。
4）同画面の「曲げ照査」，「せん断照査」に移動し、照査結果を確認する。

なお、連続フーチング柱間レベル2地震時照査を行うには、底版自重，上載土重量，浮力，杭頭反力，および部材照査時の各柱基部の作用力が必要となりますが、例えば、ラーメン橋脚において柱基部断面力を算出する際に部材の曲げ剛性等をどのように評価して算出すべきか基準類に明示されておらず、また、本プログラムには多柱式橋脚そのものの設計機能がありませんので、設計者の方のご判断により別途算出された部材照査時の荷重状態における柱基部断面力を直接入力していただくようにしております。
部材照査時の荷重状態は次のとおりです。
・基礎が降伏に達しなかったとき：最終震度時
・基礎が降伏に達して応答塑性率照査を行わないとき：基礎降伏時
・基礎が降伏に達して応答塑性率照査を行ったとき：応答変位時

詳しくは、各入力画面，結果確認画面の［ヘルプ］をご参照ください。

杭間隔÷杭径は、道示�W12.10.4の解12.10.8(P.409)の
　ηp・αp＝荷重載荷直角方向の杭の中心間隔／杭径
を指しており、次に示される、砂質地盤の群杭効果を考慮した水平地盤反力度の上限値の補正に用いられます。
ｐHu＝ηp・αp・ｐu
ここに、
ｐHu：水平地盤反力度の上限値
ｐu：地震時の受働土圧強度

杭間隔÷杭径が異なった場合、水平地盤反力度の上限値が変わるため、杭前面地盤に塑性化領域が生じるケースでは、杭前面地盤抵抗が異なり、基礎の挙動に影響を与えます。
詳しくは、上記道示をご参照くださいますようお願いいたします。

本プログラムでは、水平地盤で杭径，杭長が全杭同一となるとき、全杭の結果は出力せず、条件が同一となる杭をまとめ (1)杭，(2)杭・・・として結果出力を行っています。
(1)杭，(2)杭の分け方については下記説明をご参照ください。

杭体のＭ−φ関係，水平地盤反力度の上限値が同一の杭の場合、レベル2地震時照査結果は、杭頭から杭先端までの杭体状態量（曲げモーメント，せん断力，変位）分布が同じになります。これに対し、杭体のＭ−φ関係，水平地盤反力度の上限値が異なる杭の杭体状態量分布は異なります。
本プログラムでは、杭体状態量分布が同一となる杭を同一タイプとし、このタイプ番号を(1)杭，(2)杭，・・・としています。

例えば、道示�W12.10.4に記述されていますように、コンクリート杭の場合、杭体のＭ−φ関係は
　(A)図心より押込み側（軸力＝死荷重時反力）
　(B)図心位置および引抜き側（軸力＝0.0）
で異なります。
また、水平地盤反力度の上限値は
　(a)最前列
　(b)2列目以降
で異なります。
これらを組み合せる事により、
　(1)杭：最前列の杭
　　・Ｍ−φ関係：(A)図心より押込み側（軸力＝死荷重時反力）
　　・地盤反力度の上限値：(a)最前列
　(2)杭：2〜3列目の杭
　　・Ｍ−φ関係：(B)図心位置および引抜き側（軸力＝0.0）
　　・地盤反力度の上限値：(b)2列目以降
のようにタイプが割り振られます。

計算書の「レベル2地震時の照査」−「荷重変位曲線」の出力において、(1)杭，(2)杭の説明を出力しております。また、「液状化無視／考慮，地震動タイプ�T／�U，水位無視／考慮」の出力に、それぞれのタイプ番号に該当する杭を杭配置図で図示しておりますので、こちらでご確認くださいますようお願いいたします。

平成8年道示�W10.9.3(P.371)において、「仮想鉄筋コンクリート断面の耐力は，杭本体と同程度以上とするのが望ましい。」という記述が追加されました。
また、その後、平成9年に発刊された「道路橋の耐震設計に関する資料社団法人日本道路協会」(P.4-33)において、「したがって、杭頭部における杭体の曲げモーメントＭ−曲率φの関係としては鋼管杭と結合部の仮想鉄筋コンクリート断面のうち降伏曲げモーメントの小さい方を用いる必要がある。ただし、杭基礎全体の耐力を向上させるという観点から、仮想鉄筋コンクリート断面の耐力は、配筋上制約のない範囲内で鋼管杭本体の耐力以上とするのが望ましい。」との記述が記載されています。

上記の道示および青本の記述は、仮想鉄筋コンクリート断面の耐力を杭体と同程度以上とした設計を行うことを期待するが、仮想鉄筋コンクリート断面の耐力を杭体以上とすることができない場合、その小さい方を用いて基礎の降伏判定を行う必要があることを示しております。
本プログラムでは、上記を参照し、杭頭部の降伏判定には、仮想鉄筋コンクリート断面の耐力と杭体の耐力のうち小さい方を用いています。

なお、平成19年1月に発刊された杭基礎設計便覧において、レベル2地震時における杭頭部の照査方法が明確に規定されました。
よって、現行では、杭基礎設計便覧に準じた杭頭部の照査を満足すれば、仮想鉄筋コンクリート断面の耐力を用いて降伏判定を行うケースは少ないものと考えられます。
ただし、例えば既設照査等においては、必ずしも杭頭部の耐力が杭体と同程度以上となっていないことが考えられます。この場合、前述の青本の記述が適用され、仮想鉄筋コンクリート断面の耐力を用いて降伏判定が行われます。

本プログラムのレベル2地震時照査では、基礎が降伏に達したとき、降伏に達した状態の結果を表示，出力しています。

道示�X12.3(P.217)に記述されていますように、杭基礎の降伏は、
　(1)全ての杭において杭体が降伏する。
　(2)一列の杭の杭頭反力が押込み支持力の上限値に達する。
のいずれかに最初に達する状態となります。

本ケースの場合、上記の(1)に該当しています。
3列目の最大曲げモーメントが制限値（降伏曲げモーメントＭy）に達しても、1，2列目の杭列がＭyに達していない場合、基礎が降伏したとは判断せずさらに水平震度を増加させて計算を行います。
最終的には、「全ての杭において杭体が降伏する」、つまり1，2列目の杭列がＭyに達して初めて基礎が降伏したと判断され、この状態を降伏時の状態として表示，出力します。
よって、1，2列目の杭列はＭyと一致し、3列目については制限値を超えた状態となっています。

「レベル2地震時基本条件」−「基本条件（共通）」画面の『ｋhG』は、道示�X6.4.3（P.89〜）の「ｋhg＝Ｃz・ｋhgo」を入力して下さい。

初期作用力，全作用力とは、次の荷重を示しています。

■初期作用力
初期作用力とは、死荷重時（慣性力が作用しない状態）における底版下面中心の作用力となります。
なお、初期水平力，初期モーメントは通常0となりますが、柱中心位置と底版下面中心位置が一致していない、橋脚形状，上部工反力が左右非対称で偏心モーメントが生ずる、死荷重時に水平力が作用している等により発生する荷重がある場合、入力してください。
■全作用力
慣性力が作用した状態における底版下面中心の全荷重となります。
「柱基部断面力」を指定する場合であれば、指定した柱基部断面力より底版下面中心の全作用力を内部計算し、この作用力を用いて照査します。これに対し、「底版下面作用力」を指定する場合であれば、底版下面中心に作用する荷重を直接指定してください。

以下の条件にて算出しております。
・コンクリートの応力度−ひずみ曲線：道示�V図−4.2.2
・鉄筋の応力度−ひずみ曲線：道示�V図−4.2.3(a)
・考慮する鉄筋：引張側のみ（圧縮側鉄筋無視）

本プログラムでは、上記の条件にて、中立軸を仮定し各要素の応力度を積分し軸力を求め、作用軸力（底版の場合は０）と比較することで最終的な中立軸位置を求める（中立軸を移動し計算を繰り返す）という収束計算を行っています。

本警告は、軸力変動を考慮したレベル2地震時照査を行う場合に表示されます。

本プログラムでは、レベル2地震時照査を荷重増分法により行っており、「レベル 2地震時基本条件」−「基本条件（共通）」画面の『分割数』より、水平震度0.0から最終水平震度までを何分割して計算するかを入力していただき、死荷重時から最終水平震度まで水平震度を増加させながら計算を行います。
軸力変動を考慮した照査では、この分割されたステップごとに、各杭列の杭頭反力を軸力としてＭ−φ関係を再定義し、より厳密に杭体の曲げ剛性を評価した照査を行います。
ただし、レベル2地震動による慣性力を考慮した杭頭反力を軸力とするため、慣性力が作用する押込み側では軸力が非常に大きくなり、逆に引抜き側では引抜き力（負値の軸力）が生じます。
通常の設計では、死荷重時あるいは軸力を零としてＭ−φ関係を算出しますが、上記の通り、軸力変動を考慮する場合、大きな押込み力，引抜き力を軸力とするため、軸力が範囲外となりＭ−φ関係を算出することができず、Ｍｃ＜Ｍｙ＜Ｍｕ，φc＜φy＜φuの関係とならない場合や、Ｍ−φ関係が負値となるケースが生じます。
本プログラムでは、このようなケースの時、計算を中断し、計算不能としております。

なお、計算書の詳細出力である「レベル2地震時の照査」−「液状化無視／考慮・地震動タイプ�T／�U・浮力無視／考慮」の「・Ｍ−φ関係」により、計算不能となる直前の杭体のＭ−φ関係を確認することができます。

入力画面上の［ヘルプ］に記載しておりますように、有効長ｄはレベル2地震時照査時のＭ−φ算出に用いており、道示�X10.4(P.160〜)記述のｄを示しています。この値を入力してください。
なお、P.162には、「図-解10.4.1に示すように、円形断面の場合には、帯鉄筋によって拘束される内部コンクリートの直径を用いる」と記述されています。

杭頭鉛直反力PNiによる単位幅当たりの底版の曲げモーメントＭp1は、　
Ｍp1＝Σ(PNi・Xi)／L　　

Xi：照査断面から各杭中心までの距離(m)　
L：奥行き幅(m)
となります。
なお、計算書の「レベル2地震時の照査」−「底版照査」−「断面力算出」−「b)杭反力」の出力において、杭頭反力による曲げモーメントＭp1（鉛直反力），Ｍp2（水平反力），Ｍp3（モーメント）を出力しておりますので、ご参照ください。
（「断面力算出」で出力している照査位置は、平面図上でＹ方向は下から上，Ｘ方向は左から右の順に出力しております。）

本件につきましては、ヘルプの「計算理論及び照査の方法」−「杭基礎」−「レベル2地震時照査」−「基礎の非線形性を考慮した解析方法」−「底版照査」の『最小鉄筋量照査』に記載しておりますのでご参照ください。

「道路橋の耐震設計に関する資料(H.9.3)社団法人日本道路協会」の「2．鉄筋コンクリート橋脚を用いた場合の設計計算例」では、フーチングの最小鉄筋量照査は許容応力度法照査に対して行っており、地震時保有水平耐力法照査では行っておりません。
本プログラムでは、当初、この方法を参照し、橋台，橋脚ともにレベル2地震時では最小鉄筋量照査を行っておりませんでしたが、その後、複数のユーザ様から、レベル2地震時においても最小鉄筋量照査を行うことができるようにしてほしいとのご要望をいただき、「基礎の設計計算Ver.5，杭基礎の設計Ver.5 （Ver.5.00.01）」（2006/02/14リリース）において、「底版設計」−「計算条件」画面に照査の有無の選択を設けました。

このような経緯があり、本プログラムでは、最小鉄筋量照査を行うことができるようになっておりますが、文献，基準類等に照査が必要と明記されているわけではございませんので、最小鉄筋量照査を行うか否かにつきましては、設計者の方のご判断で決定してくださいますようお願いいたします。

『地盤面の水平震度ｋh』は、「底版慣性力」および「突出時の杭体慣性力」の算出に用いております。
底版下面中心における作用力を直接入力する場合は、突出時（底版下面〜耐震設計上の地盤面間）の杭体慣性力の算出のみに用いております。

杭基礎のレベル2地震時照査では、水平震度0.0〜Ｃz・ｋhcoを計算範囲としています。
橋脚に生じる応答が塑性域に達する場合は、ｋhp＜Ｃz・ｋhcoの関係のケースで、この場合、上部構造および橋脚躯体の水平震度の上限はｋhpとしています。
一方、橋脚に生じる応答が弾性域にとどまる場合は、Ｃz・ｋhco＜ｋhpの関係のケースで、この場合、ｋhpではなく、Ｃz・ｋhcoまでを計算範囲としています。
本プログラムは、「レベル2地震時基本条件」画面上の［ヘルプ］に記載しておりますように、上記のとおり、0.0〜Ｃz・ｋhcoを計算範囲とし、上部構造および橋脚躯体の水平震度ｋhiは0.0≦ｋhi≦ｋhpの範囲でｋhi、ｋhp＜ｋhi≦Ｃz・ｋhcoの範囲でｋhpとしています。

　鉛直力　Ｖ＝Ｖo
　1)0.0≦ｋhi≦ｋhpのとき
　　水平力　　　Ｈ＝（Ｗu＋Ｗp）・ｋhi＋ＷF・ｋhG・（ｋhi／Ｃz・ｋhco）＋Ｈd
　　モーメント　Ｍ＝（Ｗu・ｈu＋Ｗp・ｈp）・ｋhi＋ＷF・ｈF・ｋhG・（ｋhi／Ｃz・ｋhco）＋Ｍd
　2)ｋhp＜ｋhi≦Ｃz・ｋhcoのとき
　　水平力　　　Ｈ＝（Ｗu＋Ｗp）・ｋhp＋ＷF・ｋhG・（ｋhi／Ｃz・ｋhco）＋Ｈd
　　モーメント　Ｍ＝（Ｗu・ｈu＋Ｗp・ｈp）・ｋhp＋ＷF・ｈF・ｋhG・（ｋhi／Ｃz・ｋhco）＋Ｍd

計算書の「レベル2地震時の照査」−「底版照査」−「断面力算出」の『照査位置』は、　Ｙ方向：平面図上で下からの距離　Ｘ方向：平面図上で左からの距離となります。

応答塑性率の照査は、橋脚が十分大きな終局水平耐力を有している場合、あるいは液状化が生じる場合に行うことが可能ですが、「橋脚の設計」，「基礎の設計計算，杭基礎の設計」との連動時、橋脚の水平耐力に余裕があるか否かは、「橋脚の設計」側で自動的に判定され、これを任意に変更することはできません。
したがって、この場合、基礎単独設計にてご検討いただくことになります。
基礎単独設計であれば、「レベル2地震時基本条件」−「基本条件（共通）」画面の「橋脚の終局水平耐力」により、橋脚の終局水平耐力に大きな余裕があるか否かを変更することができるため、便宜的に「余裕がある」と設定することにより、基礎が降伏に達した場合、応答塑性率の照査，応答変位の照査を行うことが可能となります。

なお、基礎単独設計を行うには、
�@橋脚連動時に基礎側メニューの「ファイル」−「名前を付けて保存」より基礎単独ファイル(*.F8F)を保存し、保存したファイルを読み込む。
�A 基礎単独にて起動し、新規作成状態から「地層」，「基本条件」，「形状」，「予備計算」までを設定したあと、橋脚側のメニューの「ファイル」−「基礎連動用XMLファイル」より連動ファイルをエクスポートし、基礎側のメニューの「ファイル」−「橋脚連動用XMLファイル」よりインポートすることにより、基礎の設計に必要な柱形状，作用力，設計水平震度等を読み込む。
のいずれかの方法にて行ってください。

本プログラムの杭基礎レベル2地震時照査は、プッシュオーバー解析として荷重増分法を採用しており、これは作用力を直接指定する場合においても同様です。
具体的には、死荷重時から全作用力まで、徐々に荷重を増加させながら地盤および杭部材の非線形性を考慮した計算を行っています。

盛りこぼし橋台は、「設計要領第二集 橋梁建設編 4章基礎構造（平成18年4月）NEXCO」に準じた設計法で、杭の変形性能の照査として、全杭体の曲率が許容曲率塑性率以下となることを照査します。
これに対し、杭頭仮想鉄筋コンクリート断面の照査方法は、「杭基礎設計便覧（平成19年1月）社団法人日本道路協会」(P.303〜)に規定された設計法で、基礎に主たる塑性化を考慮するか否かにより、
■基礎に主たる塑性化を考慮する場合
　杭体の降伏曲げモーメント≦仮想鉄筋コンクリート断面の降伏曲げモーメント
■基礎に主たる塑性化を考慮しない場合
　杭頭発生曲げモーメント≦仮想鉄筋コンクリート断面の降伏曲げモーメント
として照査します。
両者は基本的な設計方法が異なっており、盛りこぼし橋台に対し、単純に仮想鉄筋コンクリート断面の降伏曲げモーメントと杭体の降伏曲げモーメントまたは杭頭発生曲げモーメントと比較することにより照査してもよいか判断することができません。
また、盛りこぼし橋台では、全ての杭において杭体が塑性化し、道示の考え方によれば降伏するとみなされる状態となったとしても、杭の変形性能の照査を満足すればよいと規定されており、基礎に主たる塑性化を考慮するか否かは設計において考慮されていません。

以上のように、盛りこぼし橋台における杭頭部のレベル2地震時照査は、その照査方法が明確でないと判断されるため、現行では設計対象外としています。

本プログラムの杭基礎の安定計算は、基礎天端（杭頭）から杭先端までをモデル化しています。底版形状は、
・常時，レベル1地震時の作用力自動計算，
・底版照査（許容応力度法，レベル2地震時）
・「レベル2地震時基本条件」画面の底版重量の算出
に用いていますが、これらの計算，照査を行わなければ、底版形状の入力の必要はありません。
よって、本件につきましては、次のようにご対処ください。

 

■「計算条件」−「基本条件」画面
次のように設定します。
・作用力（常時，レベル1地震時）＝入力
・底版許容応力度法の照査＝しない
・底版レベル2地震時照査＝しない

 

■「底版形状」画面
入力せず、ツリービューの項目を未入力（項目がピンク色）の状態としたままとします。

 

■「レベル2地震時基本条件」画面

「基本条件（杭基礎）」タブにおいて、『ＷF』，『ｈF』，『Ｗs』，『ＷF’』を全て0.000と入力します。他の入力については、通常どおり指定します。
また、動的解析結果等により基礎に作用する荷重が別途求められている場合、「基本条件（共通）」タブの「作用力を指定してレベル2地震時照査を行う」を「する（底版下面作用力）」とした上で、「基本条件（杭基礎）」タブの初期作用力／全作用力に荷重を直接入力します。

本プログラムの液状化の判定は、Ｎ値測定点に対して行っております。

層ごとの液状化の判定は、層としてのＦL値（液状化に対する抵抗率）が1.0以下であるか否かではなく、層内に液状化すると判定されるＮ値測定点が存在しているか否かにより判断しています。
よって、層ごとの液状化の判定結果は、当該層に液状化すると判定される測定点が存在するか否かを示す目安として出力していることになります。

なお、層ごとのＦL値は、層内の全測定点のＦL値の平均としており、これは土質定数の低減係数の算定にのみ用いています。
この平均ＦLを用いて層としての液状化の判定を行った場合、特に層厚が大きい場合において、液状化する測定点が存在するにもかかわらず、液状化しないと判定されるケースが生じるため、現行では、層ごとの平均FLを用いた液状化の判定は行っておりません。

本プログラムでは、道示�X8.2.1(P.120)の記述、
　「8.2.2の規定により耐震設計上ごく軟弱な土層と判定された土層，又は，8.2.3の規定により橋に影響を与える液状化が生じると判定された砂質土層については、8.2.4の規定により耐震設計上土質定数を低減させるものとする。」
に準じ、
　1）ごく軟弱な土層と判定された土層
　2）液状化が生じると判定された土層
に対し、土質定数の低減係数を設定しています。

前述のスイッチ（SW）は、上記2）の液状化の判定に対する設定であるため、1）のごく軟弱な土層と判定される場合、SWの設定にかかわらず、土質定数の低減係数を零としています。

塑性指数Ｉp，10％粒径Ｄ10は、いずれも、液状化の判定を行う必要のある砂質土層であるか否かの判定に用いています。
具体的には、道示�X耐震設計編8.2.3(P.121〜)(1)に記述されているＤ10，Ｉpを示しており、
■塑性指数Ｉp
「2）細粒分含有率ＦCが35％以下の土層，又は，ＦCが35％を超えても塑性指数Ｉpが15以下の土層」
■10％粒径Ｄ10
「3）平均粒径D50が10mm以下で，かつ，10％粒径Ｄ10が1mm以下である土層」
として判定しています。
したがって、Ｄ10，Ｉpをいずれも0.000と設定した場合、液状化の判定を行う必要のある砂質土層にもかかわらず判定が行われないケース、逆に、液状化の判定を行う必要がないにもかかわらず判定が行われるケースが生じる可能性があると考えられます。Ｄ10，Ｉpが正しく設定されているかご確認ください。

層ごとの液状化の判定は、層内に液状化すると判定されるＮ値測定点が存在しているか否かにより判断しており、層内に１点でも液状化する測定点が存在するとき、当該層は液状化すると判定されます。層としてのＦL値（液状化に対する抵抗率）により判断しているわけではありませんので、ＦL＞1.0であっても、液状化が生じると判定されるケースが生じます。

また、層としての土質定数の低減係数ＤEは、
・層内の全測定点の平均ＦL値
・層内の全測定点の平均Ｒ値あるいは最小となるＲ値のいずれか
を用いて道示�X表-8.2.1より算出しています。
動的せん断強度比Ｒは、「設計条件」画面での指定により、平均値か最小値を選択していただくようにしています。
なお、平均ＦL値は、各測定点が負担する範囲を考慮し、次のように求めています。（平均Ｒ値の求め方も同様です）。
　FL = Σ(FLi・Li)／ΣLi
　ここに、
　　FL：液状化に対する抵抗率の平均値
　　FLi：各測定点の液状化に対する抵抗率
　　Li　：各測定点が負担する層厚(m)