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문제 정의
- 본 연구는 콘크리트 세트앵커의 매입깊이, 앵커간격, 연단거리 등을 변수로 한 후설치 콘크리트 세트앵커의 인발파괴 실험을 통하여 무근콘크리트에 매입된 후설치 세트앵커의 인발거동에 미치는 영향을 규명하는 것을 그 목적으로 한다.
- 본 연구는 후설치 콘크리트 앵커의 일종으로 가장 경제적인 앵커로 알려져 있는 세트앵커의 인발파괴 거동에 미치는 변수의 영향을 분석하기 위해 실험을 하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
가설 설정
- 5hef 가정하고 있다. 앵커가 최대내력을 발휘하기 위하여 요구되는 앵커 간격은 ACI 349 설계기준에서는 2hef이며, CCD 설계방법에서는 3hef으로 가정하고 있다.
제안 방법
- 4m)을 이용하여 타설하였다. 배합조건으로는 일반적으로 사용되는 조건을 적용하기 위하여 설계기준 압축강도를 30MPa로 계획하였으며, 실제 측정한 28일 압축강도는 28.4MPa이었다. 물결합재비 (W/B)는 39%를 사용하였고, 앵커본체는 SS 400 탄소강을 사용하였으며, 직경 21.
- 본 실험은 후설치 콘크리트 세트앵커시스템에 대한 부분적 실험으로서 직경 16mm 국내산 세트앵커 (set anchor)를 사용하여 설계기준 압축강도 30MPa 콘크리트의 블록에서 인발실험을 수행하였다. Table 1은 실험체 일람표이며, 실험체 명명법은 다음과 같다.
- 세트앵커의 매입깊이 영향을 분석하기 위하여 변수로는 4가지 경우로 선정하였으며 앵커직경의 10, 8, 6, 4배의 깊이로 실험하였다.
- 세트앵커의 앵커 간격의 영향을 분석하기 위해 변수로 3가지 경우를 선정하였으며, 매입깊이의 2.0, 1.0, 0.5배의 간격으로 실험하였다.
- 세트앵커의 연단거리 영향을 분석하기 위해 변수로 3가지 경우를 선정하였으며, 매입깊이의 2.0, 1.0, 05배의 연단거리에 대해 실험하였다.
- 실험은 특수 제작된 지그 (jig)를 활용하여 앵커 상단을 지그 하부와 연결시키고, 지그의 상부는 다시 강봉을 이용하여 인장기와 연결하였다. 앵커의 가력방법은 반력판과 인장기 사이에 로드셀 (load cell)을 설치한 후 하이드로릭 펌프 (hydraulic hand pump)를 이용하여 재하하였으며, 앵커 뽐힘량을 측정하기 위해 100mm LVDT를 2곳에 부착하여 콘크리트 표면으로부터 인발량을 데이터로거를 이용하여 측정하였다 (Fig.
- 실험은 특수 제작된 지그 (jig)를 활용하여 앵커 상단을 지그 하부와 연결시키고, 지그의 상부는 다시 강봉을 이용하여 인장기와 연결하였다. 앵커의 가력방법은 반력판과 인장기 사이에 로드셀 (load cell)을 설치한 후 하이드로릭 펌프 (hydraulic hand pump)를 이용하여 재하하였으며, 앵커 뽐힘량을 측정하기 위해 100mm LVDT를 2곳에 부착하여 콘크리트 표면으로부터 인발량을 데이터로거를 이용하여 측정하였다 (Fig. 2).
- 17mm 일 때 측면에 발생하였던 균열 아래쪽에 가로방향으로 균열이 크게 발생한 것이 관찰되었다. 인발 하중 10.64kN 경과 변위 49.95mm일 때 매입된 앵커 구멍에서 양 옆으로 균열이 발생한 것을 관찰하였다. 인발 하중 6.
- 59mm일 때 매입된 앵커 구멍 좌측 대각선 아래쪽으로 균열이 발생한 것을 관찰하였다. 인발 하중 14.56kN, 변위 26.03mm일 때 매입된 앵커 구멍에서 좌, 우측으로 균열이 발생한 것을 관찰하였으며 좌측 균열은 가압판 바깥쪽까지 이어진 것을 관찰하였다. 뽑힘 파괴가 발생하였으며 균열이 많이 발생하였지만 앵커가 완전히 뽑히지 않았고 슬리브도 관찰되지 않았다.
- 11mm일 때 측면 중앙에 가로 방향으로 균열이 크게 발생한 것을 관찰하였다. 인발 하중 15.40kN 경과 변위 23.59mm일 때 매입된 앵커 구멍 좌측 대각선 아래쪽으로 균열이 발생한 것을 관찰하였다. 인발 하중 14.
- 16mm일 때 콘크리트에서 균열이 발생하는 소리가 들렸으며 동시에 좌측 가압판 바깥쪽으로 측면에 균열이 발생한 것을 관찰하였다. 인발 하중 20.16kN 변위 20.11mm일 때 측면 중앙에 가로 방향으로 균열이 크게 발생한 것을 관찰하였다. 인발 하중 15.
- 56mm일 때 콘크리트에서 균열이 발생하는 소리가 크게 들렸으며 실험체 앞부 분에 균열이 발생하는 것을 관찰하였다. 인발 하중 22.68kN 경과 변위 54.52mm 매입된 앵커 구멍에서 위쪽과 좌측으로 균열이 발생하는 것을 관찰하였다. 뽑힘 및 콘크리트 파괴가 발생하면서 균열이 발생하였지만 앵커 완전히 뽑히지 않았고, 최대 인발 하중은 63.
- 28mm일 때 좌측 가압판 측면에 균열이 발생한 것을 관찰하였다. 인발 하중 24.36kN 경과 변위 18.16mm일 때 콘크리트에서 균열이 발생하는 소리가 들렸으며 동시에 좌측 가압판 바깥쪽으로 측면에 균열이 발생한 것을 관찰하였다. 인발 하중 24.
- 65mm였다. 인발 하중 27.72kN 경과 변위 27.28mm일 때 매입된 앵커 구멍 좌측 아래쪽으로 균열이 발생한 것을 관찰하였다. 인발 하중 19.
- 08mm였다. 인발 하중 29.12kN 경과 변위 17.28mm일 때 좌측 가압판 측면에 균열이 발생한 것을 관찰하였다. 인발 하중 24.
- 58mm일 때 매입된 앵커 구멍에서 아래쪽과 우측으로 균열이 발생하는 것을 관찰 하였다. 인발 하중 31.36kN 경과 변위 47.56mm일 때 콘크리트에서 균열이 발생하는 소리가 크게 들렸으며 실험체 앞부 분에 균열이 발생하는 것을 관찰하였다. 인발 하중 22.
- 06mm일 때 콘크리트에서 균열이 발생하는 소리가 들렸으나 외관상 균열은 발견되지 않았다. 인발 하중 36.96kN 경과 변위 12.68mm일 때 매입된 앵커 구멍 우측 위쪽으로 균열이 발 생한 것을 관찰하였다. 인발 하중 50.
- 70mm일때 콘크리트에서 균열이 발생하는 듯한 소리가 들렸지만 시각적으로 균열을 관찰하지는 못하였다. 인발 하중 37.24kN 경과 변위 44.58mm일 때 매입된 앵커 구멍에서 아래쪽과 우측으로 균열이 발생하는 것을 관찰 하였다. 인발 하중 31.
- 45mm일 때 콘크리트에서 균열이 발생하는 듯한 소리가 들렸으며 동시에 매입된 앵커 구멍에서 위쪽으로 발생하는 균열을 관찰하였다. 인발 하중 37.52kN 경과 변위 47.19mm일 때 콘크리트에서 균열이 발생하는 듯한 소리가 커졌으며 실험체 뒷부분으로 발생하는 균열을 관찰하였다. 인발 하중 42.
- 19mm일 때 콘크리트에서 균열이 발생하는 듯한 소리가 커졌으며 실험체 뒷부분으로 발생하는 균열을 관찰하였다. 인발 하중 42.00kN 경과 변위 50.28mm일 때 앵커 구멍에서 우측과 실험체 앞부분으로 발생하는 균열을 관찰하였다. 뽑힘 및 콘크리트 파괴가 발생하면서 균열이 발생하였지만 앵커 완전히 뽑히지 않았고 최대 인발 하중은 56.
- 두 번째 실험은 실험 전 상부에 돌출된 앵커 높이가 68mm이고 실험 후 앵커 높이가 130mm로 총 62mm 뽑혀 올라갔다. 인발 하중 43.20kN 경과 변위 2.78mm일 때 콘크리트 측면에 세로 방향으로 균열이 발생한 것을 관찰하였다. 최대 인발 하중 57.
- 30mm였다. 인발 하중 47.88kN 경과 변위 43.45mm일 때 콘크리트에서 균열이 발생하는 듯한 소리가 들렸으며 동시에 매입된 앵커 구멍에서 위쪽으로 발생하는 균열을 관찰하였다. 인발 하중 37.
- 42mm일 때 측면 중앙 위쪽에 세로방향으로 균열이 발생한 것을 관찰하였다. 인발 하중 58.52kN경과 변위 38.49mm일 때 측면에 기존 균열이 아래쪽으로 길어진 것을 관찰하였다. 인발 하중 54.
- 55mm일 때 평면 연단 끝에서 측면 쪽으로 세로 방향의 균열이 발생하는 것을 관찰하였다. 인발 하중 60.76kN, 변위 57.04mm일 때 기존의 균열이 아래 방향으로 길어진 것을 관찰하였으며 동시에 매입된 앵커 구멍 좌, 우측으로 발생하는 균열을 관찰하였다. 뽑힘 파괴가 발생하였고 균열이 발생하였다.
- 12mm였다. 인발 하중 63.56kN 경과 변위 21.42mm일 때 측면 중앙 위쪽에 세로방향으로 균열이 발생한 것을 관찰하였다. 인발 하중 58.
대상 데이터
- 같은 종류 두 번째 실험은 실험 전 상부에 돌출된 앵커 높이가 71mm이고 실험 후 앵커 높이가 131mm로 총 60mm 뽑혀 올라갔다. 인발 하중 10.
- 두 번째 실험은 실험 전 상부에 돌출된 앵커 높이가 102mm이고 실험 후 앵커 높이가 160mm로 총 58mm 뽑혀 올라갔다. 타격 전 슬리브 깊이가 25mm였고 타격 후 33mm로 총 8mm 내려갔다.
- 두 번째 실험은 실험 전 상부에 돌출된 앵커 높이가 68mm이고 실험 후 앵커 높이가 130mm로 총 62mm 뽑혀 올라갔다. 인발 하중 43.
- 두 번째 실험은 실험 전 상부에 돌출된 앵커 높이가 70mm이고 실험 후 앵커 높이가 130mm로 총 60mm 뽑혀 올라갔다. 최대 인발 하중 48.
- 두 번째 실험은 실험 전 상부에 돌출된 앵커 높이가 71mm이고 실험 후 앵커 높이가 131mm로 총 60mm 뽑혀 올라갔다. 타격전 슬리브 깊이가 57mm였고 타격 후 63mm로 총 6mm 내려갔다.
- 두 번째 실험의 경우는 실험 전 상부에 돌출된 앵커 높이가 90mm이고 실험 후 앵커 높이가 148mm로 총 58mm 뽑혀 올라갔다. 타격전에 슬리브 깊이가 86mm였고 타격 후 93mm로 총 7mm 내려갔다.
- 매입깊이가 앵커직경은 8배인 경우 실험 전 상부에 돌출된 앵커 높이가 71mm이고 실험 후 앵커 높이가 130mm로 총 59mm 뽑혀 올라갔다. 타격전 슬리브 깊이가 57mm였고 타격 후 63mm로 총 6mm 내려갔다.
- 4MPa이었다. 물결합재비 (W/B)는 39%를 사용하였고, 앵커본체는 SS 400 탄소강을 사용하였으며, 직경 21.5mm 드릴비트를 사용하여 앵커 구명을 천공하였다 (Fig. 1).
- 본 실험에서 앵커 매입깊이 변수는 4가지 경우로 실험하였으며 앵커 직경의 10배인 160mm, 8배인 128mm, 6배인 96mm, 4배인 64mm 이다. 앵커 간격 및 연단거리는 동일하게 매입깊이의 2배 256mm, 1배 128mm, 0.
- 세트앵커 매입깊이가 앵커직경의 10배 실험의 경우 실험 전 상부에 돌출된 앵커 높이가 92mm이고 실험 후 앵커 높이가 151mm로 총 59mm 뽑혀 올라갔다. 타격전 슬리브 깊이가 85mm였고 타격후 91mm로 총 6mm 내려갔다.
- 실험 (2)는 콘크리트 외부에 균열이 빨리 발생하며 최대하중이 가장 낮게 나타났다. 실험 (1)은 변위 21.33mm일 때 앵커가 완전히 뽑혔고 하중을 더 이상 받지 않았으며 콘크리트의 균열이 발생한 부분이 들리는 것을 관찰하였다. 실험 (2) 인발 하중 19.
- 28mm일 때 좌측 가압판 측면에 균열이 발생한 것을 관찰하였고 이후 하중이 급격하게 감소하였다. 실험 (1)은 변위 3.43mm일 때 측면 중앙에 세로 방향으로 균열이 발생한 것을 관찰하였다. 앵커, 슬리브가 콘크리트와 잘 부착 되어 함께 뽑혀 올라오면서 변위 41.
- 6은 T16-08-10-20-a 실험체의 실험 (1), 실험 (2)의 결과를 비교 분석하여 곡선으로 낸 것이다. 실험 (1)은 앵커 구멍에서 길이 64mm 균열이 발생하였다. 실험 (2)는 실험(1)보다 앵커, 슬리브가 콘크리트와 잘 부착되어 함께 뽑히는 결과를 보였으며 최대하중도 더 크게 나타났다.
- 40mm였다. 인발 하중 29.68kN 경과 변위 11.99mm일 매입된 앵커 구멍 위쪽으로 균열이 발생한 것을 관찰하였다. 인발 하중 23.
- 5배인 경우 실험 전 상부에 돌출된 앵커 높이가 70mm이고 실험 후 앵커 높이가 131mm로 총 61mm 뽑혀 올라갔다. 인발 하중 44.24kN, 변위 3.43mm일 때 측면 중앙에 세로 방향으로 균열이 발생한 것을 관찰하였다. 최대 인발 하중 57.
- 61mm일때 측면에 처음 발생하였던 균열이 평면 쪽으로 이어진 것을 관찰하였다. 인발 하중 51.80kN,변위 53.82mm일 때 평면에 기존 균열이 매입된 앵커 구멍 아래쪽으로 이어진 것을 관찰하였다. 뽑힘 파괴가 발생하였으며 균열이 발생하였지만 균열이 크지 않고 앵커도 완전히 뽑히지 않았다.
- 직육면체의 콘크리트 앵커 실험체를 거푸집 (2.6m×2.0m×0.4m)을 이용하여 타설하였다.
이론/모형
- 본 실험시편은 앵커의 기본형 실험체에 따라서 계획되었다. 미국의 ACI 349 설계기준에서는 앵커가 최대내력을 발휘하기 위하여 요구되는 연단거리를 1hef로 가정하고 있으며, 독일 등 유럽에서 제시하고 있는 CCD 설계방법에서는 1.
성능/효과
- 89% 정도의 차이를 보였고, 매입깊이 변수 6배에서는 균열이 발생하였다. 매입깊이 변수 4배의 최대 인발 하중은 45.36kN이며, 10배의 경우와 비교하면 약 38.17% 정도의 차이를 보였다.
- 38mm일 때 좌측 가압판 바깥쪽으로 평면과 측면에 균열이 발생한 것을 관찰하였다. 뽑힘 파괴가 발생하였고 균열이 많이 발생 하였지만 앵커가 완전히 뽑히지 않았으며, 최대 인발 하중은 57.40kN, 변위 7.97mm로 나타났다.
- 75mm였다. 뽑힘 파괴가 발생하였지만 균열이 발생하지 않고 앵커도 완전히 뽑히지 않았으며, 최대 인발 하중은 70.00kN 변위는 10.93mm로 나타났다.
- 19mm였다. 뽑힘 파괴가 발생하였지만 균열이 발생하지 않고 앵커도 완전히 뽑히지 않았으며, 최대 인발 하중은 76.72kN 변위는 10.33mm로 나타났다.
- 5는 T16-06-20-20-a 실험체의 실험 (1), 실험 (2)의 결과를 비교 분석하여 곡선으로 낸 것이다. 실험 (1)은 실험 (2) 보다 균열이 빨리 발생하였지만 앵커, 슬리브가 콘크리트와 잘 부착 되어 함께 뽑히는 결과를 보였으며 최대하중도 더 크게 나타났다. 실험 (2)는 변위 43.
- 두 실험모두 뽑힘 파괴가 발생하였지만 균열이 발생 하지 않았고 앵커가 완전히 뽑히지 않았다. 실험 (1)은 실험 (2) 보다 앵커, 슬리브가 콘크리트와 잘 부착 되어 함께 뽑히는 결과를 보였으며 최대하중도 크게 나타났다.
- 3과 같다. 실험 (1)은 실험 (2) 보다 앵커, 슬리브가 콘크리트와 잘 부착 되어 함께 뽑히는 결과를 보였으며 최대하중이 약 19% 더 크게 나타났다.
- 33mm일 때 앵커가 완전히 뽑혔고 하중을 더 이상 받지 않았으며 콘크리트의 균열이 발생한 부분이 들리는 것을 관찰하였다. 실험 (2) 인발 하중 19.88kN 경과 변위 29.86mm일 때 콘크리트에서 소리가 들렸으며 앵커 구멍 아래쪽과 실험체 앞부분에 균열이 관찰 되었고 하중이 급격하게 감소하였다. 실험(2)는 실험 (1)보다 앵커, 슬리브가 콘크리트와 잘 부착되어 함께 뽑히는 결과를 보였으며 최대하중도 더 크게 나타났다.
- 7은 T16-08-20-10-a 실험체의 실험 (1), 실험 (2)의 결과를 비교 분석하여 곡선으로 낸 것이다. 실험 (2)는 균열이 빨리 발생하였지만 실험 (1) 보다 앵커, 슬리브가 콘크리트와 잘 부착 되어 함께 뽑히는 결과를 보였으며 최대하중도 더 크게 나타났다. 실험 (1)은 앵커가 뽑혀 올라오다가 다시 앵커, 슬리브가 콘크리트와 잘 부착 되어 함께 뽑혀 올라오면서 하중이 다시 높게 증가하면서 균열이 발생하였다.
- 실험 (1)은 실험 (2) 보다 균열이 빨리 발생하였지만 앵커, 슬리브가 콘크리트와 잘 부착 되어 함께 뽑히는 결과를 보였으며 최대하중도 더 크게 나타났다. 실험 (2)는 변위 43.45mm일 때 균열이 발생하면서 하중이 감소하기 시작하였다.
- 86mm일 때 콘크리트에서 소리가 들렸으며 앵커 구멍 아래쪽과 실험체 앞부분에 균열이 관찰 되었고 하중이 급격하게 감소하였다. 실험(2)는 실험 (1)보다 앵커, 슬리브가 콘크리트와 잘 부착되어 함께 뽑히는 결과를 보였으며 최대하중도 더 크게 나타났다.
- 타격전 슬리브 깊이가 25mm였고 타격 후 34mm로 총 9mm 내려갔다. 실험 후 슬리브 깊이가 24mm로 총 10mm 뽑혀 올라갔으며 하중 13.44kN 경과 변위 0.48mm일 때 앵커 본체가 슬리브 내부로 슬립현상이 일어났으며 이 현상은 인발 하중 25.48kN 경과 변위 1.16mm까지 발생하였다. 인발 하중 63.
- 타격 전 슬리브 깊이가 25mm였고 타격 후 33mm로 총 8mm 내려갔다. 실험 후 슬리브 깊이가 25mm로 총 8mm 뽑혀 올라갔으며 인발 하중 22.68kN 경과 변위 0.99mm 앵커 본체가 슬리브 내부로 삽입되는 현상이 발생한 것으로 추정된다. 이 현상은 인발 하중 49.
- 타격전 슬리브 깊이가 57mm였고 타격 후 63mm로 총 6mm 내려갔다. 실험 후 슬리브 깊이가 54mm로 총 9mm 뽑혀 올라갔으며 최대 인발 하중이 73.08kN일 때 변위 15.89mm였다. 인발 하중 73.
- 86mm일 때 콘크리트에서 소리가 들렸으며 앵커 구멍 아래쪽과 실험체 앞부분에 균열이 관찰 되었고 하중이 급격하게 감소하였다. 실험(2)는 실험 (1)보다 앵커, 슬리브가 콘크리트와 잘 부착되어 함께 뽑히는 결과를 보였으며 최대하중도 더 크게 나타났다.
- 43mm일 때 측면 중앙에 세로 방향으로 균열이 발생한 것을 관찰하였다. 앵커, 슬리브가 콘크리트와 잘 부착 되어 함께 뽑혀 올라오면서 변위 41.17mm일 때 측면에 발생하였던 균열 아래쪽에 가로방향으로 균열이 더 크게 발생한 것을 관찰하였으며 하중이 급격하게 감소하였다.
- 44% 정도의 차이를 보였다. 연단 거리 변수 0.5배의 최대 인발 하중이 57.26kN이며, 2배의 경우와 비교해 보았을 때 약 13.53% 정도의 차이를 보였지만 연단 거리 변수 1배보다 균열이 많이 발생하였으며 최대 인발 하중 때의 변위는 다소 작게 나타났다.
- 49mm일 때 측면에 기존 균열이 아래쪽으로 길어진 것을 관찰하였다. 인발 하중 54.60kN, 변위 44.61mm일때 측면에 처음 발생하였던 균열이 평면 쪽으로 이어진 것을 관찰하였다. 인발 하중 51.
- 86mm일 때 슬리브와 앵커 본체가 같이 뽑혀 올라오는 현상이 발생했다. 인발 하중 68.04kN, 변위 44.55mm일 때 평면 연단 끝에서 측면 쪽으로 세로 방향의 균열이 발생하는 것을 관찰하였다. 인발 하중 60.
- 후설치 세트앵커의 앵커간격 및 연단거리에 따른 영향은 앵커 간격 변수 2배인 경우 최대 인발 하중이 66.22kN일 때 1배의 최대 인발 하중은 61.47kN이며, 이를 비교해 보았을때 약 7.17% 정도의 차이를 보였다. 앵커 간격 변수 0.
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