[논문]전단 하중을 경험한 후설치 고전단 링앵커의 인장 강도

전상현; 천성철; 김재열

doi:10.9712/kass.2018.18.4.61

전단 하중을 경험한 후설치 고전단 링앵커의 인장 강도
Tensile Strength of Post-Installed High-Shear Ring Anchors (HRA) After Shear Loading 원문보기

한국공간구조학회논문집 = Journal of the Korean Association for Spatial Structures, v.18 no.4, 2018년, pp.61 - 68

전상현 (협성대학교 건축공학과) , 천성철 (인천대학교 건축공학전공) , 김재열 (협성대학교 건축공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Tensile load tests were conducted on High-Shear Ring Anchors (HRAs) after shear load had been applied to the HRAs, which had been developed to reduce the number of the anchors. Test variables include the embedment length of the rod and the width of the specimens and a total of 12 specimens were tested. Test results show that the HRAs pulled out due to bond failure or steel failure occurred in case that the HRAs were installed to the members with 300mm or greater width and the embedment length of 160mm (the actual embedment of rod is 140mm) or deeper. Except 4 HRAs showing steel failure of rod, the minimum and average of test-to-prediction by ACI 318-14 ratios are 1.18 and 1.79, respectively. The tensile strength of HRAs, after shear load was applied to the HRAs, can be safely evaluated by the minimum among the concrete breakout strength and bond strength with the actual embedment length of the rod.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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가설 설정

전단력 가력 후 [Fig. 3 (b)]의 가력 장치도로 인장력을 가하였다. [Fig.
전단 실험 후 인장 실험을 실시하므로 균열 콘크리트로 가정하였다. 부착 강도 산정 시 부착 길이는 묻힘 깊이 h_ef에서 링 높이 20mm를 공제한 값으로 가정하였다. 모든 실험체에서 부착 강도가 콘크리트 파괴 강도보다 낮았다.
[Table 1]에 식 (1)과 식 (3)에 따른 예상 강도를 정리하였다. 전단 실험 후 인장 실험을 실시하므로 균열 콘크리트로 가정하였다. 부착 강도 산정 시 부착 길이는 묻힘 깊이 h_ef에서 링 높이 20mm를 공제한 값으로 가정하였다.

제안 방법

전용 천공 장비로 천공 후 접착제를 주입하고 고전단 링앵 커를 설치한 뒤 상온에서 양생하였다. 가력 실험은 제조사의 추천 양생 시간인 4시간(기온이 영상인 경우)⁷⁾이 충분히 지난 접착제 주입 7일 후 실시하였다.
하중은 센터홀 유압잭 전면에 연결된 로드셀로 계측하였다. 가력은 500kN 용량의 센터홀 유압잭을 사용하였으며, 최대 내력에 도달한 후 최대 내력의 85%로 하중이 저하될 때를 파괴로 정의하고 전단력을 제거하였다.
강재 링에 [Fig. 3 (a)] 의 가력 장치도로 전단력을 가하였다. 최대 내력 발현 후 85%로 하중이 저하되면 가력을 중단하였다.
고전단 링앵커에 전단력을 가하기 위하여 [Fig. 3 (a)]와 같이 돌출된 강재 링에 강재 가력판을 끼우고 여기에 연결된 강봉을 센터홀 유압 장비로 가력하였다. 가력 시 유압 장비 중심과 콘크리트 블럭의 반력 사이에 존재하는 편심 때문에 실험체 회전이 유발된다.
후설치 앵커의 설치 개소 축소를 목적으로 개발된 고전단 링앵커(High-Shear Ring Anchor, HRA)가 높은 수준의 전단 하중을 경험한 후 잔존하는 인장 강도를 실험적으로 평가하였다. 롯드의 묻힘 깊이와 실험체 폭을 변수로 12개 실험을 수행하였다. 실험의 결과로 다음의 결론을 얻었다.
그러나 기존 구조물 에 후설치되는 고전단 링앵커는 천공 작업의 어려움으로 최적의 묻힘 깊이 산정이 필요하다. 본 연구에서는 후설치된 고전단 링앵커에 전단력을 가한 후 인발 실험을 실시하여 묻힘 깊이와 부재 폭에 따른 인장 강도를 평가하였다.
링의 묻힘 깊이 20mm와 롯드 강재의 초과 강도를 고려하여 160mm를 최소 묻힘 깊이로 선정하였고, 이보다 긴 195mm와 250mm도 변수에 추가하였다. 실험체 종류는 6가지이며 동일한 실험을 2개씩 총 12개 실험을 수행하였다.
5]는 고전단 링앵커의 후설치 과정이다. 전용 천공 장비로 천공 후 접착제를 주입하고 고전단 링앵 커를 설치한 뒤 상온에서 양생하였다. 가력 실험은 제조사의 추천 양생 시간인 4시간(기온이 영상인 경우)⁷⁾이 충분히 지난 접착제 주입 7일 후 실시하였다.
기존 구조물을 모사하는 콘크리트 블럭은 최소 배근을 갖도록 설계하였다. 주철근은 상하부에 SD400 D13을 2가닥씩 배근하였으며, 스터럽은 SD400 D10을 250mm 간격으로 설치하였다.
후설치 앵커의 설치 개소 축소를 목적으로 개발된 고전단 링앵커(High-Shear Ring Anchor, HRA)가 높은 수준의 전단 하중을 경험한 후 잔존하는 인장 강도를 실험적으로 평가하였다. 롯드의 묻힘 깊이와 실험체 폭을 변수로 12개 실험을 수행하였다.
그러나 기존 구조물 에 후설치되는 고전단 링앵커는 천공 작업의 어려움으로 최적의 묻힘 깊이 산정이 필요하다. 본 연구에서는 후설치된 고전단 링앵커에 전단력을 가한 후 인발 실험을 실시하여 묻힘 깊이와 부재 폭에 따른 인장 강도를 평가하였다.

대상 데이터

8 등급 M16 롯드의 표준 설치 깊이는 125mm⁷⁾이다. 링의 묻힘 깊이 20mm와 롯드 강재의 초과 강도를 고려하여 160mm를 최소 묻힘 깊이로 선정하였고, 이보다 긴 195mm와 250mm도 변수에 추가하였다. 실험체 종류는 6가지이며 동일한 실험을 2개씩 총 12개 실험을 수행하였다.
실험 변수는 콘크리트 부재의 폭과 롯드 묻힘 깊이로 선정하였다. [Table 1]에 실험체별 실험 변수를 정리하였다.
설계 기준 압축 강도 27MPa 콘 크리트로 제작된 블럭에 고전단 링앵커가 후설치되었 다. 접착제는 HILTI의 HY 200이며, 5.8 등급의 롯드를 사용하였다. 상온(~40℃)에서 설계 기준 압축 강도27MPa 균열 콘크리트에 사용된 HY 200의 최대 설계 부착 강도는 4.
[Table 1]에 실험체별 실험 변수를 정리하였다. 폭이 좁은 보에 고전단 링앵커가 설치되는 상황을 가정하여 폭 300mm 실험체를 제작하였으며, 너비가 충분한 600mm 실험체도 추가하였다. HY 200 접착제로 설치되는 5.

이론/모형

는 앵커 지름이다. 자세한 사항은 ACI318-14²⁾를 참고한다.

성능/효과

2) 롯드 강재 파단이 발생된 4개를 제외하고, ACI 318-14에 따른 공칭 부착 강도 대비 계측된 인장 하중 비의 최소값은 1.18이며, 비의 평균은 1.79로 매우 높은 강도가 발현되었다.
3) 전단 하중에 의한 지압 파괴를 경험한 고전단 링앵커의 인장 강도는 콘크리트 파괴 강도와 링 묻힘 깊이를 제외한 실제 롯드 부착 길이로 계산한 부착 강도 중 작은 값으로 안전하게 평가할 수 있었다.
375MPa이다. 5.8 등급 M16 롯드의 평균 강재 파괴 인장 강도는 83.0kN이며, 평균 강재 파괴 전단 강도는 37.8kN⁷⁾이다.
이러한 현상은 예상 부착 강도 산정 시 특성 부착 강도로 제조사에서 제공한 값을 사용하였는데 실제 특성 부착 강도는 이보다 높기 때문으로 판단된다. 따라서 전단 하중에 의한 지압 파괴를 경험한 고전단 링앵커의 인장 강도는 콘크리트 파괴 강도와 링 묻힘 깊이를 제외한 실제 롯드 부착 길이로 계산한 부착 강도 중 작은 값으로 안전하게 평가할 수 있었다.
모든 실험체에서 부착 강도가 콘크리트 파괴 강도보다 낮았다. 롯드 강재 파단이 발생된 4개를 제외하고, 예상 인장 강도 대비 계 측된 인장 하중비의 최소값은 1.18이며, 비의 평균은 1.79로 매우 높은 강도가 발현되었다. 이러한 현상은 예상 부착 강도 산정 시 특성 부착 강도로 제조사에서 제공한 값을 사용하였는데 실제 특성 부착 강도는 이보다 높기 때문으로 판단된다.
부착 강도 산정 시 부착 길이는 묻힘 깊이 h_ef에서 링 높이 20mm를 공제한 값으로 가정하였다. 모든 실험체에서 부착 강도가 콘크리트 파괴 강도보다 낮았다.
실험일 콘크리트 표준 공시체 압축 강도는 평균 33.6MPa로 설계 강도 27MPa를 24% 상회하였다. 공시체 3개의 응력-변형률 곡선을 [Fig.
9]에 실험체 별 인장 하중 N_e을 정리하였다. 지압 파괴된 전단 실험 결과와 달리, 롯드 묻힘 깊이와 실험체 폭이 증가 함에 따라 인장 하중이 증가하는 경향을 보였다. 실험체별 최종 파괴 모습을 [Fig.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	후설치 앵커의 시공을 위해서 무엇이 필요한가?	기존 철근 콘크리트 구조물의 보강은 일반적으로 후설치 앵커로 새로운 보강 부재를 접합하여 이루어지며, 신구 구조물을 연결하는 후설치 앵커에는 주로 전단력이 작용한다. 후설치 앵커의 시공을 위해서는 천공 작업이 필요한데, 천공 작업의 시공성을 고려하여 16mm 이하 지름의 롯드(Rod) 앵커가 많이 사용 된다. 롯드 앵커는 시공이 단순하고 내력 평가 방법 1),2)이 명확하여 많이 사용되고 있으나, 앵커의 강재 파괴 강도가 낮아 다수의 앵커가 필요하다.
	롯드(Rod) 앵커의 장단점은 무엇인가?	후설치 앵커의 시공을 위해서는 천공 작업이 필요한데, 천공 작업의 시공성을 고려하여 16mm 이하 지름의 롯드(Rod) 앵커가 많이 사용 된다. 롯드 앵커는 시공이 단순하고 내력 평가 방법 1),2)이 명확하여 많이 사용되고 있으나, 앵커의 강재 파괴 강도가 낮아 다수의 앵커가 필요하다.
	기존 철근 콘크리트 구조물의 보강은 어떻게 이루어지는가?	기존 철근 콘크리트 구조물의 보강은 일반적으로 후설치 앵커로 새로운 보강 부재를 접합하여 이루어지며, 신구 구조물을 연결하는 후설치 앵커에는 주로 전단력이 작용한다. 후설치 앵커의 시공을 위해서는 천공 작업이 필요한데, 천공 작업의 시공성을 고려하여 16mm 이하 지름의 롯드(Rod) 앵커가 많이 사용 된다.

참고문헌 (8)

Korean Concrete Institute, "Concrete Design Code and Commentary", Kimoondang Publishing Company, pp.599, 2012.
ACI Committee 318. (2014). Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-14) and Commentary on Building Code Requirements for Structural Concrete(ACI 318R-14). USA: American Concrete Institute.
Incheon National University, SAMWOOIT, CheongWon Chemical Co. Ltd., Dongyang Structural Engineering & Remodeling Co. Ltd. (2015). Korea Patent No. 10-1674823. Republic of Korea: Korea Intellectual Property Office.
Chun, S. C., Kim, Y. H., Jeon, S. H., Kim, J. Y., & Oh, M. H., "Evaluation on Shear Strengths of Single High-Shear Ring Anchors", Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction, Vol.31, No.4, pp.29-38, 2015
Kim, M. G., Chun, S. C., Kim, Y. H., Sim, H. J., & Bae, M. S., "Shear Strength Evaluation on Multiple High-Shear Ring Anchors Using Shear Strength Model of a Single High-Shear Ring Anchor", Journal of the Korea Concrete Institute, Vol.28, No.4, pp.463-471, 2016

원문보기 상세보기
Fuchs, W., Eligehausen, R., & Breen, J. E., "Concrete Capacity Design (CCD) Approach for Fastening to Concrete", ACI Structural Journal, Vol.92, No.1, pp.73-94, 1995

상세보기
HILTI, "Anchor Fastening Technology Manual", HILTI, pp.363, 2017.
Wight, J. K., "Reinforced Concrete: Mechanics and Design", 7th ed., Pearson, pp.21-1168, 2015.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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