[논문]유한요소해석을 활용한 비틀림 제어 확장앵커의 비선형 인장거동 특성 분석

방진수; 윤일로; 권양수; 임홍재

doi:10.11112/jksmi.2020.24.4.91

유한요소해석을 활용한 비틀림 제어 확장앵커의 비선형 인장거동 특성 분석
Nonlinear Tensile Behavior Analysis of Torque-controlled Expansion Anchors Using Finite Element Analysis 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.24 no.4, 2020년, pp.91 - 99

방진수 (경북대학교 건설방재공학과) , 윤일로 (경북대학교 건설방재공학부) , 권양수 (한국수력원자력(주) 중앙연구원) , 임홍재 (부산대학교 사회환경시스템공학부)

초록
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콘크리트용 앵커볼트는 콘크리트 구조물에 대한 비구조요소의 정착에 주로 사용되고 있으며, 시공성의 이점에 따라 후설치앵커가 주로 사용되고 있다. 앵커의 저항 성능과 관련하여 콘크리트 쪼개짐 영향을 최소화하기 위한 위험 연단거리가 제시되고 있지만 실제 앵커의 경우 이상적인 연단거리를 확보하기 어렵다. 즉, 인장 하중에 따라 발생 가능한 콘크리트 쪼개짐 등 복합적인 요소가 포함된 앵커의 저항 성능과 인장 거동 특성을 파악하기 위함이 본 연구의 목적이다. 표준시험방법을 바탕으로 인장실험을 진행하고 도출된 하중-변위 결과 및 파괴 형상을 분석하였다. 위험 연단거리가 확보되지 않은 앵커의 경우 인장력에 의해 콘크리트 쪼갬 파괴가 동반된 파괴 모드가 도출되고 저항 특성은 강성 구간으로 분류된다. 또한, 실험체 구성 요소를 바탕으로 비선형 유한요소모델을 구성하였으며, 앵커 거동을 모사하기 위해 구속 조건 및 연결요소 조건에 따른 경계조건별 변수 해석을 수행하였다. 이에 따라 도출된 해석 결과는 콘크리트 내부 파괴 영향성 및 실제 앵커의 거동을 바탕으로 검증하여 범용구조해석 프로그램 내 경계조건을 통한 저항 메커니즘 적용이 가능한 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Post-installed anchors were widely used due to its workable benefits. Regarding the resistance performance of anchors, the critical edge distance is presented to minimize the impact of concrete splitting. In the case of actual anchors, however, it is difficult to obtain the ideal edge distance. The purpose of this study is to identify resistance performance and behavior characteristics that contain complex elements such as concrete crack occurring under tensile load. Tensile tests were conducted based on the standard method. Failure shape and the resistance characteristics that do not have the critical edge distance were derived by tensile load. Parametric analysis according to the boundary condition was performed to simulate the actual tensile behavior, through a nonlinear finite element model based on the specimen. Consequently therefore, verifying analysis results the resistance mechanism can be applied through boundary conditions.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1 Post-installed anchors: (a) adhesive anchor (b) undercut anchor (c) torque-controlled expansion anchors ((c1) sleeve-type and (c2) stud-type) and (d) drop-in type displacement-controlled expansion anchor (ACI-318, 2011)
그림 Fig. 2 Failure modes for anchors under tensile loading(ACI-355.2, 2007)
그림 Fig. 3 Preparation for tensile test of anchors
표 Table 1 Mix-proportion of concrete specimen
표 Table 2 Design strength of anchor by tensile loading
그림 Fig. 4 Failure mode of tensile test
그림 Fig. 5 Resistance capacity of anchors by tensile loading
표 Table 3 Results and failure mode of tensile test
그림 Fig. 6 Material model for concrete and steel
그림 Fig. 7 FE model of concrete and anchor
그림 Fig. 8 Analysis result of constraint model
그림 Fig. 9 Result of parameter study about connector model
그림 Fig. 10 Anaysis result of parameter determining the concrete breakout strength

AI 본문요약
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문제 정의

대상 앵커는 유럽 기술기준에 승인되어 발전플랜트 시설에 사용되는 비틀림 제어확장앵커 (Hilti, 2019)를 사용하였다. 계측된 하중-변위 곡선 및 파괴 형상을 통해 앵커의 저항 성능과 거동 특성을 파악하고자 하였다. 또한, 앵커의 해석적 분석을 위해 범용구조해석프로그램 ABAQUS 6.
앵커의 저항메커니즘을 완전 부착으로 가정하여 앵커의 인장 거동 경향성을 파악할 수 있다(Eriksson and Gasch, 2011). 본 연구에서는 비틀림 제어 확장앵커의 저항 방법을 경계조건을 통해 반영하고자 하였으며, 인장력에 대한 저항 성능과 전반적인 거동 특성을 확인하고자 하였다. 이를 위해 앵커와 콘크리트의 경계조건을 완전 부착 조건과 연결요소 조건으로 변수를 분류하였다.
본 연구에서는 위험 연단거리를 확보하지 못한 앵커의 인장거동 특성을 분석하고자 하였다. 이를 위해 인장 시 콘크리트 쪼갬의 간섭을 받을 수 있는 콘크리트 실험체를 구성하였다.
본 연구에서는 후설치 앵커 중 고중량 기기 정착에 사용되는 비틀림 제어 확장앵커를 대상으로 인장 거동 시 콘크리트의 쪼개짐 영향을 받을 수 있는 실험체에 대해 인장실험을 수행하였다. 콘크리트 및 앵커의 기본 제원을 바탕으로 비선형 유한요소모델을 구성하고 실험으로 도출된 앵커의 거동 특성을 반영하였으며, 정착메커니즘을 반영하기 위하여 완전 부착 조건 및 연결요소 조건에 대한 변수해석을 수행하였다.

가설 설정

2-선형 모델(Bi-linear model)은 연결요소에 반영하기 위해 2·3차 구간에 대한 평균값을 1차 구간 이후 거동으로 가정하고 수치해석을 진행하였다.

제안 방법

인장실험 조건에 따라 하중은 앵커의 최상단면에 변위제어로 반영하고 경계조건은 콘크리트 바닥면 전체로 구성하였다. 경계조건은 인장지그를 모사화하는 모델이 인장실험 구성과 동일한 조건이지만, 4.2.2절 해석 결과를 통해 도출되는 하중-변위 곡선 및 변형률 수준에서 큰 차이가 없음을 확인하였고, 해석의 수렴성 향상을 목적으로 바닥면에 경계조건을 부여하였다.
도출되는 하중-변위 결과와 하중 단계에 따른 해석 결과는 실측된 결과와 비교·분석하였다. 또한, 구성한 앵커 모델은 저항 성능의 주요변수를 반영하여 변수해석을 진행하고 도출된 결과를 통해 인장 경향을 분석하였다.
콘크리트 및 앵커의 기본 제원을 바탕으로 비선형 유한요소모델을 구성하고 실험으로 도출된 앵커의 거동 특성을 반영하였으며, 정착메커니즘을 반영하기 위하여 완전 부착 조건 및 연결요소 조건에 대한 변수해석을 수행하였다. 또한, 설계강도 주요 결정변수인 콘크리트 압축강도 및 묻힘깊이에 따른 해석 연구를 수행하였으며 정리된 결론은 다음과 같다.
2를 기준으로 압축거동을 정의하고 있다. 또한, 압축강도 대비 15 % 수준으로 인장강도를 설정하고, 실제 콘크리트 거동과는 차이가 있지만 해설 모델의 수렴성 향상을 위해 인장강도의 1 %에 해당되는 항복응력까지의 인장 균열 변형률을 1-선형으로 고려하였다. 앵커의 물성은 항복강도와 인장강도가 각각 640 MPa과 800 MPa이고, 탄성계수와 연신율은 205,000 MPa과 0.
7(c)에 정리된 Line A와 B에 대하여 1 Line 마다 6 지점씩 앵커와 콘크리트 요소를 연결하였다. 또한, 지그 유무에 따른 영향성을 확인하기 위해 실제 인장 지그의 원형 강재를 유한요소모델로 모사하고 콘크리트 상단부에 완전 부착 조건으로 경계조건을 모델링하였다. 인장실험으로 도출된 강성 경향을 3구간으로 분류하여 인장 거동 특성을 알 수 있었고, 연결요소조건의 거동이 3구간 경향을 포함할 수 있도록 정의하기 위해 변수해석을 수행하였다.
3(d)). 또한, 하중이 전달과정에서 인장 지그의 변형을 유발할 수 있으므로 인장 지그 프레임에 LVDT를 설치하여 오차 발생에 대해 고려하였다.
저항 성능의 주요변수와 콘크리트 제원 및 기하학적 요인에 따른 다양한 실험 연구가 수행되고 있다. 비보강 및 보강 콘크리트의 균열 유무에 따른 단일 앵커의 거동을 연단거리의 영향을 받지 않는 실험체를 대상으로 정적 및 동적실험을 수행하여 저항 성능을 평가하였다 (Kim et al., 2004; Mahrenholtz, P. and Eligehausen, R., 2015). 연단거리를 주요변수로 인장실험을 진행하여 앵커의 내하력을 확인하였다 (Karmazinova et al.
슬리브 확장으로 인한 콘크리트와의 정착을 일체거동으로 적용하기 위해 Line A와 Line B 사이의 면적을 완전 부착 조건(Tie-constraint)으로 모델링하였다(Fig. 7(c)).
7(c)). 앵커와 콘크리트의 접촉면은 강성접촉(Hard contact)으로 구성하고, 접선방향은 마찰조건(Friction coeff. 0.4)으로 모델링하였다. 콘크리트의 총 요소개수는 77,184개(Global seed size: 12.
, 2015). 연단거리를 주요변수로 인장실험을 진행하여 앵커의 내하력을 확인하였다 (Karmazinova et al., 2009). 앵커의 묻힘깊이와 토크에 따른 인장 실험을 진행하고 인장 특성을 2-선형 하중-변위 모델을 제시할 수 있다 (Delhomme et al.
그러나 하중 단계별 발생되는 콘크리트와 앵커의 응력 수준 및 전달 등 콘크리트 내부 상태를 확인하기에는 한계가 있다. 이를 위해 실험체 구성요소인 앵커와 콘크리트 제원을 바탕으로 유한요소모델을 구성하였다. 하중 유입에 의한 앵커와 콘크리트의 응력 및 소성 단계 진전 등 수치해석을 진행하여 정략적인 결과 분석을 수행하였다.
본 연구에서는 비틀림 제어 확장앵커의 저항 방법을 경계조건을 통해 반영하고자 하였으며, 인장력에 대한 저항 성능과 전반적인 거동 특성을 확인하고자 하였다. 이를 위해 앵커와 콘크리트의 경계조건을 완전 부착 조건과 연결요소 조건으로 변수를 분류하였다. 연결요소 조건의 경우 인장실험으로 도출된 3-선형 강성 모델을 토대로 앵커의 인장거동을 반영할 수 있도록 구성하였다.
인장력에 의한 앵커는 강성의 변화가 발생하고 복합적인 파괴 모드가 도출되는 거동특성을 실험을 통해 확인하였다. 그러나 하중 단계별 발생되는 콘크리트와 앵커의 응력 수준 및 전달 등 콘크리트 내부 상태를 확인하기에는 한계가 있다.
또한, 지그 유무에 따른 영향성을 확인하기 위해 실제 인장 지그의 원형 강재를 유한요소모델로 모사하고 콘크리트 상단부에 완전 부착 조건으로 경계조건을 모델링하였다. 인장실험으로 도출된 강성 경향을 3구간으로 분류하여 인장 거동 특성을 알 수 있었고, 연결요소조건의 거동이 3구간 경향을 포함할 수 있도록 정의하기 위해 변수해석을 수행하였다. 실험 결과를 바탕으로 구성한 3구간 강성은 연결요소 조건에 3-선형 모델(Tri-linear model)로 적용하였고, 3구간 강성 정의 시 도출되는 거동성 차이를 확인하기 위해 2-선형 강성 모델과 비교하였다.
본 연구에서는 후설치 앵커 중 고중량 기기 정착에 사용되는 비틀림 제어 확장앵커를 대상으로 인장 거동 시 콘크리트의 쪼개짐 영향을 받을 수 있는 실험체에 대해 인장실험을 수행하였다. 콘크리트 및 앵커의 기본 제원을 바탕으로 비선형 유한요소모델을 구성하고 실험으로 도출된 앵커의 거동 특성을 반영하였으며, 정착메커니즘을 반영하기 위하여 완전 부착 조건 및 연결요소 조건에 대한 변수해석을 수행하였다. 또한, 설계강도 주요 결정변수인 콘크리트 압축강도 및 묻힘깊이에 따른 해석 연구를 수행하였으며 정리된 결론은 다음과 같다.
8(a)). 콘크리트 정착부의 손상 정도를 인장 변형률을 기준으로 확인하였고, 인장 변형률은 인장강도에 대한 변형률로 산정하였다. 콘크리트의 중심 단면을 통해 최대 주변형률(Max principal strain)을 확인한 결과, 앵커와 콘크리트 완전 부착 조건부를 중심에서부터 콘크리트 표면부까지 손상되는 것으로 판단된다(Fig.
설계강도를 결정하는 주요 변수인 콘크리트 압축강도에 따른 비교를 위해 압축강도 30 MPa(C30)을 기준으로 ±10 MPa인 20 MPa(C20)과 40 MPa(C40)에 대한 모델을 구성하였고, 이에 따른 묻힘깊이는 기존 100 mm(H100) 대비 50 %(H50), 75 %(H75)로 각각의 변수모델을 구성하였다. 콘크리트의 압축강도는 앵커 접촉부의 지압력 차이로 고려하고, 묻힘깊이의 경우 접촉면적 간 영향력의 차이를 고려하여 기존 모델(C30-H100) 대비 콘크리트 탄성계수와 묻힘깊이의 비율 차이를 구간 강성 비로 반영하였다.
4)으로 모델링하였다. 콘크리트의 총 요소개수는 77,184개(Global seed size: 12.5), 앵커는 1,050개(Global seed size: 5)로 3자유도 8지점과 최소의 적분점을 사용하는 요소(C3D8R)로 모델링하였다. 특히, 콘크리트 천공홀 지름에 대해서는 최소 2개의 요소가 앵커 한 요소의 하중을 전이할 수 있도록 앵커 요소 크기 5 mm에 대비하여 콘크리트 천공홀 요소 크기는 2.
5), 앵커는 1,050개(Global seed size: 5)로 3자유도 8지점과 최소의 적분점을 사용하는 요소(C3D8R)로 모델링하였다. 특히, 콘크리트 천공홀 지름에 대해서는 최소 2개의 요소가 앵커 한 요소의 하중을 전이할 수 있도록 앵커 요소 크기 5 mm에 대비하여 콘크리트 천공홀 요소 크기는 2.5 mm으로 앵커와 접촉되는 부분을 세분화하였다. 인장실험 조건에 따라 하중은 앵커의 최상단면에 변위제어로 반영하고 경계조건은 콘크리트 바닥면 전체로 구성하였다.
인장 하중은 앵커의 축 방향(수직)으로 Actuator를 1 mm/min로 변위제어 하였다. 하중 값은 로드셀을 통해 계측하고 변위 발생량은 Actuator의 센서를 통해 모든 데이터가 최소 1분당 42개 측정되도록 하였다(Fig. 3(d)).
이를 위해 실험체 구성요소인 앵커와 콘크리트 제원을 바탕으로 유한요소모델을 구성하였다. 하중 유입에 의한 앵커와 콘크리트의 응력 및 소성 단계 진전 등 수치해석을 진행하여 정략적인 결과 분석을 수행하였다.

대상 데이터

인장실험은 표준시험법 (ASTM E488-18, 2018)에 따라 비구속 및 단조하중 시험으로 구성하였다. 대상 앵커는 유럽 기술기준에 승인되어 발전플랜트 시설에 사용되는 비틀림 제어확장앵커 (Hilti, 2019)를 사용하였다. 계측된 하중-변위 곡선 및 파괴 형상을 통해 앵커의 저항 성능과 거동 특성을 파악하고자 하였다.
후설치 앵커는 정착메커니즘에 따라 기계식, 마찰식, 접착식 정착으로 분류된다. 본 연구에서는 고중량 비구조요소를 정착하기 위해 주로 사용되는 비틀림 제어 확장앵커를 대상으로 연구를 진행하였다. 마찰 저항방식은 비틀림 확장형(Torque-controlled expansion anchor)과 변위 확장형(Displacement-controlled expansion anchor)으로 분류된다.
설계강도를 결정하는 주요 변수인 콘크리트 압축강도에 따른 비교를 위해 압축강도 30 MPa(C30)을 기준으로 ±10 MPa인 20 MPa(C20)과 40 MPa(C40)에 대한 모델을 구성하였고, 이에 따른 묻힘깊이는 기존 100 mm(H100) 대비 50 %(H50), 75 %(H75)로 각각의 변수모델을 구성하였다.
앵커는 고중량 기기의 정착에 사용되고 있는 비틀림 제어 확장앵커를 사용하였고 항복강도와 인장강도는 각각 640 MPa과 800 MPa이다(Fig. 3(a)).
3(a)). 위험 연단거리(400 mm, 4h_ef)를 확보하지 못하는 실험체를 위해 폭 550 mm, 길이와 높이는 각각 500 mm로 제작하였다. Table 1의 배합에 따른 콘크리트는 설계 압축강도가 31.
본 연구에서는 위험 연단거리를 확보하지 못한 앵커의 인장거동 특성을 분석하고자 하였다. 이를 위해 인장 시 콘크리트 쪼갬의 간섭을 받을 수 있는 콘크리트 실험체를 구성하였다. 인장실험은 표준시험법 (ASTM E488-18, 2018)에 따라 비구속 및 단조하중 시험으로 구성하였다.
콘크리트는 한 변의 길이가 500 mm인 정사각형으로 구성하고, 앵커의 총 길이는 163 mm로 설정하였다(Fig. 7(a) and (b)).
20(2020)을 이용하였다. 콘크리트와 앵커의 제원을 토대로 3차원 비선형 유한요소모델을 구성하였다. 앵커는 동일한 저항 메커니즘 내 다양한 형상 및 물성을 가진다.

데이터처리

도출되는 하중-변위 결과와 하중 단계에 따른 해석 결과는 실측된 결과와 비교·분석하였다.
인장실험으로 도출된 강성 경향을 3구간으로 분류하여 인장 거동 특성을 알 수 있었고, 연결요소조건의 거동이 3구간 경향을 포함할 수 있도록 정의하기 위해 변수해석을 수행하였다. 실험 결과를 바탕으로 구성한 3구간 강성은 연결요소 조건에 3-선형 모델(Tri-linear model)로 적용하였고, 3구간 강성 정의 시 도출되는 거동성 차이를 확인하기 위해 2-선형 강성 모델과 비교하였다. 2-선형 모델(Bi-linear model)은 연결요소에 반영하기 위해 2·3차 구간에 대한 평균값을 1차 구간 이후 거동으로 가정하고 수치해석을 진행하였다.

이론/모형

계측된 하중-변위 곡선 및 파괴 형상을 통해 앵커의 저항 성능과 거동 특성을 파악하고자 하였다. 또한, 앵커의 해석적 분석을 위해 범용구조해석프로그램 ABAQUS 6.20(2020)을 이용하였다. 콘크리트와 앵커의 제원을 토대로 3차원 비선형 유한요소모델을 구성하였다.
앵커의 메커니즘을 완전 부착 조건으로 가정한 모델은 앵커 슬립 등 인장 시 실제 거동을 모사하는 것에 한계가 있음을 확인하였다. 앵커의 실제 거동을 모델로 모사하기 위해 본 연구에서는 다선형 강성 모델로 거동을 정의할 수 있는 연결요소조건(Connector-axial type)을 정착메커니즘으로 적용하였다. 연결요소 조건의 경우 강구조 연결부에서 슬립-마찰의 거동을 적용한 바 있으며 (Ormeño et al.
콘크리트는 복합재료로 비등방성 및 비선형적인 거동을 하고 이를 반영하기 위한 재료모델을 적용해야 한다. 앵커의 하중 전달을 통해 발생하는 콘크리트 손상 거동을 묘사하기 위해 Lubliner et al. (1989)이 제안한 콘크리트 손상 소성 모델을 적용하였다. 이 모델은 압축파괴와 인장균열을 동시에 고려할 수 있으며(Fig.
이를 위해 인장 시 콘크리트 쪼갬의 간섭을 받을 수 있는 콘크리트 실험체를 구성하였다. 인장실험은 표준시험법 (ASTM E488-18, 2018)에 따라 비구속 및 단조하중 시험으로 구성하였다. 대상 앵커는 유럽 기술기준에 승인되어 발전플랜트 시설에 사용되는 비틀림 제어확장앵커 (Hilti, 2019)를 사용하였다.
20 (2020)에서 제공되고 있다. 콘크리트 재료 물성은 Kent and Park (1971) 모델을 기반으로 Hafezolghorani et al. (2017)이 제시한 Simplified Damage Plasticity Model(SDPM)을 바탕으로 압축 거동에 반영하고, 앵커의 인장 거동을 수렴할 수 있는 선형모델을 토대로 반영하였다. Hafezolghorani et al.
앵커의 유효 묻힘깊이는 100 mm로 설정하였으며, 산정한 실험체의 설계강도는 Table 2와 같다. 파괴 시 콘크리트 콘 파괴형상을 제한하지 않도록 표준시험방법(ASTM E488-18, 2018)을 따라 비구속방식 시험(Unconfined test)으로 구성하였다. 이에 따른 인장 지그는 앵커 중심으로부터 200 mm(2h_ef) 확보된 후 경계 조건을 가진다(Fig.

성능/효과

(1) 설계기준 상 콘크리트 파괴 강도 결정 시 쪼개짐 수정계수가 반영되는 실험체를 구성하였고, 실험 결과 평균 73.1 kN으로 설계강도(21.81 kN) 대비 약 3.3배 높은 결과로 나타났다.
(2) 인장실험 결과 쪼개짐을 동반한 콘파괴 형상으로 나타나며, 하중-변위 결과로부터 3구간 강성으로 분류될 수 있으며, 정착부 파괴에 따라 1·2차 강성 구분 구간이 나타난다.
(3) 완전부착 모델의 해석 결과 콘크리트 내부 손상 경향은 콘 파괴 형상으로 확인되지만, 실제 앵커 거동을 반영할 수 없는 것으로 판단된다. 연결요소 모델의 해석 결과 2·3-선형 모델 모두 초기 강성이 실험 결과와 동일하게 도출되지만 3-선형 모델이 콘크리트 균열 및 슬립 거동 반영에 더 적합한 것으로 판단된다.
(4) 콘크리트의 압축강도 및 앵커 묻힘깊이에 따른 변수해석 결과 앵커의 인장 저항 특성은 콘크리트 파괴 전과 후에 따라 변화되는 것으로 판단된다.
압축강도 및 묻힘깊이 변수에 대한 해석 결과, 묻힘깊이 50 mm의 경우 모두 설계기준 콘크리트 파괴 강도보다 높은 최대 하중이 도출되지만(Fig. 10(a)), 압축강도 20, 30, 40 MPa 모델은 설계강도 대비 각각 3, 15, 18 % 정도 높게 도출된다. 묻힘깊이 50 mm 모델은 모두 모델링한 콘크리트 크기에 대해 기하학적인 영향을 받지 않으며, 최종 콘크리트 파괴 형상으로 도출되는 것으로 판단된다.
콘크리트 압축강도에 따른 변수해석 결과(Fig. 10(c)), 압축강도 20 MPa과 40 MPa 모델의 최대 하중은 각각 61.24, 82.02 kN으로 압축강도 30 MPa 모델 대비하여 각각 81 %, 108 % 발생하였다. 압축강도 경향에 따라 초기 거동이 상이하며 이후에도 3-선형 모델 강성 비에 따라 인장 저항의 결과 차이를 확인할 수 있다.
9(a)). 3-선형 모델 구간에 따라 콘크리트 내부 손상 정도를 확인한 결과, 변위 발생량 1 mm에서는 인장 변형으로 인해 앵커와 콘크리트 정착부의 손상이 확인된다(Fig. 9(c)).
다선형 모델에 대한 해석 결과 모두 약 76.1 kN의 하중이 약 7.78 mm의 변위에서 발생되고 최대 하중 이후 일정한 강성이 도출되는 경향을 확인할 수 있다. 그러나 2-선형 모델은 초기 강성 이후 실험 강성 대비하여 낮게 도출되고, 3-선형 모델의 경우 2-선형 모델 대비 실험 결과와 유사한 결과가 나타난다(Fig.
4). 따라서 본 실험체의 파괴모드는 쪼갬파괴가 동반된 콘크리트 파괴와 앵커의 뽑힘파괴로 복합적인 파괴모드가 나타난다. 실측된 하중-변위 결과를 평균한 결과, 앵커변위 1 mm에서 하중 26.
즉, 묻힘깊이 75 mm 모델 역시 복합적인 요소가 인장 거동에 영향이 있는 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서 제시하는 앵커의 인장모델은 연결요소를 3-선형 거동으로 정의할 수 있으며 콘크리트의 물성 변화와 묻힘깊이의 차이가 구간에 따른 강성 비로 반영되어야 인장 거동의 경향성을 확인할 수 있을 것으로 판단된다.
9(d) and (e)). 또한, 본 연구에서 제시하는 모델의 경우 인장지그 유무에 상관없이 유사한 결과가 도출되는 것을 확인할 수 있다(Fig. 9(b) and (f)).
압축강도 경향에 따라 초기 거동이 상이하며 이후에도 3-선형 모델 강성 비에 따라 인장 저항의 결과 차이를 확인할 수 있다. 또한, 압축강도 변수 모델은 모두 압축강도 30 MPa 모델 경향과 동일하게 설계기준 콘크리트 파괴 강도 이후 강성이 변화되며 강재 파괴 강도는 넘어서지 않는 것으로 확인된다. 이를 통해 다양한 압축강도에서 역시 기하학적인 제약을 받는 앵커의 경우 복합적인 파괴 형상이 도출될 것으로 판단된다.
1 kN에 대비하여 40 % 높은 값이다. 또한, 완전 부착 모델의 변위 발생량(0.72 mm)은 실측된 앵커의 변위 발생량(8.81 mm) 대비 92% 짧게 발생되는 것으로 확인하였다(Fig. 8(a)).
이를 통해 다양한 압축강도에서 역시 기하학적인 제약을 받는 앵커의 경우 복합적인 파괴 형상이 도출될 것으로 판단된다. 압축강도 및 묻힘깊이 변수에 대한 해석 결과, 묻힘깊이 50 mm의 경우 모두 설계기준 콘크리트 파괴 강도보다 높은 최대 하중이 도출되지만(Fig. 10(a)), 압축강도 20, 30, 40 MPa 모델은 설계강도 대비 각각 3, 15, 18 % 정도 높게 도출된다.
(3) 완전부착 모델의 해석 결과 콘크리트 내부 손상 경향은 콘 파괴 형상으로 확인되지만, 실제 앵커 거동을 반영할 수 없는 것으로 판단된다. 연결요소 모델의 해석 결과 2·3-선형 모델 모두 초기 강성이 실험 결과와 동일하게 도출되지만 3-선형 모델이 콘크리트 균열 및 슬립 거동 반영에 더 적합한 것으로 판단된다.
저항 성능의 주요변수인 콘크리트 강도는 재령 28일 차 압축강도 시험을 수행한 결과 평균 32 MPa이다. 인장실험은 콘크리트 재령 35일 차에 진행하였고, 실험체 4개에 대한 하중-변위 곡선은 Fig.
콘크리트 정착부의 손상 정도를 인장 변형률을 기준으로 확인하였고, 인장 변형률은 인장강도에 대한 변형률로 산정하였다. 콘크리트의 중심 단면을 통해 최대 주변형률(Max principal strain)을 확인한 결과, 앵커와 콘크리트 완전 부착 조건부를 중심에서부터 콘크리트 표면부까지 손상되는 것으로 판단된다(Fig. 8(b)).

후속연구

(5) 단조 하중에 대한 비틀림 제어 확장앵커의 저항 성능 및 거동 특성을 바탕으로 반복 하중 등 다양한 시험에 대한 기초로 연구 확장이 가능한 것으로 판단된다.
그러나 콘크리트 쪼개짐(ψcp, N)에 관한 변수 등 단일조건의 결과를 토대로 검증하였기에 저항 성능에 관한 다양한 변수의 추가적인 검토가 필요한 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	콘크리트 압축강도 및 묻힘깊이에 따른 해석 연구의 결과는?	(1) 설계기준 상 콘크리트 파괴 강도 결정 시 쪼개짐 수정계수가 반영되는 실험체를 구성하였고, 실험 결과 평균 73.1 kN으로 설계강도(21.81 kN) 대비 약 3.3배 높은 결과로 나타났다. (2) 인장실험 결과 쪼개짐을 동반한 콘파괴 형상으로 나타나며, 하중-변위 결과로부터 3구간 강성으로 분류될 수 있으며, 정착부 파괴에 따라 1·2차 강성 구분 구간이 나타난다. 이때 2차 강성은 1차 강성 대비 70 % 강성이 감소한 결과를 보이며, 3차 구간은 콘크리트 쪼개짐의 영향이 동반된 구간으로 1차 강성 대비 82 % 저하된 강성결과를 보인다. (3) 완전부착 모델의 해석 결과 콘크리트 내부 손상 경향은 콘 파괴 형상으로 확인되지만, 실제 앵커 거동을 반영할 수 없는 것으로 판단된다. 연결요소 모델의 해석 결과 2·3-선형 모델 모두 초기 강성이 실험 결과와 동일하게 도출되지만 3-선형 모델이 콘크리트 균열 및 슬립 거동 반영에 더 적합한 것으로 판단된다. (4) 콘크리트의 압축강도 및 앵커 묻힘깊이에 따른 변수해석 결과 앵커의 인장 저항 특성은 콘크리트 파괴 전과 후에 따라 변화되는 것으로 판단된다. (5) 단조 하중에 대한 비틀림 제어 확장앵커의 저항 성능 및 거동 특성을 바탕으로 반복 하중 등 다양한 시험에 대한 기초로 연구 확장이 가능한 것으로 판단된다. (6) 설정한 강성 구간에 따라 콘크리트 내부 손상 정도를 콘크리트 변형률을 통해 확인할 수 있고 이를 통해 파괴형상에 대한 경향성을 확인할 수 있다. 그러나 단일 조건의 실험체를 반영한 본 모델을 통해 인장 거동에 대한 경향성을 일반화하기 어렵다.
	콘크리트 구조물과 비구조요소 간 정착을 위해 사용되는 것은?	콘크리트 구조물과 비구조요소 간 정착을 위해 널리 사용되는 콘크리트용 앵커볼트는 시공순서에 따라 선설치(Cast-in-place)와 후설치(Post-installed)로 분류된다. 콘크리트 구조물에 정착된 앵커는 외부 하중에 대해 저항하는 동시에 콘크리트로 하중을 전달한다.
	콘크리트용 앵커볼트는 어떻게 분류되는가?	콘크리트 구조물과 비구조요소 간 정착을 위해 널리 사용되는 콘크리트용 앵커볼트는 시공순서에 따라 선설치(Cast-in-place)와 후설치(Post-installed)로 분류된다. 콘크리트 구조물에 정착된 앵커는 외부 하중에 대해 저항하는 동시에 콘크리트로 하중을 전달한다.

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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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