단일 주조의 전단 거동

Jul 24, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 13308(2022) 이 기사 인용

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교량 지지 앵커는 상부구조의 다양한 하중을 하부구조로 전달합니다. 대부분의 앵커는 일반적으로 콘크리트 받침대, 그라우트 베딩, 앵커 소켓 등의 특성을 고려하지 않고 설계됩니다. 본 연구에서는 교량 지지 앵커의 실제 특성을 모사하기 위해 모서리 거리, 매립 깊이, 콘크리트 압축강도, 콘크리트 받침대 높이에 따른 앵커의 전단 거동을 조사하였다. 앵커의 실제 전단 용량은 ACI 318 및 EN 1992-4에서 계산된 전단 강도와 다릅니다. 특히, 이러한 코드에서는 매립 깊이의 중요성이 과소평가됩니다. 콘크리트 받침대의 높이가 증가하면 응력 집중으로 인해 전단 능력에 부정적인 영향을 미칩니다. 콘크리트에 국부적인 손상이 발생하기 전에 그라우트가 파손되어 2차 모멘트가 발생합니다. 결과적으로 레벨 암의 효과가 관찰됩니다. 그라우트와 콘크리트의 변위를 분석하여 콘크리트의 상대적 균열 정도를 예측할 수 있는 방정식을 제안한다. 앵커에 가까운 등자에서는 높은 변형률이 발생하며 변형률의 거동은 가장자리 거리보다 매립 깊이에 더 많은 영향을 받습니다. 보충보강의 효과를 고려하기 위해 EN 1992-4, Schmid 모델 및 Sharma 모델에 따른 계산을 통해 획득하고 분석적으로 평가한 실패 하중의 비교를 수행했습니다. 마지막으로, 교량 지지 앵커의 보다 정확한 전단 저항을 예측하기 위해 콘크리트 파괴 강도의 설계 방정식을 수정했습니다.

최종적으로 설계 코드에 반영되는 인장 및 전단 하중을 받는 일반 앵커에 대한 연구가 광범위하게 이루어졌습니다1,2,3. 이전 연구에서 개발된 데이터베이스를 기반으로 앵커는 ACI 349(부록 B)4에 도입되었습니다. 그러나 ACI 349는 앵커 시스템의 파손 거동과 탄성 및 소성 거동을 직접적으로 연관시키는 방정식을 제시합니다. 이는 실제 거동보다는 앵커 시스템의 파손 거동을 과대평가하는 결과를 낳습니다. Fuchset al. 콘크리트의 파괴특성을 고려한 콘크리트 용량설계(CCD) 방법을 제안하였다5. 실험결과를 바탕으로 선형탄성파괴역학에 따른 이론식이 보고되었다. CCD 방법은 구체적인 앵커 관련 설계 표준을 포함하는 현재 ACI 318 및 EN 1992-4에 대한 이론적 배경을 제공합니다.

직경이 큰 고강도 앵커의 거동은 주로 원자력 발전소에 적용하기 위한 안정성을 더욱 확보하기 위해 광범위하게 연구되었습니다6,7. 그 외에도 재건축 및 재활에 사용되는 후시공 앵커와 콘크리트가 경화되기 전에 설치된 현장 타설 앵커에 대한 다양한 연구가 수행되었습니다8,9. 다양한 구성을 갖는 앵커 그룹의 전단 거동 또한 다양한 실험 연구를 고려하여 철저하게 연구되었습니다. 최근 FRP 기술의 발전과 함께 섬유강화폴리머(FRP) 철근을 이용한 앵커에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다15. 또한 콘크리트의 인장강도 향상을 위한 SFRC(Steel Fiber Reinforced Concrete) 앵커 시스템의 거동과 기계 주행을 통한 앵커의 강도 예측 등 다양한 연구도 진행되고 있다16,17,18. SFRC의 단일 및 앵커 그룹의 전단 및 인장 거동은 적절한 설계 권장 사항을 제공하여 평가됩니다.

교량받침 앵커는 차량, 풍하중 등 다양한 하중을 상부구조에서 하부구조로 전달하는 중요한 시스템이다. 교량받침 앵커시스템20을 통해 인장응력, 전단응력, 굽힘응력이 하부구조의 콘크리트에 전달될 수 있도록 받침을 완전히 연결해야 한다. 교량 지지 앵커는 그림 121과 같이 하부구조에 설치된 콘크리트 받침대, 콘크리트 받침대에 그라우트 기초, 콘크리트에 매립된 앵커 소켓과 같은 특성을 나타냅니다. 그라우트 기초는 교대 표면의 모든 경사면을 수평으로 만듭니다. 또한 콘크리트와 베이스플레이트 밑면 사이의 고정볼트 부분을 보호합니다22. 콘크리트 받침대는 교대에 비해 작은 부분입니다. 그러나 콘크리트의 지지력을 통해 하중을 안전하게 전달하는 구조부재로서 중요한 역할을 합니다. 콘크리트 받침대에 대한 많은 연구가 수행되었지만 교량 받침대의 국부적인 파손은 아직 명확하게 해결되지 않았습니다. 교량 지지 앵커에는 나선형이 없는 주조 원형 강철 소켓이 주로 사용됩니다. 앵커 소켓은 앵커 볼트가 손상된 후 부품을 쉽게 교체할 수 있는 특징을 가지고 있습니다. 이전 연구의 대부분은 앵커 소켓 없이 콘크리트에 직접 매립되는 앵커에 중점을 두었습니다. 그러나 앵커 소켓을 사용하는 앵커의 전단 거동은 아직 평가되지 않았습니다.