균열 콘크리트에 매입된 인장을 받는 내진용 스테인리스스틸 앵커의 거동 :Behavior of seismic stainless steel anchors subjected to tension installed in cracked concrete

김진규

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김진규 (인천대학교, 인천대학교 대학원)

지도교수: 천성철

발행연도: 2022

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이용수15

이 논문의 연구 히스토리 (5)

2022

균열 콘크리트에 설치된 M12, M20 내진용 스테인리스스틸 확장식 후설치 앵커 인장 실험

김진규 , 천성철 , 안영승 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 2022.02 학술저널

균열 콘크리트에 설치된 내진용 M16 스테인리스 스틸 확장식 후설치 앵커 인발 실험

김진규 , 천성철 , 안영승 콘크리트학회 논문집 2022.02 학술저널

균열 콘크리트에 매입된 인장을 받는 내진용 스테인리스스틸 앵커의 거동

김진규 건축 2022.01 학위논문

2021

균열 콘크리트에 설치된 내진용 M20 스테인리스스틸 확장식 후설치 앵커 인장실험

김진규 , 천성철 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2021.11 학술대회자료

비균열 콘크리트에서의 내진용 스테인리스 스틸 앵커 실험

김진규 , 천성철 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2021.05 학술대회자료

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국내 지진발생의 증가에 따라 구조물 간의 접합 및 비구조물과 구조물의 연결에 사용되는 앵커의 내진설계가 필요하다. 콘크리트용 설계기준 KDS 14 20 54(KCSC 2021)의 개정으로 후설치 앵커는 성능검증으로 성적서가 발행된 제품만 사용이 가능하다. 국내에서는 아직 개정된 콘크리트용 설계기준 KDS 14 20 54(KCSC, 2021)를 만족하는 앵커가 존재하지 않으며, 콘크리트용 앵커 설계법 및 예제집의 시험항목에 대한 실험결과도 존재하지 않는다.
이 논문에서는 기계, 전기설비의 부착 또는 엘리베이터 레일 등에 주로 사용하는 12mm 지름의 앵커부터 현장에서 주로 사용되는 지름 16, 20mm인 스테인리스스틸 앵커의 성능을 평가하였다. 실험은 콘크리트용 앵커 설계법 및 예제집 2판에 따라 수행하였다. 실험은 기준시험과 신뢰성시험으로 구분할 수 있다. 기준시험은 비균열 콘크리트와 균열 콘크리트에서의 결과를 얻기 위해 수행되었다. 균열 콘크리트의 경우 비균열 콘크리트와 달리 앵커 주변에 형성되는 인장링이 제대로 형성되지 못하고 균열 면을 따라 두 개로 나누어 형성되므로 충분한 내력을 발휘하지 못하게 된다. 신뢰성시험은 기준시험을 바탕으로 앵커가 불리한 조건에 설치되었을 경우의 성능을 평가하여 앵커범주와 강도감소계수의 결정을 위해 수행되었다.
각 시험항목에서의 변수는 앵커의 지름, 유효 묻힘깊이, 콘크리트 강도로 나누어진다. 앵커 지름은 12, 16, 20mm로 3가지, 유효 묻힘깊이는 각 앵커지름 별 표준 묻힘깊이와 표준묻힘깊이로 시공할 수 없을 경우 사용되는 최소 묻힘깊이 2가지이며, 콘크리트 강도는 콘크리트용 앵커 설계법 및 예제집에 따라 저강도(17∼28MPa)와 고강도(45∼60MPa)로 나누었다. 기준시험에서는 모든 지름과 유효묻힘깊이의 앵커에 대해 시험을 수행 하였지만 신뢰성시험에서는 주로 사용되는 표준 묻힘깊이 앵커부터 우선적으로 실험을 수행하였다. 실험된 앵커의 개수는 시험 항목마다 5개씩 수행하였으며, 목표성능에 도달하지 못한 경우 앵커 개수를 1개씩 증가시켜 최대 8개까지 실험을 수행하였다.
시험을 위해 콘크리트에 균열을 생성하였다. 균열 생성방법은 일반적으로 콘크리트에 균열을 생성하기위해 사용되는 방법인 Eligenhausen 등(2004) 및 Philipp Mahrenholtz(2013)에 제시된 반원단면의 슬리브에 웨지를 타격하여 균열을 생성하는 방법과 연구진이 고안한 방법인 유압잭을 사용하여 균열을 생성하는 방법을 사용하였다. 유압잭을 콘크리트 시험체에 배치하여 인장시키므로, 콘크리트를 직접 인장하게되어 균일한 균열을 생성할 수 있었으며, 타격하는 방법에 비해 균열 폭의 조절이 용이하였다.
앵커의 평가는 콘크리트용 설계법 및 예제집 2판에 제시된 방법인 유효계수()값을 통계처리한 특성강도()를 이용하여 평가하였다. 비균열 콘크리트 시험의 특성강도() 목표는 9.8 이상이며, 균열 콘크리트 시험의 특성강도() 목표는 7.0 이상이 될 수 있도록 앵커를 설계하였다. 신뢰성시험의 경우 특성강도()로 평가한 후 기준시험의 비교 항목과 특성강도()비를 구하여 앵커범주와 강도감소계수를 결정하였다. 대부분의 앵커에서 특성강도()값이 9.8 및 7.0이상으로 콘크리트 브레이크아웃강도를 설계강도로 사용할 수 있었으며, 특성강도()값이 목표값보다 낮은 경우 시험에서 얻은 뽑힘강도를 설계강도로 사용할 수 있다.

In Korea, as the number of earthquakes increases, seismic design of anchors used for connecting between structures and connecting non-structures and structures is required. With the revision of the design standard for concrete KDS 14 20 54(KCSC, 2021), post-installed anchors can only use products with reports issued as performance verification. Design standards for concrete revised in Korea. There is no anchor satisfying KDS 14 20 54(KCSC, 2021), and there are no experimental results on the test of the concrete anchor design method and examples for concrete(KCI, 2018).
This paper evaluated the performance of stainless steel anchors with diameter of 12, 16, 20mm. 12mm anchors are mainly used for fixing machinery and electrical equipment, or elevator rails. The experiment was conducted according to the anchor design method and examples for concrete(KCI, 2018). Experiments can be divided into a reference test and a reliability test. The reference test was performed to obtain results in non-cracked concrete and cracked concrete. In the case of cracked concrete, unlike non-cracked concrete, tension-rings formed around the anchor are not properly formed and are divided into two along the cracked surface, so sufficient strength is not exhibited. The reliability test was performed to determine the anchor category and strength reduction coefficient by evaluating the performance when the anchor was installed under unfavorable condition based on the reference test.
Variables in each test are divided into anchor diameter, effective embedment length, and concrete strength. Anchor diameters are 12, 16, and 20mm, and effective embedment lengths are divided into standard embedment length and minimum embedment length used if it cannot be installed as standard embedment length for each anchor diameter, and concrete strength is divided into low strength(17∼28MPa) and high strength(45∼60MPa) according to the anchor design method and examples for concrete(KCI, 2018). In the reference test, tests were carried out on anchors of all diameters and effective embedment length, but in the reliability test, the experiment was carried out preferentially from standard embedment length anchors, which are mainly used. The number of anchors tested was five for each test, and if the target performance was not reached, the experiment was conducted up to eight by increasing the number of anchors by one.
Cracks were created in concrete for the test. Crack generation methods generally used to generate cracks in concrete, such as Eligenhausen(2004), and PhilipMahrenholtz(2013), to hit wedges on semi-circular sleeves to generate cracks, and to generate cracks using hydraulic jack, a method designed by the researchers. Since the hydraulic jack is placed on the concrete test piece and stretched, the concrete was directly stretched to produce uniform cracks, and the crack width was easier to adjust than the hitting method.
The evaluation of anchor was performed using the effective coefficient() value, which is the method presented in the anchor design method and examples for concrete(KCI, 2018) and the statistical characteristic strength(). The anchor was designed so that the characteristic strength() target of the non-crack concrete test was 9.8 or higher, and the characteristic strength() target of the crack concrete test was 7.0 or higher. In the case of the reliability test, after evaluating bt characteristic strength(), the anchor category and strength reduction coefficient were determined by calculating the comparison item and characteristic strength() ratio of the reference test. For most anchors, concrete breakout strength could be used as the design strength with characteristic strength() values of 9.8 and 7.0 of higher, and if the characteristic strength() value is lower than the target value, the pull-out strength obtained from the test can be used as the design strength.

#균열 콘크리트 #후설치 앵커 #스테인리스스틸 #내진

국문초록 ……………………………………………………………………………… i
목 차 ……………………………………………………………………………… iii
표 목 차 ……………………………………………………………………………… vi
그림목차 ……………………………………………………………………………… vii
제 1 장 서 론 1
1.1 연구의 배경 및 목적 1
1.2 연구의 방법 및 범위 3
제 2 장 문헌 연구 5
2.1 콘크리트용 후설치 앵커 5
2.1.1 콘크리트용 앵커 분류 5
2.1.2 기계식 후설치 앵커의 거동 7
2.2 스테인리스스틸 앵커의 특성 9
2.3 균열 콘크리트 11
2.3.1 균열 콘크리트에서의 인장링 11
2.3.2 Philipp Mahrenholtz의 균열실험체 설계 12
2.3.3 Eligenhausen 등의 균열실험체 설계 13
제 3 장 스테인리스스틸 앵커 인장실험 계획 14
3.1 실험변수 14
3.2 실험체 설계 17
3.2.1 비균열 콘크리트 실험체 17
3.2.2 균열 콘크리트 실험체 18
3.3 균열 생성 21
3.3.1 Wedge&Sleeve를 이용한 균열생성 21
3.3.2 유압잭을 이용한 균열생성 22
3.4 가력 및 계측방법 23
제 4 장 스테인리스스틸 앵커 실험 결과 24
4.1 재료실험 결과 24
4.2 비균열 저강도 콘크리트 26
4.2.1 파괴모드 26
4.2.2 하중-변위 관계 26
4.3 비균열 고강도 콘크리트 32
4.3.1 파괴모드 32
4.3.2 하중-변위 관계 32
4.4 균열 저강도 콘크리트 38
4.4.1 파괴모드 38
4.4.2 하중-변위 관계 38
4.5 균열 고강도 콘크리트 44
4.5.1 파괴모드 44
4.5.2 하중-변위 관계 44
4.6 시공 정밀도에 대한 민감도 50
4.6.1 파괴모드 50
4.6.2 하중-변위 관계 50
4.7 균열폭과 큰 앵커 구멍에 대한 민감도 54
4.7.1 파괴모드 54
4.7.2 하중-변위 관계 54
4.8 균열폭과 작은 앵커 구멍에 대한 민감도 58
4.8.1 파괴모드 58
4.8.2 하중-변위 관계 58
제 5 장 스테인리스스틸 앵커 평가 62
5.1 t검정을 통한 결과분석 62
5.2 파괴유형에 따른 강도 분석 63
5.3 앵커 범주 및 강도감소계수 65
5.4 실험결과를 통한 앵커 설계 68
제 6 장 결 론 69
부록 71
참고문헌 163
ABSTRACT 165

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