앵커 인장·전단 설계

정의

앵커 인장·전단 설계는 파괴 모드별 강도를 구해 최솟값으로 안전을 판정하는 설계법이다.

앵커는 콘크리트에 박아 넣은 볼트다. 뽑히거나 끊어지거나 주변 콘크리트가 깨지지 않을 강도를 계산한다.

정식으로는 모든 파괴 메커니즘의 설계강도를 구해 계수하중 이상임을 확인한다.

파괴 모드

인장 하중에서는 파괴 모드 다섯 가지를 모두 검토한다.

그중 콘크리트 콘 파괴와 강재 파괴가 가장 자주 지배한다.

쪼개짐과 블로우아웃은 연단거리와 배근 조건을 맞추면 배제할 수 있다.

가장 작은 강도를 내는 모드가 설계를 지배한다.

콘 파괴 강도

콘 파괴는 인장을 받을 때 콘크리트 안에 원뿔 모양의 균열이 생기는 현상이다.

파괴면 면적은 매립깊이의 제곱에 비례하므로 저항은 hef^1.5 에 비례한다.

그래서 매립깊이를 조금 늘리는 것이 가장 효과적인 보강 방법이다.

원뿔의 경사는 표면과 약 35도로 가정한다.

인장과 전단 동시 작용

인장과 전단이 동시에 작용하면 두 하중을 하나의 선형 식으로 묶어 검토한다.

전단이 설계 전단강도의 20% 이하이면 인장만, 인장이 20% 이하이면 전단만 검토한다.

두 비율이 모두 20%를 넘을 때 위 식을 적용한다.

단독일 때보다 낮은 하중에서 파괴가 일어나므로 별도 검토가 필요하다.

계산 예제

다음은 가상의 예다. 콘크리트 기초에 설치된 단일 앵커를 검토한다.

먼저 강재 인장 강도를 구한다. Nsa 는 Ase 와 futa 를 곱한 값이다.

콘 파괴는 hef 80mm 를 가정하고 kc 7 을 써서 구한 뒤 영향면적비 0.7을 곱한다.

두 강도를 비교해 설계를 지배하는 모드를 골라 본다.

정리와 시험 포인트

정답은 19.2kN이다. 두 값 중 작은 콘 파괴 강도가 설계를 지배한다.

정리하면 인장과 전단 파괴 모드를 모두 검토하고 최솟값으로 판정한다.

가장 흔한 실수는 파괴 모드 하나만 검토하고 끝내는 것이다.

답안에는 강재, 콘 파괴, 뽑힘, 쪼개짐을 모두 나열한 뒤 지배 모드를 고른다.