Mobile QR Code QR CODE : Journal of the Korean Society of Civil Engineers

  1. μ •νšŒμ› Β· κ°•λ¦‰μ›μ£ΌλŒ€ν•™κ΅ 슀마트 인프라 μ—°κ΅¬μ†Œ μ—°κ΅¬κ΅μˆ˜ (Gangneung-Wonju National University Β· sunnybob1@naver.com)
  2. μ’…μ‹ νšŒμ› Β· κ΅μ‹ μ €μž Β· κ°•λ¦‰μ›μ£ΌλŒ€ν•™κ΅ κ±΄μ„€ν™˜κ²½κ³΅ν•™κ³Ό ꡐ수 (Corresponding Author Β· Gangneung-Wonju National University Β· woojung@gwnu.ac.kr)



ν›„μ„€μΉ˜ 액컀, 정적 μ„±λŠ₯ 평가, 액컀 인발, 3D FEM, ABAQUS
Post-installed anchor, Static performance testing, Anchor pull-out, 3D FEM, ABAQUS

1. μ„œ λ‘ 

μ „κΈ° 캐비닛은 λ°œμ „μ†Œμ—μ„œ μƒμ‚°λœ κ³ μ••μ˜ μ „κΈ°λ₯Ό 여타 λ‹€λ₯Έ μ‹œμ„€λ¬Ό λ‚΄ 동λ ₯으둜 ν™œμš©λ  수 μžˆλ„λ‘ λ³€ν™˜ν•΄ μ£ΌλŠ” λ‹€μ–‘ν•œ μž₯치λ₯Ό κΈˆμ†μž¬μ˜ 함에 μ„€μΉ˜ν•œ κ²ƒμœΌλ‘œ λ§Žμ€ μš”μ†Œλ“€μ΄ 전기적 μž₯μΉ˜μ— μ˜ν•΄ μš΄μ˜λ˜λŠ” μ‹œμ„€λ¬Ό λ‚΄ ν•΅μ‹¬μš”μ†Œ μ€‘μ˜ ν•˜λ‚˜μ΄λ‹€(Eem et al., 2019). μ΄λŸ¬ν•œ μ€‘μš” μ‹œμ„€λ¬ΌμΈ μ „κΈ° 캐비닛에 λŒ€ν•œ κ΅­λ‚΄μ˜ ꡬ쑰적 건전성에 λŒ€ν•œ 평가 방법은 Fig. 1κ³Ό 같이 건섀 및 기계·전기 λΆ„μ•Όλ³„λ‘œ 본체λ₯Ό κ³ μ •ν•˜κΈ° μœ„ν•΄ μ‚¬μš©λ˜λŠ” ν›„μ„€μΉ˜ 액컀와 캐비닛 본체둜 λΆ„λ₯˜λ˜μ–΄ λ‹¨νŽΈμ μœΌλ‘œ 이루어지고 μžˆλ‹€. μ „κΈ° 캐비닛 본체에 λŒ€ν•œ μ„±λŠ₯ ν‰κ°€λŠ” 기계·전기 λΆ„μ•Όμ—μ„œ 2009년에 μ œμ •λœ β€œλ°©μ†‘ν†΅μ‹ μ„€λΉ„μ˜ 내진 μ‹œν—˜λ°©λ²•(κ΅­λ¦½μ „νŒŒμ—°κ΅¬μ›)”에 μ˜ν•΄ μœ μΌν•˜κ²Œ μ§„λ™λŒ€ μ‹œν—˜μ„ ν†΅ν•΄μ„œ μˆ˜ν–‰λ˜κ³  μžˆλ‹€. μ‹€μ œ ν˜„μž₯μ—μ„œλŠ” 콘크리트 κΈ°μ΄ˆμ— 캐비닛듀이 μ„€μΉ˜λ˜κ³  액컀에 μ˜ν•΄ κ³ μ •λ˜λŠ” 것이 μΌλ°˜μ μ΄λ‚˜ μ΄λŸ¬ν•œ 경계쑰건을 λͺ¨λ‘ λͺ¨μ‚¬ν•˜κΈ°λŠ” 여건상 쉽지 μ•Šμ•„ λ‹¨μˆœνžˆ 캐비닛과 μ§„λ™λŒ€λ₯Ό μš©μ ‘ λ“±μ˜ 방법을 μ‚¬μš©ν•΄ μΌμ²΄ν™”ν•˜μ—¬ μ‹€ν—˜μ„ μˆ˜ν–‰ν•œλ‹€(Lee and Jung, 2020). λ”°λΌμ„œ λŒ€λΆ€λΆ„ 기계·전기 λΆ„μ•Όμ—μ„œλŠ” μ•΅μ»€μ˜ 콘크리트 λ§€μž…λΆ€μ˜ 경우 μ‹œν—˜ ν‰κ°€μ˜ λŒ€μƒμœΌλ‘œ ν•˜μ§€ μ•Šκ³  캐비닛 본체의 ꡬ쑰적 κ±΄μ „μ„±λ§Œμ„ λŒ€μƒμœΌλ‘œ μœ‘μ•ˆ 검사 등을 톡해 ν‰κ°€ν•˜κ³  μžˆλŠ” 싀정이닀.

일반적으둜 μ›μžλ ₯ μ„€λΉ„λ₯Ό μ œμ™Έν•œ λŒ€λΆ€λΆ„μ˜ μ‹œμ„€λ¬Ό λ‚΄ μ„€μΉ˜λ˜λŠ” μ „κΈ° μΊλΉ„λ‹›μ˜ 경우 콘크리트 μŠ¬λž˜λΈŒμ— ν›„μ„€μΉ˜ μ•΅μ»€λ‘œ κ³ μ •λœ 채널과 μΊλΉ„λ‹›μ˜ λ°”λ‹₯판이 볼트둜 μ—°κ²°λ˜μ–΄ μ§€μ§€λ˜λŠ” μ •μ°© μ‹œμŠ€ν…œμ„ μ‚¬μš©ν•œλ‹€(Lee and Jung, 2022). μ „κΈ° μΊλΉ„λ‹›μ˜ ν”Όν•΄ μœ ν˜•μ€ ν•΄λ‹Ή μ‹œμ„€μš”μ†Œμ˜ μžμ€‘, 높이, 고정방식 λ“±κ³Ό 같은 μš”μΈμ— μ˜ν•˜μ—¬ λ‹€μ–‘ν•œ ν”Όν•΄κ°€ λ°œμƒν•˜κ²Œ λœλ‹€(Perry et al., 2009). κ·Έ 쀑 λŒ€λΆ€λΆ„μ˜ 경우 μ™Έλ ₯에 μ˜ν•˜μ—¬ 캐비닛 ν•˜λΆ€μ— 응λ ₯이 μ§‘μ€‘λ¨μœΌλ‘œμ¨ κ³ μ •λΆ€ μ•΅μ»€μ˜ νƒˆλ½ 및 νŒŒμ†μ΄ λ°œμƒν•˜κ²Œ 되며, Fig. 2와 같이 μΊλΉ„λ‹›μ˜ 전도(Overturning)둜 μ΄μ–΄μ§€λŠ” ν”Όν•΄κ°€ κ°€μž₯ 많이 보고되고 μžˆλ‹€(Barnett, 2020).

이와 같은 λ°œμƒ 원인에 λ”°λ₯Έ μΊλΉ„λ‹›μ˜ μ£Όμš” μœ„ν—˜ λΆ€μœ„λŠ” 고정에 μ‚¬μš©λ˜λŠ” ν›„μ„€μΉ˜ μ•΅μ»€λ‘œ κ·Έ μ€‘μš”μ„±μ„ 인식할 수 μžˆμ§€λ§Œ, κ΅­λ‚΄μ˜ 경우 건섀 및 ν† λͺ© λΆ„μ•Όμ—μ„œ μˆ˜ν–‰λ˜λŠ” 일반적인 재료 μ‹œν—˜μœΌλ‘œ μ•΅μ»€μ˜ μ„±λŠ₯ 평가λ₯Ό λŒ€μ²΄ν•˜κ³  μžˆλŠ” 싀정이닀(Lee and Park, 2005). 일반적인 액컀에 λŒ€ν•œ 재료 μ‹œν—˜μ˜ 경우 ν‰κ°€ν•˜κ³ μž ν•˜λŠ” 액컀에 λ‹¨μˆœν•˜κ²Œ μ‹€ν—˜μš© 지그(Jig) 등을 μ΄μš©ν•˜μ—¬ 1좕에 λŒ€ν•œ 전단 및 인발 μ„±λŠ₯ ν‰κ°€λ§Œμ΄ μˆ˜ν–‰λ˜λ©°, 이λ₯Ό λ°”νƒ•μœΌλ‘œ 섀계기쀀에 따라 만쑱 μ—¬λΆ€λ₯Ό νŒκ°€λ¦„ν•œλ‹€. ν•˜μ§€λ§Œ μ‹€μ œ ν˜„μž₯μ—μ„œμ˜ μ„€μΉ˜ 쑰건은 캐비닛 λ°”λ‹₯κ³Ό 액컀 간에 λ„ˆνŠΈλ‘œ 체결이 됨으둜써 ꡬ쑰적 연결성이 λΆ€μ—¬λ˜κ³ , 이에 λ”°λ₯Έ λͺ¨λ©˜νŠΈ ν•˜μ€‘μ΄ λ°œμƒλ˜κΈ° λ•Œλ¬Έμ— μ•΅μ»€μ˜ 거동 νŠΉμ„±μ΄ μ„œλ‘œ λ‹€λ₯Ό 수 μžˆλ‹€(Bang et al., 2020). 이에 따라 μ‹€μ œ ν˜„μž₯ μ„€μΉ˜ 쑰건이 고렀된 ν›„μ„€μΉ˜ μ•΅μ»€μ˜ μ„±λŠ₯ 평가λ₯Ό 톡해 정착뢀에 μ „λ‹¬λ˜λŠ” ν•˜μ€‘μ„ λΆ„μ„ν•˜μ—¬ μ„±λŠ₯을 ν™•μΈν•˜κ³  비ꡐ해 λ³Ό ν•„μš”κ°€ μžˆλ‹€. λ³Έ μ—°κ΅¬μ—μ„œλŠ” μ„ ν–‰ 연ꡬ 및 λ¬Έν—Œ 쑰사λ₯Ό 톡해 μΊλΉ„λ‹›μ˜ μ •μ°© μ‹œμŠ€ν…œμ— 많이 μ‚¬μš©λ˜λŠ” M12 ν›„μ„€μΉ˜ 웨지 액컀λ₯Ό 연ꡬ λŒ€μƒμœΌλ‘œ μ„ μ •ν•˜κ³ , μΆ• ν•˜μ€‘μ„ 액컀에 μ§μ ‘μ μœΌλ‘œ κ°€λ ₯ ν•˜λŠ” 방법이 μ•„λ‹Œ μ•΅μ»€λ‘œ κ³ μ •λœ ꡬ쑰물에 ν•˜μ€‘μ„ κ°€λ ₯ ν•˜μ—¬ μ‹€μ œμ™€ μœ μ‚¬ν•˜κ²Œ ν•˜μ€‘μ΄ 전달될 수 μžˆλ„λ‘ μ‹€ν—˜ 방법을 κ³ μ•ˆν•˜μ˜€λ‹€. 이λ₯Ό 톡해 μΈ‘μ •λœ μ•΅μ»€μ˜ 전달 ν•˜μ€‘μ„ 일반적인 재료 μ‹œν—˜μ˜ 액컀 μ„±λŠ₯κ³Ό λΉ„κ΅ν•˜μ—¬ μ„±λŠ₯ 차이λ₯Ό ν™•μΈν•˜κ³  파괴 μœ ν˜• 및 ν•˜μ€‘ κ²½ν–₯을 λΆ„μ„ν•˜λŠ” 것이 μ—°κ΅¬μ˜ μ£Όλͺ©μ μ΄λ‹€.

ν•œνŽΈ, κ³ μ•ˆλœ μ‹€ν—˜μ˜ 신뒰성을 κ²€μ¦ν•˜κΈ° μœ„ν•˜μ—¬ 해석적 μ ‘κ·Ό 방식을 ν†΅ν•˜μ—¬ μ‹€ν—˜κ³Όμ˜ κ²°κ³Όλ₯Ό λΉ„κ΅ν•˜μ˜€μœΌλ©°, 이λ₯Ό ν†΅ν•˜μ—¬ ν–₯ν›„ μ „κΈ° μΊλΉ„λ‹›μ˜ 정착뢀에 μ‚¬μš©λœ μ•΅μ»€μ˜ ꡬ쑰적 μ„±λŠ₯ μƒνƒœ νŒŒμ•…μ„ μœ„ν•œ 예츑 κ°€λŠ₯ν•œ ν•˜μ€‘ 정보λ₯Ό μ œκ³΅ν•˜κ³ μž ν•œλ‹€.

Fig. 1. Performance Evaluation Criteria by Field for a Electric Cabinet
../../Resources/KSCE/Ksce.2023.43.6.0709/fig1.png
Fig. 2. Overturning Damage due to External Forces
../../Resources/KSCE/Ksce.2023.43.6.0709/fig2.png

2. μ‹€ν—˜μ  연ꡬ

2.1 μ„ ν–‰ 연ꡬ

κ΅­λ‚΄ λ°œμ „μš© μ „κΈ° 캐비닛 μ„€λΉ„μ˜ ꡬ쑰적 건전성을 ν‰κ°€ν•˜κΈ° μœ„ν•œ κ·œμ •μ€ 건좕섀계기쀀 KBC(AIK, 2016)을 μ°Έκ³ ν•˜κ³  μžˆλ‹€. 이 기쀀은 ASCE 7-10을 μ°Έκ³ ν•˜μ—¬ 2009λ…„ μ œμ •λ˜μ—ˆμœΌλ©°, μ„±λŠ₯ λͺ©ν‘œλ₯Ό λ‹¬μ„±ν•˜κΈ° μœ„ν•΄ μ‹œμ„€ 별 κ³΅ν†΅μœΌλ‘œ μ μš©λ˜λŠ” 건좕 섀계 기쀀이닀. 이 κΈ°μ€€μ—μ„œμ˜ ν˜„μž₯ μ„€μΉ˜μš© ν›„μ„€μΉ˜ 액컀에 λŒ€ν•œ μ„±λŠ₯ κ²€ν† λŠ” κ΅­μ™Έ 기쀀인 ACI(American Concrete Institute) 및 EOTA(European Organization for Technical Approvals)λ₯Ό μ°Έκ³ ν•˜μ—¬ μ œμ •λœ 콘크리트용 액컀 섀계 κΈ°μ€€(KDS 14 20 54)에 μ˜κ±°ν•˜μ—¬ κ²€ν† λ₯Ό μˆ˜ν–‰ν•˜λ„λ‘ λͺ…μ‹œλ˜μ–΄ μžˆλ‹€. 이에 μ„ ν–‰ μ—°κ΅¬μ—μ„œλŠ” 일반적으둜 μ „κΈ° μΊλΉ„λ‹›μ˜ 정착뢀에 많이 μ‚¬μš©λ˜λŠ” M12 웨지 액컀(Wedge Anchor)λ₯Ό λŒ€μƒμœΌλ‘œ λ―Έκ΅­ ACI κΈ°μ€€κ³Ό 유럽 EOTA 기쀀에 따라 콘크리트 슬래브의 κ· μ—΄ 폭을 λ§€κ°œλ³€μˆ˜ 쑰건으둜 λ‹€μŒκ³Ό 같은 재료 μ‹œν—˜μ΄ μˆ˜ν–‰λ˜μ—ˆλ‹€(Kim, 2020).

2.1.1 μ‹œν—˜ 방법 및 λ‚΄μš©

액컀가 μ‚½μž…λ˜λŠ” 콘크리트 μ‹œνŽΈμ˜ 경우 섀계기쀀 강도($f_{ck}$)λŠ” λŒ€μ²­μˆ˜λ ₯λ°œμ „μ†Œμ˜ ν˜‘μ‘°λ₯Ό λ°›μ•„ λ³΄μœ μ€‘μΈ μ€€κ³΅λ„μ„œ 및 섀계도λ₯Ό μ°Έκ³ ν•˜μ—¬ 21 MPa둜 μ„€μ •λ˜μ—ˆμœΌλ©°, μ‚¬μ΄μ¦ˆλŠ” 액컀 맀립에 μ˜ν•œ 콘 파괴 유효 반경(R150) 및 UTM μ„€μΉ˜ 쑰건 등을 κ³ λ €ν•˜μ—¬ 500Γ—500Γ—200 mm3으둜 κ²°μ •λ˜μ—ˆλ‹€. 액컀에 λŒ€ν•œ ꡬ쑰적 μ„±λŠ₯을 κ²€ν†  μ‹œ κ· μ—΄ μ½˜ν¬λ¦¬νŠΈμ— λ§€λ¦½ν•˜μ—¬ μˆ˜ν–‰ν•˜λ„λ‘ ACI 및 EOTA 기쀀에 λͺ…μ‹œλ˜μ–΄ 있기 λ•Œλ¬Έμ— κΈ°μ€€μ—μ„œ μš”κ΅¬λ˜λŠ” κ· μ—΄ 폭 0.5 mm의 μ‹œνŽΈ 10κ°œκ°€ μ œμž‘λ˜μ—ˆλ‹€. μ‹œν—˜ 방법은 ASTM 기쀀에 따라 100 kN UTM을 μ΄μš©ν•˜μ—¬ Fig. 3κ³Ό 같이 액컀에 μ§μ ‘μ μœΌλ‘œ λ³€μœ„ ν•˜μ€‘μ„ κ°€λ ₯ ν•˜λŠ” 방식이 μ‚¬μš©λ˜μ—ˆλ‹€(ASTM International, 2003). μ μš©ν•˜μ€‘ 방법은 액컀가 νŒŒμ†λ  λ•ŒκΉŒμ§€ 전체 거동에 λŒ€ν•œ ν•˜μ€‘-λ³€μœ„ 데이터λ₯Ό μ–»κΈ° μœ„ν•΄ 천천히 ν•˜μ€‘μ„ κ°€ν•˜λŠ” μ—°μ†ν•˜μ€‘ 방법(T-01)이 μ‚¬μš©λ˜μ—ˆλ‹€.

Fig. 3. Specimen Setup Status: (a) Shear Test, (b) Pull-out Test
../../Resources/KSCE/Ksce.2023.43.6.0709/fig3.png

2.1.2 μ„ ν–‰ 연ꡬ κ²°κ³Ό

전단 μ‹œν—˜μ— λŒ€ν•œ 파괴λͺ¨λ“œλŠ” Fig. 4와 같이 콘크리트-액컀 κ°„μ˜ κ²°ν•© νŒŒκ΄΄κ°€ μ•„λ‹Œ μ•΅μ»€μ˜ κ°•μž¬ νŒŒκ΄΄κ°€ λ‚˜νƒ€λ‚¬μœΌλ©°, 인발 μ‹œν—˜μ˜ 파괴λͺ¨λ“œλŠ” 콘크리트-액컀 κ°„μ˜ 점착λ ₯에 μ˜ν•œ 콘크리트 콘 νŒŒκ΄΄κ°€ λ‚˜νƒ€λ‚¬λ‹€. Fig. 5와 같이 재료 μ‹œν—˜μ„ ν†΅ν•˜μ—¬ μΈ‘μ •λœ 각 μ‹€ν—˜μ²΄ 별 μ΅œλŒ€ 전단 ν•˜μ€‘μ€ 23.0~25.0 kN λ²”μœ„ λ‚΄μ—μ„œ μΈ‘μ •λ˜μ—ˆμœΌλ©°, 평균값은 μ΅œλŒ€, μ΅œμ†Ÿκ°’μ„ μ œμ™Έν•œ λ‚˜λ¨Έμ§€ 3개λ₯Ό ν‰κ· ν•˜μ—¬ 24.1 kN으둜 μ‚°μ •λ˜μ—ˆλ‹€. μ΅œλŒ€ 인발 ν•˜μ€‘μ˜ 경우 26.0~30.0 kN λ²”μœ„ λ‚΄μ—μ„œ μΈ‘μ •λ˜μ—ˆμœΌλ©°, ν˜„μž₯ μ„€μΉ˜ 쑰건을 λ°˜μ˜ν•œ μ‹€ν—˜ 결과와 비ꡐ될 평균값은 28.1 kN으둜 μ‚°μ •λ˜μ—ˆλ‹€.

Fig. 4. Appearance of Specimen Failure Modes: (a) Shear, (b) Pull-out
../../Resources/KSCE/Ksce.2023.43.6.0709/fig4.png
Fig. 5. Representative Load-Displacement Curve and Comparing Results of Each Test: (a) Shear, (b) Pull-out
../../Resources/KSCE/Ksce.2023.43.6.0709/fig5.png

2.2 ν˜„μž₯ μ„€μΉ˜ 쑰건을 λ°˜μ˜ν•œ μ‹€ν—˜μ  연ꡬ

2.2.1 μ‹€ν—˜ κ°œμš”

일반적으둜 λ°œμ „μ†Œ μš΄μš©μ„ μœ„ν•œ ν†΅μ œ 및 μ œμ–΄λ₯Ό λ‹΄λ‹Ήν•˜λŠ” 기계 및 μ „κΈ°μ„€λΉ„λŠ” λŒ€λΆ€λΆ„ 캐비닛 ν˜•μ‹μœΌλ‘œ κ΅¬μ„±λ˜μ–΄ 있으며, 캐비닛 λ°”λ‹₯κ³Ό 슬래브λ₯Ό ν›„μ„€μΉ˜ μ•΅μ»€λ‘œ μ²΄κ²°ν•˜μ—¬ μžλ¦½μ‹μœΌλ‘œ μ„€μΉ˜λœλ‹€. λ³Έ λ…Όλ¬Έμ˜ 2.1μ ˆμ—μ„œ μ–ΈκΈ‰ν•œ μ„ ν–‰ μ—°κ΅¬μ˜ 경우 단일 액컀에 λŒ€ν•œ 기계적 μ„±λŠ₯을 μΈ‘μ •ν•˜κΈ° μœ„ν•œ 재료 μ‹œν—˜μœΌλ‘œμ¨ μ‹€μ œ ꡬ쑰물에 μ„€μΉ˜λœ μƒνƒœμ˜ 액컀와 μ „λ‹¬λ˜λŠ” ν•˜μ€‘ 및 거동 νŠΉμ„±μ΄ 상이할 수 μžˆλ‹€. λ”°λΌμ„œ μœ„μ™€ 같은 사항을 κ³ λ €ν•˜κΈ° μœ„ν•΄ μ‹€μ œ 캐비닛을 μ΄μš©ν•˜μ—¬ ν˜„μž₯ μ„€μΉ˜ 쑰건이 반영된 ν›„μ„€μΉ˜ μ•΅μ»€μ˜ μ„±λŠ₯ μ‹€ν—˜μ„ μˆ˜ν–‰ν•˜λŠ” 것이 νƒ€λ‹Ήν•˜μ§€λ§Œ 경제적, 곡간적 μ œμ•½μœΌλ‘œ μ‹€ν—˜μ„ μˆ˜ν–‰ν•˜κΈ°μ— 어렀움이 μžˆμ–΄ Fig. 6κ³Ό 같은 κ°•μž¬ κΈ°λ‘₯κ³Ό λ°›μΉ¨μœΌλ‘œ κ΅¬μ„±λœ μ‹€ν—˜μ²΄λ‘œ λŒ€μ²΄ν•˜μ—¬ 정적 μ„±λŠ₯ μ‹€ν—˜μ„ μˆ˜ν–‰ν•˜μ˜€λ‹€.

Fig. 6. Dimension and Prototype of the Alternative Specimen
../../Resources/KSCE/Ksce.2023.43.6.0709/fig6.png

2.2.2 μ‹€ν—˜ 방법 및 λ‚΄μš©

일반ꡬ쑰용 κ°•μ² (SS400)둜 κ΅¬μ„±λœ λ‘κ»˜ 3.2 t의 κ°•μž¬ κΈ°λ‘₯ 및 받침을 5개 μ œμž‘ν•˜μ˜€μœΌλ©°, UTM ν•˜μ€‘μ„ μ μš©ν•  수 μžˆλ„λ‘ μ‹€ν—˜μš© 지그 1κΈ°λ₯Ό 맞좀 μ œμž‘ν•˜μ˜€λ‹€. ν›„μ„€μΉ˜ 액컀가 μ„€μΉ˜λ˜λŠ” κ°•μž¬ λ°›μΉ¨λŒ€μ˜ 경우 μ•΅μ»€μ˜ 연단 거리λ₯Ό κ³ λ €ν•˜μ—¬ 600Γ—600Γ—20 mm3둜 μ œμž‘ν•˜μ˜€μœΌλ©°, 연단 거리의 산정은 ν›„μ„€μΉ˜ μ•΅μ»€μ˜ 직경 및 λ§€μž… 깊이λ₯Ό κ³ λ €ν•œ μ„ ν–‰ 연ꡬλ₯Ό μ°Έκ³ ν•˜μ—¬ λ§€μž… 깊이의 2배둜 μ‚°μ •ν•˜μ˜€λ‹€(Suth and Yoo, 2014). 콘크리트 슬래브의 경우 μ„ ν–‰ 연ꡬ와 λ™μΌν•œ 섀계기쀀 강도($f_{ck}$) 21 MPa의 μ‹œνŽΈ 5개λ₯Ό μ œμž‘ν•˜μ˜€λ‹€. μ‹œνŽΈ ν¬κΈ°λŠ” ASTM κΈ°μ€€μ—μ„œ μ œμ‹œν•œ 콘 파괴 유효 반경인 μ‹€ν—˜μ²΄μ˜ λ‘κ»˜(1.5$h_{ef}$)λ₯Ό ν™•λ³΄ν•˜κ³  UTM μ„€μΉ˜ 쑰건 등을 κ³ λ €ν•˜μ—¬ 1,300Γ— 1,300Γ—200 mm3둜 μ œμž‘ν•˜μ˜€μœΌλ©°, 재료 μ‹œν—˜κ³Όμ˜ 비ꡐλ₯Ό μœ„ν•΄ 길이 200 mm, 깊이 100 mm, 폭 0.5 mm의 Steel Plateλ₯Ό 타섀 μ‹œ 상뢀에 μ‚½μž…ν•˜λŠ” λ°©λ²•μœΌλ‘œ λ™μΌν•œ 균열을 μƒμ„±μ‹œμΌ°λ‹€. ν•˜μ€‘ κ°€λ ₯은 100 kN μš©λŸ‰μ˜ μœ μ••μ‹ 싀린더(UTM)λ₯Ό μ΄μš©ν•˜μ—¬ λΆ„λ‹Ή 2 mm의 ν•˜μ€‘μ†λ„λ₯Ό κ°€ν•˜μ˜€λ‹€. Fig. 7은 μ‹€ν—˜μ²΄μ˜ ν•˜λΆ€μ— ν•΄λ‹Ήλ˜λŠ” κ°•μž¬ λ°›μΉ¨λŒ€μ™€ 콘크리트 μ‹œνŽΈμ— λŒ€ν•œ μ œμ› 및 ν˜•μƒμ„ 보여쀀닀.

ν•˜μ€‘ κ°€λ ₯에 따라 λ°œμƒν•˜λŠ” λ³€μœ„λ₯Ό μΈ‘μ •ν•˜κΈ° μœ„ν•΄ μ‹€ν—˜μ²΄ 상뢀와 ν‰ν–‰ν•œ μœ„μΉ˜μ— 와이어 (Wire LVDT) λ³€μœ„κ³„λ₯Ό μ„€μΉ˜ν•˜μ˜€λ‹€. κΈ°λ‘₯의 μ†Œμ„±λ³€ν˜•μ΄ λ°œμƒν•˜λŠ” 지 μ—¬λΆ€λ₯Ό ν™•μΈν•˜κΈ° μœ„ν•˜μ—¬ ν•˜μ€‘κ°€λ ₯ λ°©ν–₯의 μ „ν›„λ‘œ κ°•μž¬ κΈ°λ‘₯ ν•˜λΆ€μ— 1μΆ• λ³€ν˜•λ₯  계(Strain gage)λ₯Ό λΆ€μ°©ν•˜μ˜€μœΌλ©°, 콘크리트 μŠ¬λž˜λΈŒμ— μ„€μΉ˜λœ ν›„μ„€μΉ˜ 액컀(4개)에 100 kN의 전달 ν•˜μ€‘μ„ μΈ‘μ •ν•  수 μžˆλŠ” 링 νƒ€μž…(Ring type) λ‘œλ“œμ…€μ„ μ„€μΉ˜ν•˜μ—¬ 인발λ ₯을 μΈ‘μ •ν•˜μ˜€λ‹€. μœ μ•• 풀링 잭과 ν•˜μ€‘μ„ 컨트둀 ν•  수 μžˆλŠ” μ„œλ²„λ₯Ό μ΄μš©ν•˜μ—¬ 액컀 ν•˜μ€‘μ„ μΈ‘μ •ν•˜μ˜€μœΌλ©°, μΈ‘μ •λœ λ°μ΄ν„°λŠ” 데이터 둜거λ₯Ό μ΄μš©ν•˜μ—¬ 기둝 및 μ €μž₯ ν•˜μ˜€λ‹€. Fig. 8은 전체적인 μ‹€ν—˜μ²΄μ˜ μ„€μΉ˜ ꡬ성 및 전경을 보여쀀닀.

Fig. 7. Specifications and Shapes of Lower Specimens
../../Resources/KSCE/Ksce.2023.43.6.0709/fig7.png
Fig. 8. Configuration of the Push over Experiment
../../Resources/KSCE/Ksce.2023.43.6.0709/fig8.png

2.2.3 κ²°κ³Ό 비ꡐ 및 뢄석

ν˜„μž₯ μ„€μΉ˜ 쑰건을 λ°˜μ˜ν•œ ν›„μ„€μΉ˜ μ•΅μ»€μ˜ 정적 ν•˜μ€‘ μ‹€ν—˜ 파괴 λͺ¨λ“œλŠ” Fig. 9와 같이 5개 μ‹€ν—˜κ΅° λͺ¨λ‘ μ•΅μ»€μ˜ κ°•μž¬ νŒŒκ΄΄κ°€ μ•„λ‹Œ 콘크리트-액컀 결합에 μ˜ν•œ 콘크리트 콘 νŒŒκ΄΄κ°€ λ°œμƒν•˜μ˜€λ‹€. Fig. 10은 인μž₯뢀에 ν•΄λ‹Ήλ˜λŠ” ν›„μ„€μΉ˜ 액컀 쀑 μ΅œλŒ“κ°’μ΄ μΈ‘μ •λœ LC 1을 λŒ€μƒμœΌλ‘œ λŒ€ν‘œμ μΈ λ³€μœ„ν•˜μ€‘ 곑선 및 각 μΌ€μ΄μŠ€ 별 μ΅œλŒ€ 인발 ν•˜μ€‘μ„ λΉ„κ΅ν•˜μ—¬ λ‚˜νƒ€λ‚Έ 것이닀. 각 μ‹€ν—˜μ²΄ 별 μ΅œλŒ€ 인발 ν•˜μ€‘μ€ 29.0~32.0 kN λ²”μœ„ λ‚΄μ—μ„œ μΈ‘μ •λ˜μ—ˆμœΌλ©°, 평균 ν•˜μ€‘ 값은 30.9 kN으둜 선행연ꡬ 결과보닀 μ•½ 10 % λ†’κ²Œ λ‚˜νƒ€λ‚¬λ‹€. μ΄λŠ” 액컀와 ꡬ쑰물 κ°„μ˜ λ„ˆνŠΈμ— μ˜ν•œ 체결λ ₯이 μ„±λŠ₯에 반영된 κ²ƒμœΌλ‘œ νŒλ‹¨λœλ‹€. μ„ ν–‰ 재료 μ‹œν—˜μ˜ 인발 μ‹œν—˜μ— λŒ€ν•œ ν•˜μ€‘ κ²½ν–₯은 Fig. 5와 같이 μ΄ˆκΈ°μ— μ•΅μ»€μ˜ μ΅œλŒ€ μ„±λŠ₯이 λ°œν˜„λ˜κ³  μ‹œκ°„μ΄ 지남에 따라 κ°μ†Œλ˜λŠ” 반면, ν˜„μž₯ μ„€μΉ˜ 쑰건이 반영된 μ‹€ν—˜μ˜ 경우 Fig. 11κ³Ό 같이 μ΄ˆκΈ°μ— 강성이 μ„ ν˜•μ μœΌλ‘œ μ¦κ°€ν•˜λ©΄μ„œ μ½˜ν¬λ¦¬νŠΈκ°€ νŒŒκ΄΄λ˜λŠ” μ‹œμ μ— μ΅œλŒ€ μ„±λŠ₯이 λ°œν˜„λ˜λŠ” κ²ƒμœΌλ‘œ λ‚˜νƒ€λ‚¬λ‹€. 액컀에 λ°œμƒλ˜λŠ” 전단 ν•˜μ€‘μ˜ 경우 λ³Έ μ—°κ΅¬μ˜ μ‹€ν—˜ 방법과 같이 ꡬ쑰물에 μ„€μΉ˜λœ ν›„μ„€μΉ˜ 액컀에 λŒ€ν•˜μ—¬ ν•˜μ€‘μ„ μΈ‘μ •ν•  수 μžˆλŠ” μž₯λΉ„κ°€ ν˜„μž¬ κ΅­λ‚΄μ—λŠ” μ—†λŠ” κ²ƒμœΌλ‘œ μ‘°μ‚¬λ˜μ–΄ λΆ€λ“μ΄ν•˜κ²Œ μΈ‘μ • ν•  수 μ—†μ—ˆλ‹€(Yun et al., 2019). ν˜„μž¬λ‘œμ„  해석적 연ꡬλ₯Ό ν†΅ν•œ μ ‘κ·Ό 방식이 μœ μΌν•˜λ©°, ν–₯ν›„ 전단 ν•˜μ€‘μ„ μΈ‘μ •ν•  수 μžˆλŠ” μ‹€ν—˜μ  방법에 λŒ€ν•˜μ—¬ 좔가적인 연ꡬ가 ν•„μš”ν•  κ²ƒμœΌλ‘œ μ‚¬λ£Œλœλ‹€.

Fig. 9. Representative Failure Modes of the Specimen after the end of the Experiment
../../Resources/KSCE/Ksce.2023.43.6.0709/fig9.png
Fig. 10. Representative Load-Displacement Curve and Comparing Results at LC 1
../../Resources/KSCE/Ksce.2023.43.6.0709/fig10.png
Fig. 11. The Tendency of Tension and Compressive Loads of Post-Installed Anchor Considering On-Site Installation Conditions
../../Resources/KSCE/Ksce.2023.43.6.0709/fig11.png

3. μ‹ λ’°μ„± 검증을 μœ„ν•œ 해석적 연ꡬ

3.1 3차원 해석 λͺ¨λΈλ§

λ³Έ λ…Όλ¬Έμ˜ μ‹€ν—˜μ  연ꡬ에 λŒ€ν•˜μ—¬ λ²”μš© ꡬ쑰 해석 ν”„λ‘œκ·Έλž¨μΈ ABAQUS을 μ΄μš©ν•˜μ—¬ 신뒰성을 κ²€ν† ν•˜μ˜€λ‹€. FE λͺ¨λΈλ§μ˜ ꡬ성은 Fig. 12와 κ°•μž¬ κΈ°λ‘₯κ³Ό 상뢀 Jig, ν•˜λΆ€ Stiffener 및 Base Plateλ₯Ό 3μžμœ λ„ 8지점과 μ΅œμ†Œμ˜ 적뢄점을 μ‚¬μš©ν•˜λŠ” μ†”λ¦¬λ“œ μš”μ†Œ (8-Node Solid element, C3D8R)둜 κ΅¬μ„±ν•˜μ˜€μœΌλ©°, μ‹€ν—˜μ²΄μ™€ 콘크리트λ₯Ό κ³ μ •ν•˜λŠ” ν›„μ„€μΉ˜ 액컀 μ—­μ‹œ C3D8R μš”μ†Œλ‘œ κ΅¬ν˜„ν•˜μ˜€λ‹€. μ‹€ν—˜μ— μ‚¬μš©λœ κ°•μž¬ κΈ°λ‘₯κ³Ό 지그, 그리고 λ°›μΉ¨λŒ€μ— μ—°κ²°λœ μš”μ†Œλ“€μ€ μš©μ ‘μœΌλ‘œ μ—°κ²°λ˜μ–΄ μžˆλ‹€. μš©μ ‘μ€ 병진방ν–₯κ³Ό νšŒμ „ μžμœ λ„μ— λ”°λ₯Έ ꡬ속 쑰건이 λ‹€λ₯Έ 역학적 거동을 λ‚˜νƒ€λƒ„μ— 따라 ABAQUS ν”Œλž«νΌμ˜ Tie κΈ°λŠ₯κ³Ό Coupling κΈ°λŠ₯을 μ‘°ν•©ν•˜μ—¬ κ²°ν•© λ°©ν–₯에 따라 μžμœ λ„λ₯Ό κ΅¬μ†ν•˜μ—¬ μ‹€μ œ μš©μ ‘ 효과λ₯Ό κ΅¬ν˜„ν•˜μ˜€λ‹€. 재료 νŠΉμ„±μ΄ μ„œλ‘œ λ‹€λ₯Έ 두 μš”μ†Œ κ°„ 접촉면은 λ§ˆμ°°μ„ κ³ λ €ν•œ μŠ¬λΌμ΄λ”© 효과λ₯Ό λ°œμƒν•  수 μžˆλ„λ‘ ν•΄μ„ν”„λ‘œκ·Έλž¨ λ‚΄ μƒν˜Έμž‘μš© ν•  수 μžˆλŠ” κΈ°λŠ₯인 Interaction κΈ°λŠ₯을 μ‚¬μš©ν•˜μ—¬ λͺ¨λΈλ§μ„ μˆ˜ν–‰ν•˜μ˜€λ‹€(Hur, 2012).

λͺ¨λΈλ§μ— 적용된 ν•˜μ€‘ 및 경계 쑰건의 경우 정적 μ„±λŠ₯ μ‹€ν—˜μ—μ„œμ˜ M12 액컀 κ· μ—΄ 콘크리트의 인발 μ‹€ν—˜μ—μ„œ μΈ‘μ •λœ μ΅œλŒ€ λ³€μœ„ κ°’ 50.0 mmλ₯Ό μ‹€ν—˜κ³Ό λ™μΌν•œ 쑰건으둜 Fig. 13κ³Ό 같이 상뢀 μ§€κ·Έμ˜ Axis-x좕에 ν•΄λ‹Ήλ˜λŠ” 면에 λ³€μœ„ ν•˜μ€‘μœΌλ‘œ μ μš©ν•˜μ˜€μœΌλ©°, 콘크리트 슬래브 λ°”λ‹₯면의 λͺ¨λ“  λ°©ν–₯에 λŒ€ν•œ μžμœ λ„λ₯Ό 0으둜 μ„€μ •ν•˜μ—¬ μ™„μ „ν•œ κ΅¬μ†μœΌλ‘œ μ •μ˜ν•˜μ˜€λ‹€.

λ³Έ 해석적 μ—°κ΅¬μ—μ„œ κ°€μž₯ μ€‘μš”μ‹œ λ˜λŠ” μ•΅μ»€μ˜ 경계 쑰건에 λŒ€ν•œ λͺ¨λΈλ§μ˜ 경우 Fig. 14와 같이 액컀와 λ„ˆνŠΈκ°€ μ ‘μ΄‰λ˜λŠ” 면적은 Tie κΈ°λŠ₯을 μ‚¬μš©ν•˜μ—¬ 일체 κ±°λ™μ‹œμΌ°μœΌλ©°, Surface to surface contact κΈ°λŠ₯을 μ‚¬μš©ν•˜μ—¬ 접촉면 κ°„μ˜ λ§ˆμ°°μ„ κ³ λ €ν•˜μ˜€λ‹€. λ„ˆνŠΈμ™€ μ ‘μ΄‰λ˜λŠ” ν•˜λΆ€ plate의 경우 κ°•μž¬μ™€ κ°•μž¬κ°€ μ ‘μ΄‰λ˜λ―€λ‘œ λ§ˆμ°°κ³„μˆ˜ 0.1, 액컀와 μ ‘μ΄‰λ˜λŠ” 콘크리트의 경우 κ°•μž¬μ™€ μ½˜ν¬λ¦¬νŠΈκ°€ μ ‘μ΄‰λ˜λ―€λ‘œ λ§ˆμ°°κ³„μˆ˜ 0.46을 μ μš©ν•˜μ—¬ 경계쑰건을 μ •μ˜ν•˜μ˜€λ‹€(Shaheen et al., 2017).

Fig. 12. Various Perspectives of Specimen FE Model
../../Resources/KSCE/Ksce.2023.43.6.0709/fig12.png
Fig. 13. Load And Boundary Condition of the FE Model
../../Resources/KSCE/Ksce.2023.43.6.0709/fig13.png
Fig. 14. Friction Coefficient of the Contact for Each Material: (a) Steel to Steel, (b) Steel to Concrete
../../Resources/KSCE/Ksce.2023.43.6.0709/fig14.png

3.2 λΉ„μ„ ν˜• 재료 λͺ¨λΈ

정적 μ„±λŠ₯ μ‹€ν—˜ μ‹œ 콘크리트 파괴 μ „κΉŒμ§€ μ•΅μ»€μ˜ νŒŒκ΄΄λŠ” λ°œμƒν•˜μ§€ μ•Šμ•˜μ§€λ§Œ μ‹€ν—˜ 여건 상 항볡점을 μΈ‘μ •ν•˜κΈ° μœ„ν•œ λ³„λ„μ˜ 계츑기λ₯Ό 액컀에 μ§μ ‘μ μœΌλ‘œ μ„€μΉ˜ν•  수 μ—†μ–΄ 탄성 μ˜μ—­ λ‚΄μ—μ„œ 콘크리트의 νŒŒκ΄΄κ°€ λ°œμƒν•˜μ˜€λŠ”μ§€ μ—¬λΆ€λ₯Ό νŒλ‹¨ν•˜κΈ° μ–΄λ ΅λ‹€. λ”°λΌμ„œ 재료 μ‹œν—˜μ„ ν†΅ν•˜μ—¬ μž‘μ„±λœ M12 ν›„μ„€μΉ˜ 액컀에 λŒ€ν•œ Fig. 15의 κ·Έλž˜ν”„λ₯Ό ν†΅ν•˜μ—¬ 탄성 및 μ†Œμ„± ꡬ간을 κ³ λ €ν•˜μ—¬ 해석에 μ μš©ν•˜μ˜€λ‹€. μ‹€μ œλ‘œ ν•˜μ€‘μ΄ 가해지면 μ•΅μ»€μ˜ μ‹œνŽΈμ΄ λŠ˜μ–΄λ‚˜λ©΄μ„œ μ‹œνŽΈμ˜ 단면적이 κ°μ†Œλ˜κΈ° λ•Œλ¬Έμ— μ‹€μ œ 단면 μˆ˜μΆ•μ„ λ°˜μ˜ν•˜μ—¬ κ΅¬ν•œ 응λ ₯인 진응λ ₯(True stress)으둜 λ³€ν˜•λ₯ μ„ λ„λ₯Ό ν†΅ν•˜μ—¬ 탄성 및 μ†Œμ„± ꡬ간을 κ²°μ •ν•˜λŠ” 것이 κ°€μž₯ μ •ν™•ν•˜λ‹€(Lim and Lee, 2009). ν•˜μ§€λ§Œ μ‹€ν—˜μ  μ œμ•½μ— μ˜ν•˜μ—¬ μΆ•μ†Œλ˜λŠ” 단면에 λŒ€ν•˜μ—¬ 계츑을 ν•  μˆ˜κ°€ μ—†μ–΄ 초기 단면적을 κ³ λ €ν•œ 곡칭응λ ₯(Nominal stress)을 ν†΅ν•˜μ—¬ 액컀에 λŒ€ν•œ λΉ„μ„ ν˜• ꡬ성 λͺ¨λΈμ„ κ²°μ •ν•˜μ˜€λ‹€. 이에 따라 액컀에 μ μš©λ˜λŠ” νƒ„μ„±κ³„μˆ˜λŠ” 199596.7 MPa, 항볡강도 및 λ³€ν˜•λ₯ μ€ 각각 412.7 MPa, 0.0021둜 κ²°μ •ν•˜μ—¬ λΉ„μ„ ν˜• λͺ¨λΈμ„ κ΅¬μ„±ν•˜μ˜€λ‹€.

콘크리트 λ¬Όμ„±μΉ˜μ˜ 경우 일반적으둜 ABAQUS 해석 μ‹œ 많이 μ‚¬μš©λ˜λŠ” 콘크리트 손상 λͺ¨λΈ(Concrete Damaged Plasticity)을 μ‚¬μš©ν•˜μ˜€λ‹€. ABAQUSμ—μ„œ μ œμ‹œν•˜λŠ” CDP λͺ¨λΈμ€ 1μΆ• 인μž₯ 및 μ••μΆ• 응λ ₯μ—μ„œμ˜ 콘크리트 거동을 λ¬˜μ‚¬ν•  수 있으며, 이 λͺ¨λΈμ€ Lubliner 등이 처음으둜 μ œμ‹œν•˜κ³ , Lee 등에 μ˜ν•΄μ„œ λͺ¨λΈμ‹μ΄ μˆ˜μ •λ˜μ–΄ ν”„λ‘œκ·Έλž¨μ— λ„μž…λ˜μ—ˆλ‹€ (Lubliner et al., 1989; Lee and Fevans, 1998). 콘크리트 손상 μ†Œμ„±λͺ¨λΈμ˜ κΈ°λ³Έλ³€μˆ˜λ‘œ 팽창각(Dilation angle), νŽΈμ‹¬μœ¨(Eccentricity), 응λ ₯λΉ„($f_{b0}/f_{c0}$), Kc λ³€μˆ˜, λΉ„μŠ€μ½”μŠ€ν‹° λ³€μˆ˜(Viscosity parameter) λ“±κ³Ό 같은 κ³„μˆ˜λ₯Ό μ„€μ •ν•˜μ—¬μ•Ό ν•œλ‹€. Fig. 16은 CDP λͺ¨λΈμ˜ 단좕 ν•˜μ€‘ μ‘°κ±΄μ—μ„œμ˜ 콘크리트의 거동응λ ₯μƒνƒœλ₯Ό λ‚˜νƒ€λ‚Έ 그림이며, 콘크리트 λ³€ν˜•μ˜ 경우, 인μž₯μ¦κ°•νš¨κ³Όλ₯Ό κ³ λ €ν•œ 철근의 평균 λ³€ν˜•λ₯ λ‘œ 곑λ₯ μ„ κ³„μ‚°ν•œ ν›„ 적뢄을 톡해 μ²˜μ§μ„ κ³„μ‚°ν•˜λŠ” EC 2(Eurocode 2) λͺ¨λΈμ„ μ΄μš©ν•˜μ—¬ 콘크리트의 응λ ₯-λ³€ν˜•λ₯  관계λ₯Ό μ •μ˜ν•˜μ˜€λ‹€. μ΄λŠ” 일반적인 ꡬ쑰 섀계 식을 ν†΅ν•˜μ—¬ λΆ€μž¬μ˜ μ²˜μ§μ„ κ΅¬ν•˜λŠ” 방법보닀 인μž₯ μ² κ·Ό λ³€ν˜•λ₯ λ‘œ 곑λ₯ μ„ κ³„μ‚°ν•œ ν›„ μ²˜μ§μ„ κ΅¬ν•¨μœΌλ‘œμ¨ μˆ˜μΉ˜ν•΄μ„μ˜ 집쀑 ν•˜μ€‘μ΄λ‚˜ 등뢄포 ν•˜μ€‘ λ“±κ³Ό 같은 ν•˜μ€‘ μž¬ν•˜ μƒνƒœλ₯Ό λ°˜μ˜ν•  수 μžˆλ‹€.

Fig. 15. Stress-strain Curve Material Properties for the Post-installed Anchor
../../Resources/KSCE/Ksce.2023.43.6.0709/fig15.png
Fig. 16. Response of Concrete to a Uniaxial Loading Condition: (a) Compression Behavior, (b) Tension Behavior
../../Resources/KSCE/Ksce.2023.43.6.0709/fig16.png

3.3 μ„ ν˜• 재료 λ¬Όμ„±

Table 1은 탄성 κ±°λ™μœΌλ‘œ κ°€μ •ν•œ κ°•μž¬ κΈ°λ‘₯에 λŒ€ν•˜μ—¬ 일반적으둜 μ‚¬μš©λ˜λŠ” κ°•μž¬ λ¬Όμ„±μΉ˜ 및 탄성 κ΅¬κ°„μ—μ„œμ˜ μ½˜ν¬λ¦¬νŠΈμ— λŒ€ν•œ 재료 물성을 λ‚˜νƒ€λ‚΄μ—ˆλ‹€. 해석에 μ‚¬μš©λœ 콘크리트 νƒ„μ„±κ³„μˆ˜($E_{c}$ )의 경우 μ‹€μ œ μ‹€ν—˜ μ‹œ λ³΄ν†΅κ³¨μž¬λ₯Ό μ‚¬μš©ν•˜μ—¬ μ œμž‘λ˜μ—ˆμœΌλ―€λ‘œ μ•„λž˜ Eqs. (1)∼(4)에 따라 κ³„μ‚°ν•˜μ—¬ μ μš©ν•˜μ˜€λ‹€.

(1)
$E_{c}= 8,\: 500\sqrt[3]{f_{cu}}(N/mm^{2})$
(2)
$f_{cu}= f_{ck}+\triangle f(N/mm^{2})$
(3)
$f_{ck}\le 40MPa :\triangle f = 4$
(4)
$f_{ck}\ge 60MPa :\triangle f = 6$

μ—¬κΈ°μ„œ, 섀계기쀀 강도($f_{ck}$)κ°€ Eqs. (3)κ³Ό (4)의 λ²”μœ„μ— λͺ¨λ‘ 포함될 경우 직선 보간법을 μ‚¬μš©ν•œλ‹€.

Table 1. Steel and Concrete Properties in the Elastic Region

Classification

Density

(t/mm3)

Modulus of elasticity

(MPa)

Poisson's Ratio

Steel

7.85E-09

2.0E+05

0.3

Concrete

2.40E-06

24,854

0.2

3.4 해석 κ²°κ³Ό 및 비ꡐ

해석 μ™„λ£Œ ν›„ Fig. 17κ³Ό 같이 정적 μ„±λŠ₯ μ‹€ν—˜μ—μ„œμ˜ 콘크리트 인μž₯뢀에 μ„€μΉ˜λœ 액컀듀(LC 1,2)κ³Ό λ™μΌν•œ μœ„μΉ˜μ˜ 액컀에 λ³€ν˜•μ΄ λ°œμƒλ˜μ—ˆμœΌλ©°, 인μž₯뢀와 μ••μΆ•λΆ€μ—μ„œ μ „λ‹¬λ˜λŠ” ν•˜μ€‘ κ²½ν–₯ μ—­μ‹œ μ‹€ν—˜ 결과와 μœ μ‚¬ν•˜κ²Œ λ‚˜νƒ€λ‚¬λ‹€(Fig. 11 μ°Έκ³ ).

ν›„μ„€μΉ˜ 액컀에 λ°œμƒν•œ μ΅œλŒ€ 인발 ν•˜μ€‘μ€ 액컀가 μ„€μΉ˜λœ 콘크리트 λΆ€μœ„μ˜ 인μž₯ 강도가 항볡에 λ„λ‹¬ν•˜μ˜€μ„ μ‹œ ν•΄λ‹Ή 지점에 μ„€μΉ˜λœ μ•΅μ»€μ˜ 수직λ ₯(Axis-Y, Bodyforce)을 μΈ‘μ •ν•˜μ˜€λ‹€. 콘크리트의 μ΅œλŒ€ 인μž₯κ°•λ„λŠ” Eq. (5)에 μ˜κ±°ν•˜μ—¬ μ‚°μ •ν•˜μ˜€μœΌλ©°, 해석 μ‹œ μ°Έκ³ ν•˜μ—¬ μ•΅μ»€μ˜ 전달 ν•˜μ€‘μ„ μΈ‘μ •ν•˜μ˜€λ‹€.

(5)
$f_{sp}= 0.63\sqrt{f_{ck}}$

액컀에 λ°œμƒλœ μ΅œλŒ€ 인발 ν•˜μ€‘μ€ Fig. 18κ³Ό 같이 LC 1 μ•΅μ»€μ—μ„œ 31.30 kN으둜 μΈ‘μ •λ˜μ–΄ λ³Έ λ…Όλ¬Έμ˜ 정적 μ„±λŠ₯ μ‹€ν—˜μ—μ„œ μΈ‘μ •λœ 인발 ν•˜μ€‘ 30.90 kN λŒ€λΉ„ μ•½ 1.3% 차이λ₯Ό 보여 합리적인 해석이 μˆ˜ν–‰λœ κ²ƒμœΌλ‘œ νŒλ‹¨λœλ‹€. μ‹€ν—˜μ—μ„œ μΈ‘μ •ν•˜μ§€ λͺ»ν•œ 액컀에 μ „λ‹¬λ˜λŠ” μˆ˜ν‰ ν•˜μ€‘(전단λ ₯)은 Axis-X의 Bodyforceλ₯Ό ν†΅ν•˜μ—¬ 23.77 kN으둜 μΈ‘μ •λ˜μ–΄ 정적 전단 μ„±λŠ₯ μ‹œν—˜ λŒ€λΉ„ μ•½ 1.2% 차이λ₯Ό λ³΄μ˜€λ‹€.

Fig. 17. Behavior of Post-installed Anchors under the Push over Loading: (a) Deformation and Maximum Stress of the Anchors, (b) Comparison between Experiment and analysis of the Tensile and Compressive Loads
../../Resources/KSCE/Ksce.2023.43.6.0709/fig17.png
Fig. 18. Anchor Loads at Maximum Tensile Strength of Concrete
../../Resources/KSCE/Ksce.2023.43.6.0709/fig18.png

4. κ²° λ‘ 

λ³Έ λ…Όλ¬Έμ—μ„œλŠ” λ°œμ „μš© μ „κΈ° μΊλΉ„λ‹›μ˜ μ •μ°©λΆ€ μ‹œμŠ€ν…œμ— μ‚¬μš©λ˜λŠ” M12 ν›„μ„€μΉ˜ 액컀λ₯Ό λŒ€μƒμœΌλ‘œ ν˜„μž₯ μ„€μΉ˜ 쑰건을 λ°˜μ˜ν•œ 정적 μ„±λŠ₯ μ‹€ν—˜μ„ μˆ˜ν–‰ν•˜μ—¬ 일반적인 재료 μ‹œν—˜κ³Όμ˜ 액컀 μ„±λŠ₯을 λΉ„κ΅ν•˜μ˜€λ‹€. λ˜ν•œ, 해석적 μ—°κ΅¬μ˜ μ ‘κ·Ό 방식을 ν†΅ν•˜μ—¬ μ‹€ν—˜μ  μ—°κ΅¬μ˜ 신뒰성을 κ²€μ¦ν•˜κ³ , ν–₯ν›„ μ „κΈ° μΊλΉ„λ‹›μ˜ ꡬ쑰적 μ„±λŠ₯ 평가λ₯Ό μœ„ν•œ μ§„λ™λŒ€ μ‹€ν—˜ μ‹œ ν›„μ„€μΉ˜ μ•΅μ»€μ˜ 거동 νŠΉμ„±μ„ μ˜ˆμΈ‘ν•  수 μžˆλŠ” ν•˜μ€‘ 정보λ₯Ό μ œκ³΅ν•˜κ³ μž ν•œλ‹€. 이에 λ”°λ₯Έ λ³Έ λ…Όλ¬Έμ˜ 결둠은 λ‹€μŒκ³Ό κ°™λ‹€.

(1) λ³Έ λ…Όλ¬Έμ˜ μ‹€ν—˜μ  방법을 μˆ˜ν–‰ν•¨μ— 따라 일반적인 재료 μ‹œν—˜κ³Όμ˜ μ•΅μ»€μ˜ μ„±λŠ₯ μ°¨μ΄λŠ” μ•½ 10%인 κ²ƒμœΌλ‘œ λ‚˜νƒ€λ‚¬μœΌλ©°, μ•΅μ»€μ˜ μ΅œλŒ€ μ„±λŠ₯이 λ°œν˜„λ˜λŠ” μ‹œμ  및 ν•˜μ€‘ κ°μ†Œ κ²½ν–₯도 μ„œλ‘œ μƒμ΄ν•œ κ²ƒμœΌλ‘œ ν™•μΈλ˜μ—ˆλ‹€. μ΄λŠ” ꡬ쑰물에 μ²΄κ²°λ˜λŠ” ν›„μ„€μΉ˜ μ•΅μ»€μ˜ μ„€μΉ˜ 쑰건과 연관이 있으며, 캐비닛 λ°”λ‹₯κ³Ό 액컀 간에 ꡬ쑰적 연결성이 λΆ€μ—¬λ¨μœΌλ‘œμ¨ λ‚˜νƒ€λ‚˜λŠ” ν˜„μƒμœΌλ‘œ νŒλ‹¨λœλ‹€.

(2) ν˜„μž₯ μ„€μΉ˜ 쑰건을 λ°˜μ˜ν•œ μ‹€ν—˜μ—μ„œμ˜ 액컀에 μ „λ‹¬λ˜λŠ” ν•˜μ€‘ κ²½ν–₯은 μ„ ν–‰ 전단 μž¬λ£Œμ‹œν—˜μ—μ„œ κ΄€μ°°λœ 결과와 μœ μ‚¬ν•œ 양상을 λ³΄μ˜€λ‹€. 이에 λŒ€ν•œ μ‹€ν—˜μ  규λͺ…이 ν•„μš”ν•˜μ§€λ§Œ ꡬ쑰물에 μ„€μΉ˜λœ μ•΅μ»€μ˜ 전단λ ₯을 μΈ‘μ •ν•  수 μžˆλŠ” μž₯λΉ„μ˜ λΆ€μž¬λ‘œ μΈν•˜μ—¬ 어렀움이 μžˆλ‹€. μ΄λŸ¬ν•œ 문제λ₯Ό κ·Ήλ³΅ν•˜κΈ° μœ„ν•œ 좔가적인 연ꡬ와 λŒ€μ²΄ν•  수 μžˆλŠ” λ°©μ•ˆμ΄ μš”κ΅¬λœλ‹€.

(3) μ‹€ν—˜μ  방법에 λŒ€ν•œ 신뒰성을 κ²€μ¦ν•˜κΈ° μœ„ν•΄ 3D μœ ν•œμš”μ†Œ λͺ¨λΈλ§μ„ μˆ˜ν–‰ν•˜μ˜€μœΌλ©°, μ‹€ν—˜ 결과와 1% λ‚΄μ™Έμ˜ 였차 λ²”μœ„κ°€ λ‚˜νƒ€λ‚˜ 합리적인 κ²°κ³Όκ°€ λ„μΆœλœ κ²ƒμœΌλ‘œ νŒλ‹¨λœλ‹€. ν•˜μ§€λ§Œ μ‹€μ œ μ„€μΉ˜ 쑰건과 μœ μ‚¬ν•˜κ²Œ 액컀 및 경계쑰건을 λͺ¨λΈλ§ ν• μˆ˜λ‘ λ³΅μž‘ν•œ λ§€μ»€λ‹ˆμ¦˜μ΄ λ°˜μ˜λ¨μ— 따라 μˆ˜λ ΄μ„ λ‹¬μ„±ν•˜λŠ”λ° λ§Žμ€ μ‹œκ°„κ³Ό μ˜€μ°¨κ°€ λ°œμƒν•˜μ˜€λ‹€. 이에 λŒ€ν•œ 좔가적인 경계 쑰건 λ§€κ°œλ³€μˆ˜ 연ꡬλ₯Ό ν†΅ν•˜μ—¬ 효율적이고 λ‹¨μˆœν™”λœ λͺ¨λΈλ§ 개발이 ν•„μš”ν•˜λ‹€.

(4) λ³Έ μ—°κ΅¬μ—μ„œ μ œμ•ˆν•œ μ‹œν—˜ 방법은 λ‹€λ₯Έ λ°œμ „ 섀비와 λΉ„κ΅ν•˜μ—¬ μ€‘λŸ‰μ΄ μƒλŒ€μ μœΌλ‘œ κ°€λ²Όμš΄ λŒ€μƒμ— ν•œμ •ν•˜μ—¬ μ‹€ν—˜μ΄ μ΄λ£¨μ–΄μ‘ŒκΈ° λ•Œλ¬Έμ— κ²°κ³Ό λ„μΆœμ— λ‹€μ†Œ μ œν•œμ΄ μžˆμ„ 수 μžˆλ‹€. ν–₯ν›„ μƒλŒ€μ μœΌλ‘œ μ€‘λŸ‰μ΄ 무거운 λ°œμ „ μ„€λΉ„λ₯Ό λŒ€μƒμœΌλ‘œ ν›„μ„€μΉ˜ 액컀에 λŒ€ν•œ 좔가적인 연ꡬ가 ν•„μš”ν•  κ²ƒμœΌλ‘œ νŒλ‹¨λœλ‹€.

Acknowledgements

This present work was supported by the Basic Science Research Program through the National Research Foundation of Korea (NRF) funded by the Ministry of Education (2021R1A6A1A03044326 and 2022R1A6A3A01086071).

References

1 
Architectural Institute of Korea (AIK) (2016). Korean building code – structural, Ministry of Land, Infrastructure, and Transport Notice No. 2016-317.URL
2 
ASTM International (2003). Standard test methods for strength of anchors in concrete and masonry elements, ASTM E 488-96.URL
3 
Bang, J. S., Youn, I., Kwon, Y. and Yim, H. J. (2020). β€œNonlinear tensile behavior analysis of torque-controlled expansion anchors using finite element analysis.” Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, KSMI, Vol. 24, No. 4, pp. 91-99, http://doi.org/10.11112/jksmi.2020.24.4.91 (in Korean).DOI
4 
Barnett, R. L. (2020). β€œOverturning file cabinet.” American Journal of Mechanical Engineering, SciEP, Vol. 8, No. 1, pp. 26-39, https://doi.org/10.12691/ajme-8-1-4.DOI
5 
Eem, S. H., Jeon, B. G., Jang, S. J. and Choi, I. K. (2019). β€œEvaluate the characteristics of vibration caused by rocking modes of electric cabinet under seismic loading.” Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering, KSNVE, Vol. 29, No. 6, pp. 735-744, https://doi.org/10.5050/KSNVE. 2019.29.6.735 (in Korean).DOI
6 
Hur, J. (2012). Seismic performance evaluation of switchboard cabinets using nonlinear numerical mode, Ph.D. Dissertation, Georgia Institute of Technology, Atlanta, USA.URL
7 
Kim, M. K. (2020). Dynamic performance evaluation of post-anchor installed in power plant, Msc. Thesis, Gangneung-Wonju National University (in Korean).URL
8 
Lee, J. and Fenves, G. L. (1998). β€œPlastic-damage model for cyclic loading of concrete structures.” Journal of Engineering Mechanics, ASCE, Vol. 124, No. 8, pp. 892-900, https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9399(1998)124:8(892).DOI
9 
Lee, S. M. and Jung, W. Y. (2020). β€œEvaluation of anchorage performance of the switchboard cabinet under seismic loading condition.” Advances in Mechanical Engineering, Vol. 12, No. 5, https://doi.org/10.1177/1687814020926309.DOI
10 
Lee, S. M. and Jung, W. Y. (2022). β€œA study on the load characteristics of the anchorage according to the natural frequency change of the electric cabinet in a power plant.” Advances in Mechanical Engineering, Sage, Vol. 14, No. 9, pp. 1-11, https://doi.org/10.1177/16878132221123676.DOI
11 
Lee, N. H. and Park, K. R. (2005). β€œQualification of post-installed mechanical anchors in concrete.” Magazine of the Korea Concrete Institute, KCI, Vol. 17, No. 5, pp. 21-28 (in Korean).URL
12 
Lim, J. E. and Lee, J. H. (2009). β€œNonlinear analysis of cyclically loaded concrete-steel structures using an anchor bond-slip model.” KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research, KSCE, Vol. 29, No. 5A, pp. 495-501 (in Korean).DOI
13 
Lubliner, J., Oliver, J., Oller, S. and Onate, E. (1989). β€œA plastic-damage model for concrete.” International Journal of Solids and Structures, Elsevier, Vol. 25, No. 3, pp. 299-326, https://doi.org/10.1016/0020-7683(89)90050-4.DOI
14 
Perry, C., Phipps, M. and Hortacsu, A. (2009). β€œReducing the risks of nonstructural earthquake damage.” Proceedings of ATC and SEI Conference on Improving the Seismic Performance of Existing Buildings and Other Structures, ASCE, San Francisco, USA, pp. 674-685. https://doi.org/10.1061/41084(364)62.DOI
15 
Shaheen, M. A., Tsavdaridis, K. D. and Salem, E. (2017). β€œEffect of grout properties on shear strength of column base connections: FEA and analytical approach.” Engineering Structures, Elsevier, Vol. 152, pp. 307-319, https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2017.08.065.DOI
16 
Suth, R. and Yoo, S. W. (2014). β€œAn experimental study on pullout characteristics of post-installed set anchor for concrete under edge distance, anchor interval and concrete strength.” Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society, KAIS, Vol. 15, No. 4, pp. 2469-2475, http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2014.15.4.2469 (in Korean).DOI
17 
Yun, D. W., Jeon, B. G., Jung, W. Y., Chang, S. J. and Shin, Y. J. (2019). β€œAnalysis of anchorage behavior characteristics of the electrical cabinet using shaking table tests.” Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering, KSNVE, Vol. 29, No. 1, pp. 43-50, https://doi.org/10.5050/KSNVE.2019. 29.1.043 (in Korean).DOI