앵커 볼트

right|섬네일|기둥-기초 연결부

앵커 볼트()는 구조 요소와 비구조 요소를 콘크리트에 연결하는 데 사용된다. 연결은 앵커 볼트(패스너라고도 함), 강판 또는 보강재와 같은 다양한 구성 요소로 이루어질 수 있다. 앵커 볼트는 인장력과 층밀림힘과 같은 다양한 유형의 하중을 전달한다.

구조 요소 간의 연결은 철골 기둥이 철근 콘크리트 기초에 부착된 형태로 표현될 수 있다. 비구조 요소가 구조 요소에 부착되는 일반적인 경우는 파사드 시스템과 철근 콘크리트 벽 사이의 연결이다.

 유형 
right|섬네일|앵커의 유형

 현장 타설 
섬네일|현장 타설 앵커 볼트
가장 간단하고 강력한 형태의 앵커 볼트는 현장 타설형으로, 매립된 끝 부분은 표준 육각 머리 볼트와 와셔, 90도 굽힘, 또는 어떤 종류의 단조 또는 용접 플랜지로 구성된다(또한 스터드 용접 참조). 후자는 콘크리트-강재 복합 구조물에서 전단 연결재로 사용된다. 다른 용도로는 기계를 타설된 콘크리트 바닥에 고정하고 건물을 콘크리트 기초에 고정하는 것이 있다. 주로 플라스틱으로 만들어진 다양한 일회용 보조 도구가 콘크리트 타설 전에 현장 타설 앵커를 고정하고 정렬하는 데 사용된다. 또한, 이들의 위치는 철근 배치와도 조화를 이루어야 한다. 다양한 유형의 현장 타설 앵커를 구분할 수 있다.

 리프팅 인서트: 일반 또는 프리스트레스트 콘크리트 보의 리프팅 작업에 사용된다. 인서트는 나사 막대일 수 있다. 볼트 (등반)도 참조.
 앵커 채널: 프리캐스트 콘크리트 연결부에 사용된다. 채널은 열간 압연 또는 냉간 성형 강재 형태로, T자형 나사가 삽입되어 하중을 모재에 전달한다.
 머리가 있는 스터드: 머리가 있는 스터드가 용접된 강판으로 구성된다(또한 나사 막대 참조).
 나사 슬리브: 내부에 나사가 있는 튜브로 구성되며, 콘크리트에 다시 고정된다.

모든 종류의 현장 타설 앵커의 하중 전달 메커니즘은 기계적 맞물림이다. 즉, 앵커의 콘크리트 매립 부분은 접촉 구역에서의 지압력을 통해 적용된 하중(축 또는 전단)을 전달한다. 순수 인장력이 전달되는 경우, 파괴 조건에서의 지압력 수준은 콘크리트 압축 강도의 10배 이상일 수 있다. 현장 타설형 앵커는 조적 응용 분야에서도 사용되며, 벽돌과 블록(콘크리트 블록)을 놓는 동안 젖은 모르타르 조인트에 배치된다.

 후설치 
후설치 앵커는 드릴링 작업 후 경화된 콘크리트의 어느 위치에나 설치할 수 있다. 작동 원리에 따라 구분이 이루어진다.

 기계식 팽창 앵커 
섬네일|웨지 앵커

힘 전달 메커니즘은 팽창력으로 보장되는 마찰력 기계적 맞물림에 기반한다. 이들은 다시 두 가지 범주로 나눌 수 있다.

 토크 제어: 앵커는 구멍에 삽입되고 토크 렌치로 볼트 머리 또는 너트에 지정된 토크를 가하여 고정된다. 이 앵커의 특정 하위 범주는 웨지 유형이라고 불린다. 그림에서 보듯이 볼트를 조이면 웨지가 슬리브에 밀어 올려져 확장되고 고정될 재료에 압축된다.
 변위 제어: 일반적으로 팽창 슬리브와 원추형 팽창 플러그로 구성되며, 슬리브는 나사 요소를 수용하기 위해 내부에 나사산이 있다.

 언더컷 앵커 
힘 전달 메커니즘은 기계적 맞물림에 기반한다. 특수 드릴링 작업으로 앵커 헤드와 구멍 벽 사이에 접촉면을 만들어 지압 응력이 교환된다.

 접착 앵커 
섬네일|접착 앵커

접착 앵커는 접착식 앵커 또는 화학 앵커라고도 불린다. 앵커링 재료는 접착제(모르타르라고도 함)이며, 일반적으로 에폭시, 폴리에스터, 또는 비닐 에스터 수지로 구성된다.

접착 앵커에서 힘 전달 메커니즘은 유기 재료의 결합으로 제공되는 접착 응력에 기반한다. 리브 바와 나사 막대 모두 사용될 수 있으며, 국부적인 접착 메커니즘의 변화는 실험적으로 확인할 수 있다. 리브 바에서는 저항이 주로 리브 사이 콘크리트의 전단 거동에 기인하는 반면, 나사 막대에서는 마찰이 우세하다(철근 콘크리트의 앵커리지도 참조).

이 앵커 유형의 '하중 지지 능력' 측면에서 특히 인장 하중 하에서의 성능은 구멍의 청결 상태와 밀접하게 관련되어 있다. 실험 결과는 능력이 최대 60% 감소함을 보여주었다. 콘크리트의 습기 조건에도 동일하게 적용되며, 젖은 콘크리트의 경우 폴리에스테르 수지를 사용하면 20% 감소한다. 다른 문제는 고온 거동과 크리프 반응이다.

 스크루 앵커 
스크루 앵커의 힘 전달 메커니즘은 스크루와 콘크리트 사이에 나사산을 통해 집중된 압력 교환에 기반한다.

 플라스틱 앵커 

섬네일|플라스틱 앵커

힘 전달 메커니즘은 기계식 팽창 앵커와 유사하다. 플라스틱 슬리브에 삽입된 나사에 토크 모멘트가 가해진다. 토크가 가해지면 플라스틱이 구멍 측면에 대해 슬리브를 팽창시켜 팽창력으로 작용한다.

 탭콘 스크루 
탭콘 스크루는 자가 태핑(자가 나사산) 콘크리트 스크루를 의미하는 인기 있는 앵커이다. 직경이 큰 스크루는 LDT라고 불린다. 이 유형의 패스너는 탭콘 드릴 비트를 사용하여 미리 뚫린 구멍이 필요하며, 표준 육각 또는 필립스 비트를 사용하여 구멍에 나사로 고정한다. 이 스크루는 종종 파란색, 흰색 또는 스테인리스 재질이다. 해양 또는 고응력 응용 분야용 버전도 있다.

 화약 작동 앵커 

이들은 기계적 맞물림을 통해 힘을 전달한다. 이 고정 기술은 강철-강철 연결에 사용되며, 예를 들어 냉간 성형 프로파일을 연결하는 데 사용된다. 스크루는 가스 작동 건을 통해 모재에 삽입된다. 구동 에너지는 일반적으로 화약 형태의 가연성 추진제를 발사하여 제공된다. 패스너의 삽입은 모재의 소성 변형을 유발하며, 이는 힘 전달이 이루어지는 패스너 헤드를 수용한다.

 역학적 거동 
 인장 시 파괴 모드 
앵커는 인장 하중을 받을 때 여러 가지 방식으로 파괴될 수 있다.

 강재 파괴: 연결부의 약한 부분은 로드이다. 파괴는 인장 시험의 경우처럼 강재의 인장 파괴에 해당한다. 이 경우 콘크리트 모재는 손상되지 않을 수 있다.
 뽑힘 파괴: 앵커가 드릴링된 구멍에서 뽑혀 나오면서 주변 콘크리트를 부분적으로 손상시킨다. 콘크리트가 손상될 때 이 파괴는 뽑힘 파괴라고도 불린다.
 콘크리트 콘: 하중 지지 능력에 도달한 후 콘 모양이 형성된다. 파괴는 콘크리트의 균열 성장에 의해 지배된다. 이러한 종류의 파괴는 뽑힘 시험에서 전형적이다.
 쪼개짐 파괴: 파괴는 모재를 두 부분으로 나누는 쪼개짐 균열로 특징지어진다. 이러한 종류의 파괴는 콘크리트 부재의 치수가 제한적이거나 앵커가 모서리 근처에 설치될 때 발생한다.
 블로우아웃 파괴: 파괴는 앵커 헤드 근처 콘크리트의 측면 박리로 특징지어진다. 이러한 종류의 파괴는 콘크리트 요소의 모서리 근처에 설치된 앵커(주로 현장 타설)에서 발생한다.

한계 상태 설계 하에서 설계 검증 시, 규정은 모든 가능한 파괴 메커니즘을 검증하도록 요구한다.

 전단 시 파괴 모드 
앵커는 전단 하중을 받을 때 여러 가지 방식으로 파괴될 수 있다.
 강재 파괴: 로드가 항복 능력에 도달한 후 큰 변형이 발생한 후에 파괴가 발생한다.
 콘크리트 모서리 파괴: 지지점에서부터 자유 표면까지 반원뿔형 파괴면이 발생한다. 이 유형의 파괴는 콘크리트 부재의 모서리 근처에 있는 앵커에서 발생한다.
 뽑힘 파괴(Pry-out): 반원뿔형 파괴면이 파괴를 특징짓는다. 현장 타설 앵커의 뽑힘 메커니즘은 일반적으로 매우 짧고 굵은 스터드에서 발생한다. 스터드는 일반적으로 너무 짧고 뻣뻣해서 직접적인 전단 하중을 받으면 구부러져 스터드 앞에서는 압궤를 일으키고 뒤에서는 콘크리트 분화구를 동시에 형성한다.
한계 상태 설계 하에서 설계 검증 시, 규정은 모든 가능한 파괴 메커니즘을 검증하도록 요구한다.

 인장/전단 복합 
앵커에 인장 및 전단 하중이 동시에 가해지면 비결합 사례에 비해 더 일찍(더 낮은 하중 지지 능력에서) 파괴가 발생한다. 현재 설계 코드에서는 선형 상호작용 영역을 가정한다.

 앵커 그룹 
right|섬네일|콘크리트 콘이 겹치는 두 개의 접착 앵커 그룹
하중 지지 능력을 높이기 위해 앵커는 그룹으로 조립되며, 이는 또한 굽힘 모멘트에 저항하는 연결부를 구성하는 것을 가능하게 한다. 인장 및 전단 하중의 경우, 기계적 거동은 (i) 앵커 간의 간격과 (ii) 적용된 힘의 가능한 차이에 의해 현저히 영향을 받는다.

 사용 하중 거동 
사용 하중 (인장 및 전단) 하에서 앵커의 변위는 제한되어야 한다. 다양한 하중 조건 하에서의 앵커 성능(하중 지지 능력 및 특성 변위)은 실험적으로 평가되며, 그 다음 기술 평가 기관에서 공식 문서가 발행된다. 설계 단계에서는 특성 작용 하에서 발생하는 변위가 기술 문서에 보고된 허용 변위보다 크지 않아야 한다.

 지진 하중 거동 
지진 하중 하에서는 앵커가 동시에 (i) 균열에 설치되고 (ii) 부착된 요소(2차 구조물)의 질량과 가속도에 비례하는 관성 하중을 모재(1차 구조물)에 받을 가능성이 있다. 이 경우의 하중 조건은 다음과 같이 요약할 수 있다.

 맥동 축방향 하중: 앵커 축과 일치하는 힘으로, 뽑힘 조건에서는 양수이고 밀어 넣는 조건에서는 0이다.
 역전단 하중 (교번 전단이라고도 함): 앵커 축에 수직인 힘으로, 임의의 부호 규칙에 따라 양수 및 음수가 될 수 있다.
 주기적 균열 (균열 이동이라고도 함): 철근 콘크리트 1차 구조물이 심각한 손상 조건(예: 균열)을 겪을 때, 앵커 성능에 가장 불리한 경우는 균열 평면이 앵커 축을 포함하고 앵커가 양의 축 방향 힘(균열 주기 동안 일정)을 받을 때이다.

 비상 하중 거동 
비상 하중은 일반적인 정적 하중과 상승 시간에서 차이가 있다. 충격 하중에는 높은 변위 속도가 관련된다. 강철-콘크리트 연결에 관해서는, 콘크리트 기반에 연결된 방호벽에 차량이 충돌하는 경우와 폭발이 그 예시이다. 이러한 비정상적인 하중 외에도 구조 연결부는 지진 작용을 받으며, 이는 엄격하게 동적 접근 방식을 통해 처리되어야 한다. 예를 들어, 앵커에 대한 지진 뽑힘 작용은 0.03초의 상승 시간을 가질 수 있다. 반대로, 준정적 테스트에서는 최대 하중에 도달하는 시간 간격으로 100초가 가정될 수 있다. 콘크리트 기반 파괴 모드에 관해서는: 콘크리트 콘 파괴 하중은 정적 하중에 비해 상승된 하중 속도에 따라 증가한다.

 디자인 

 같이 보기 
 웰 너트

 각주 

분류:나사