• Steel and Composite Structures
• /
• 제36권3호
• /
• pp.321-337
• /
• 2020

Contemporary design and construction of steel-concrete composite structures employs the use of prefabricated concrete elements and demountable shear connectors in order to reduce the construction time and costs and enable dismantling of elements for their potential reuse at the end of life of buildings. Bolted shear connector with mechanical coupler is presented in this paper. The connector is assembled from mechanical coupler and rebar anchor, embedded in concrete, and steel bolt, used for connecting steel to concrete members. The behaviour and ultimate resistance of bolted connector with mechanical coupler in wide and narrow members were analysed based on push-out tests and FE analyses conducted in Abaqus software, with focus on concrete edge breakout and bolt shear failure modes. The effect of concrete strength, concrete edge distance and diameter and strength of bolts on failure modes and shear resistance was analysed. It was demonstrated that premature failure by breakout of concrete edge occurs when connectors are located 100 mm or closer from the edge in low-strength and normal-strength reinforced concrete. Furthermore, the paper presents a relatively simple model for hand calculation of concrete edge breakout resistance when bolted connectors with mechanical coupler are used. The model is based on the modification of prediction model used for cast-in and post-installed anchors loaded parallel to the edge, by implementing equivalent influence length of connector with variable diameter. Good agreement with test and FE results was obtained, thus confirming the validity of the proposed method.

• Computers and Concrete
• /
• 제32권5호
• /
• pp.499-511
• /
• 2023

Anchor channels are commonly used for façade, tunnel, and structural connections. These connections encounter various types of loadings during their service life, including high rate or impact loading. For anchor channels that are placed close and parallel to an edge and loaded in shear perpendicular to and towards the edge, the failure is often governed by concrete edge breakout. This study investigates the transverse shear behavior of the anchor channels under quasi-static and high rate loadings using a numerical approach (3D finite element analysis) utilizing a rate-sensitive microplane model for concrete as constitutive law. Following the validation of the numerical model against a test performed under quasi-static loading, the rate-sensitive static, and rate-sensitive dynamic analyses are performed for various displacement loading rates varying from moderately high to impact. The increment in resistance due to the high loading rate is evaluated using the dynamic increase factor (DIF). Furthermore, it is shown that the failure mode of the anchor channel changes from global concrete edge failure to local concrete crushing due to the activation of structural inertia at high displacement loading rates. The research outcomes could be valuable for application in various types of connection systems where a high rate of loading is expected.

• 한국강구조학회 논문집
• /
• 제26권1호
• /
• pp.11-20
• /
• 2014

2001년 이후 앵커의 설계는 Concrete Capacity Design(CCD) 방법이 적용되고 있는데, 국내 기준에서는 지진하중에 대한 콘크리트의 파열파괴강도를 정적 파괴강도의 75%로 제한하고 있다. 본 연구에서는 무근콘크리트에 매입된 선설치앵커의 동적 전단하중에 대한 콘크리트 파열파괴강도 평가하기 위한 실험을 수행하였다. 이를 위해 직경 20 mm의 앵커에 대해 정적 하중과 동적 편진하중에 대한 실험을 각각 3개의 시험체에 대해 수행하였으며, 앵커의 연단거리는 120 mm를 적용하였다. 동적 실험은 15 cycle의 편진하중을 1 Hz의 속도로 재하하였으며 반복하중단계의 크기를 키워가면서 최종 파괴 시까지 가력하였다. 실험으로부터 동적 전단하중에 의한 콘크리트 파열파괴강도는 정적하중에 의한 것과 거의 같은 파괴강도를 보였다.

• 한국강구조학회 논문집
• /
• 제27권1호
• /
• pp.87-97
• /
• 2015

본 연구에서는 균열콘크리트에 매입된 선설치앵커의 정적 전단하중에 대한 콘크리트 파열파괴강도 평가 실험을 수행하였다. 이를 위해 앵커 직경 30mm, 연단거리 150mm, 매입깊이 240mm인 비균열 시험체 2개와 전단하중에 수직한 방향과 평행한 방향의 균열을 모사한 시험체 각각 3개씩에 대해 실험을 수행하였다. 실험으로부터 하중 직각방향 균열 시험체는 비균열 시험체에 비해 강도의 저하가 없었으며 하중 평행 방향 균열 시험체는 91%의 강도를 보였는데, 이는 ACI 318-11의 비균열콘크리트의 저항강도의 84%에 해당하였다. 따라서 현재 ACI 318 기준에서 균열콘크리트의 저항강도를 비균열콘크리트 강도의 71%로 고려하는 것에 비해 작은 감소율을 보였다.

• 한국강구조학회 논문집
• /
• 제27권3호
• /
• pp.347-357
• /
• 2015

본 연구에서는 지진모의실험으로 비보강 선설치앵커의 전단에 대한 콘크리트 파열파괴강도를 평가하기 위한 실험 연구를 수행하였다. 이를 위해 앵커 직경 30mm, 연단거리 150mm, 매입깊이 240mm인 비균열 시험체와 전단하중에 수직 및 수평 방향 균열콘크리트 시험체들에 대해 각각 실험을 수행하였다. 지진모의실험 시 동적 가력은 CSA N287.2, ACI 355.2와 ETAG 001 기준을 참조하여 결정하였으며 이후 파괴 시까지 정적 재하를 실시하였다. 비균열 및 균열콘크리트 모두 지진모의실험에 의한 저항강도는 각각 정적 강도와 거의 동등한 수준이었다. 한편, 콘크리트 파괴단면의 깊이는 $8d_0$에 모두 미치지 못하였으며 이로부터 기존 강도식에 비해 유효지압길이를 고려하지 않는 ACI 318-11의 수정강도식이 콘크리트 파열파괴강도를 적절하게 평가하는 것으로 분석되었다.

• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제58권1호
• /
• pp.39-58
• /
• 2016

Since the publication of ACI 318-02, the concrete capacity design (CCD) method has been used to determine the resistance of unreinforced concrete anchors. The regulation of steel-reinforced anchors was proposed in ACI 318-08. Until ACI 318-08, the shear resistance of concrete breakout for an unreinforced anchor during an earthquake was reduced to 75% of the static shear strength, but this reduction has been eliminated since ACI 318-11. In addition, the resistance of a hairpin-reinforced anchor was calculated using only the strength of the steel, and a regulation on the dynamic strength was not given for reinforced anchors. In this study, shaking table tests were performed to evaluate the dynamic shear strength of unreinforced and hairpin-reinforced cast-in-place (CIP) anchors during earthquakes. The anchors used in this study were 30 mm in diameter, with edge distances of 150 mm and embedment depths of 240 mm. The diameter of the hairpin steel was 10 mm. Shaking table tests were carried out on two specimens using the artificial earthquake, based on the United States Nuclear Regulatory Commission (US NRC)'s Regulatory Guide 1.60, and the Northridge earthquake. The experimental results were compared to the current ACI 318 and ETAG 001 design codes.