あなたはおそらく、エンジニアリング ソフトウェアを使用してアンカーを設計したためにここに来ています。, 1 つ以上のチェックが失敗しました, 次に何を変更すればよいかわかりませんでした.
このチュートリアルは、次のことを理解したい新しいエンジニアおよび工学部の学生向けに書かれています。 ACI でのアンカー障害モード 318-19 デザインを論理的に調整する方法. これはコードの置き換えではありません. 完全な規定と要件については, いつも参照する ACI 318-19 章 17.
ここでの目標は、認識できるようにすることです。 何が失敗しているのか, なぜ失敗しているのか, そして 実際に容量を増加させる設計パラメータはどれですか, 入力をランダムに変更するのではなく.
これらのチェックが設計ワークフローで段階的にどのように適用されるかを確認したい場合, を参照することもできます。 SkyCYVベースプレート設計ソフトウェア, 完全な計算を含むすべての ACI アンカー チェックをレポートします。.
アンカーとは?
アンカーは通常、別の構造要素を接続するためにコンクリートに埋め込まれた鋼棒です。, 最も一般的にはスチール製のベースプレート. アンカーが張力を伝達, 剪断, または鋼鉄からコンクリート支持体に加わる力の組み合わせ.
アンカーは一般的に設置方法によって分類されます.
鋳込みアンカー
鋳込みアンカーはコンクリートを注入する前に設置され、コンクリートが硬化するにつれて埋め込まれます。.
後付けアンカー
後施工アンカーは、硬化したコンクリートに穴を開け、アンカーを固定することによって設置されます。:
- 機械的膨張
- 接着剤または化学結合
どちらが良いですか?
どちらのアンカー タイプも本質的に優れているわけではありません. 選択は施工性によって決まります, プロジェクトの制約, と可用性. 例えば, 既存のスラブまたはフーチングに鉄骨柱を追加する場合, 鋳込みアンカーはオプションではなくなりました, 通常は後から設置するアンカーが使用されます。.
可用性も重要, アンカータイプとして, サイズ, 設置制限はメーカーの供給によって異なります. 一般的なアンカーメーカーには次のものがあります。 ヒルティ, デウォルト, そして フィッシャー, それぞれが、製品固有の設計データと設置要件を備えた、異なる機械式および接着式アンカー システムを提供します。.
単一アンカーとアンカー グループ
アンカーチェックが失敗した場合, 障害は常に 1 つのアンカーでのみ発生するとは限りません. レイアウトに応じて, 障害は単一のアンカーで発生することも、一緒に動作するアンカーのグループ全体で発生することもあります. ACI 318 支配的な故障モードと容量が大きく異なる可能性があるため、この区別が行われます。.
失敗を評価するかどうか 単一アンカーの失敗 または アンカーグループの失敗 主にに依存します 投影された破壊面の重なり. この重なりは通常、アンカーの間隔によって制御されます。, 埋め込み深さ, とエッジ距離.
設計中にこの動作を視覚化するには, などのツール SkyCYVベースプレート設計ソフトウェア 投影された破損領域を表示し、アンカーが個別に評価されるか、ジオメトリに基づいてグループとして評価されるかを自動的に決定します。.
シングルアンカー
アンカーの間隔が広い場合、または埋め込み深さが浅い場合, 予測される故障領域が重複しない. この場合, 失敗は個々のアンカー レベルで評価されます. 1 つのアンカーが、隣接するアンカーからの大きな寄与なしに限界に達する可能性があります。.
アンカーグループ
アンカーが十分な埋め込み深さで互いに接近して配置されている場合, 投影された破壊面が重なり合う. この場合, コンクリートはグループ全体の能力を制限する, そして、予測される故障領域の合計が限界に達すると故障が発生します。. グループの容量は、個々のアンカーの容量の合計と等しくありません.
いくつかの ACI 張力およびせん断チェックは、破損が単一のアンカーによって支配されるかアンカー グループによって支配されるかに応じて明示的に変化するため、この区別は重要です。. 支配的な障害のタイプを誤って認識すると、保守的でない設計や過度に保守的な設計につながる可能性があります.
デザインの例
デザイン例を説明 単一アンカーおよびアンカーグループの障害 SkyCiv ベース プレート設計リソースにあります。. 以下は、 SkyCYVベースプレート設計ソフトウェア.
ACIごとのアンカー張力チェック 318-19
アンカーに張力がかかる場合, ACI 318-19 いくつかのチェックが必要です. 各チェックは異なる物理障害メカニズムに対応します。. 仕組みを理解したら, デザインの調整がずっと簡単になります.
鋼の引張強度
アンカー鋼の降伏と破断を考慮したアンカー鋼チェック.
鋼の引張強度を高める方法
より大きなアンカー直径を選択してください
直径が大きいほど、引張面積が大きくなります. 直径選択用, 多くのエンジニアは以下の範囲から始めます。 1/2 インチから 3/4 インチ. 需要が予想より多かった場合, 直径を大きくする. この判断力は経験とともに向上します.
アンカー材の強度を高める
より高い材料グレードは容量を増加させますが、コストも増加します。一般的なアンカー材料には次のものがあります。 ASTM F1554. 実際の設計アプローチは、Grade などの下位グレードから始めることです。 36, その後グレードを上げる 55 またはグレード 105 要求によって必要な場合のみ.
より多くのアンカーを提供する
アンカーの直径と材料グレードがすでに最大化されており、鋼張力チェックが引き続き適用される場合, 同じ行にアンカーをさらに追加することもオプションになる場合があります. 通常、これには間隔を調整する必要があります, エッジ距離, またはベースプレートの寸法. 追加の行の追加が許可されます, しかし、それは負荷分散を変えるので、そうすべきです 慎重に評価.
容量の計算式:
\( N_{に} = A_{知っている,N} f_{uta} \)
引張時のコンクリートのブレークアウト強度
コンクリートのブレークアウトは、コンクリートの円錐形の部分が支持体から剥離するときに発生します。. この場合, アンカー鋼はそのまま残ります, しかし周囲のコンクリートは崩壊してしまう.
この故障モードは頭付きアンカーに適用されます, 拡張アンカー, ネジアンカー, そしてアンダーカットアンカー.
コンクリートのブレークアウト能力を高める方法
埋め込み深さを増やす
ブレークアウトコーンは、アンカーの埋め込まれた端からコンクリート表面まで伸びるように理想化されています。. 埋め込み深さを増やすとコーンが拡大し、容量が大幅に増加します. 埋め込みの深さは、ACI で定義されている基本的なブレークアウト強度も直接増加します。.
アンカーの間隔を広げる
密接に配置されたアンカーにより、予測される破損領域の幅が制限されます. 間隔を広げると、より大きな有効ブレークアウト領域が可能になります, 特にアンカーグループの場合.
エッジ距離を増やす
エッジ近くに配置されたアンカーは完全なブレークアウト コーンを開発できません. エッジ距離を長くすると、多くの場合、顕著な容量の増加が生じます.
高強度コンクリートを使用する
低グレードのコンクリートから高グレードのコンクリートにアップグレードすると、基本的なブレークアウト強度が向上し、形状が制約されている場合に効果的です。.
必要に応じてコンクリートに亀裂が入っていないことを想定する
ひび割れのないコンクリートは、わずかに高い容量を提供します. この仮定は正当な場合にのみ使用してください。, 設計の前提が変わるため.
張力を支えるように設計された補強を提供する
アンカーの張力を支えるために鉄筋が明確に設計され、詳細に設計されている場合, コンクリートブレークアウトチェックは免除される場合があります. これは意図的な設計上の決定に違いありません, 仮定ではありません.
単一アンカーの耐力計算式:
\( N_{cb} = frac{A_{Nc}}{A_{覚えておいてください}} \psi_{ed,N} \psi_{c,N} \psi_{cp,N} N_b \)
アンカー グループの容量の計算式:
\( N_{cbg} = frac{A_{Nc}}{A_{覚えておいてください}} \psi_{ec,N} \psi_{ed,N} \psi_{c,N} \psi_{cp,N} N_b \)
アンカー引抜強度
引き抜き破壊は、アンカーが完全なブレークアウト コーンを形成せずにコンクリートから引き抜かれるときに発生します。. このチェックは、鋳込みアンカーおよび特定の後設置機械アンカーに適用され、次の点で評価されます。 個々のアンカーのみ.
後施工アンカーの場合, 容量は実験テストを通じて決定されます. 鋳込みアンカー用, 容量は通常、アンカーの寸法に基づきます.
鋳造頭スタッドで, 容量は埋め込まれた端のベアリングによって制御されます, フックアンカーの中にあるとき, 有効フック長によって制御されます.
引き出しの失敗を修正する方法
幅の広いまたは厚い埋め込みプレート、または大きなボルトの頭を使用します。 (頭付きアンカー)
端部が埋め込まれたアンカーの場合, 軸受面積を増やすと容量が向上します. 埋め込みプレートを使用する場合, プレートの寸法または厚さを増やす. ヘッドまたはナットが埋め込まれたアンカーの場合, 埋め込み端で大きなヘッドまたはナットを選択すると、ベアリング面積が増加します.
アンカーフックを延長するかロッドの直径を大きくする (フックアンカー)
短いフックまたは小さなアンカーロッドは引き抜きにつながる可能性があります, たとえコンクリートコーンが壊れなかったとしても. 長いフックまたは大きなロッドにより容量が増加し、引き抜きのリスクが軽減されます。.
高強度コンクリートを使用する
低グレードのコンクリートから高グレードのコンクリートにアップグレードすると、引き抜き強度が向上し、形状が拘束されている場合に効果的です。.
必要に応じてひび割れのないコンクリートを使用する
ひび割れのないコンクリートにより、引き抜き耐性が向上します. これは、設計条件によって正当化される場合にのみ想定されるべきです。.
引き抜き不良は通常、間隔やエッジの距離を変更するのではなく、ベアリングの状態を改善することで対処します。.
ヘッドの容量計算式:
\( N_{pn} = プサイ_{c,p} N_p \)
どこ,
\( N_p = 8A_{brg}f_c’ \)
フックされた場合の容量の計算式:
\( N_{pn} = プサイ_{c,p} N_p \)
どこ,
\( N_p = 0.9f_c’e_h d_a \)
コンクリート側面吹き出し強度
側面の吹き出しは、比較的深く埋め込まれたアンカーが自由端に近づきすぎると発生します。. ブレイクアウトコーンを上向きに形成する代わりに, 円錐が横に伸びる, コンクリートの側面が割れて吹き出す.
この破損モードは、埋め込み深さとエッジ距離の関係によって決まります。. これらのパラメータが特定の方法でサイズ設定されている場合, この障害メカニズムは適用されない可能性があります.
コンクリートコーンが重なる可能性があるため、, 単一アンカーとアンカー グループの両方をチェックする必要があります.
サイドフェイスの吹き出しを修正する方法
エッジ距離を増やす
刃先距離を長くすると公称強度が向上します. また, はるかに長いエッジ距離、つまり ( ca_1 > \フラク{h_{ef}}{2.5 }\) この失敗は適用されなくなります.
アンカーグループのアンカー間隔を調整する
アンカーグループ内, 複数のアンカーは側面の吹き出しを同時に引き起こす可能性があります. アンカーの間隔をさらに離す, コーンのオーバーラップをある程度許容しながら, 有効なコンクリートコーンのサイズと容量を増加させます.
アンカーロッドの埋め込み深さを減らす
端近くのアンカーロッドが非常に長いと、パンクの可能性が高くなります. エッジの距離に比べて短いロッドを使用すると、このチェックが適用されなくなる可能性があります.
高強度コンクリートを使用する
低グレードのコンクリートから高グレードのコンクリートにアップグレードすると、側面の吹き出し強度が向上し、形状が制約されている場合に効果的です。.
単一アンカーの耐力計算式:
\( N_{sb} = 160c_{a1}\平方根{A_{brg}}\lambda_a\sqrt{f’_c} \)
アンカー グループの容量の計算式:
\( N_{として} = left(1 + \フラク{s}{6c_{a1}}\正しい) N_{sb} \)
接着アンカーの接着強度
後施工粘着アンカーの場合, 引張力の下で接着強度をチェックします. 耐力は接着アンカーの影響範囲と特有の接着応力に基づいて計算されます。. 特性の接着応力値は実験テストから得られます。, テストデータが利用できない場合, ACI からの保守的な値 318-19 テーブル 17.6.2.5 に使える.
影響範囲が重なる可能性があるため、, 単一アンカーとアンカー グループの両方を評価する必要があります.
債券容量はすでに考慮されています:
-
アンカーと接着剤の結合
-
接着剤とコンクリートの結合
債券容量を増やす方法
アンカー径を大きくする
より大きなアンカー直径により、基本的な接着強度に容量が追加されます。, 影響範囲も同様に. 影響範囲のジオメトリは直径に大きく影響されます。.
埋め込み深さを増やす
より深い埋め込みにより、接着アンカーの基本的な接着強度が増加します。.
間隔とエッジの距離を増やす
エッジに近いアンカー グループまたは単一アンカーの場合, 間隔とエッジの距離を調整すると、影響範囲全体の制限がなくなります。.
より高い特性接着応力を持つ接着剤を使用してください
より高い接着強度を持つ接着剤を選択すると、容量が向上します. 特性結合応力が大きいほど、影響範囲が大きくなります, したがって容量が増加します.
単一アンカーの耐力計算式:
\( N_a = \frac{A_{すでに}}{A_{ナオ}} \psi_{ed,すでに} \psi_{cp,すでに} N_{ば} \)
アンカー グループの容量の計算式:
\( N_{ああ} = frac{A_{すでに}}{A_{ナオ}} \psi_{ec,すでに} \psi_{ed,すでに} \psi_{cp,すでに} N_{ば} \)
ACIごとのアンカーせん断チェック 318-19
Anchor Rod Shear Capacity
アンカーロッドの引張耐力と同様, アンカー鋼材のチェックでは、加えられたせん断荷重によるアンカー鋼材の降伏と破断が考慮されます。. この破壊モードは、周囲のコンクリートが破壊する前にアンカーロッドの鋼強度に達したときに発生します。.
アンカーロッドのせん断耐力は主にアンカーの直径に依存します。, 鋼の材料強度, 加えられた荷重に耐えるアンカーの数.
鋼のせん断能力を高める方法
より大きなアンカー直径を選択してください
アンカー引張強度と同様, アンカーのせん断強度は物理的寸法に依存します. アンカー径を大きくすると鋼材の断面積が大きくなります。, その結果、より高いせん断能力が得られます.
アンカー材の強度を高める
幾何学的制約により直径を大きくすることができない場合, より強力なアンカー材料を選択することを検討してもよい. 一般的なアンカーロッドのグレードには次のものがあります。 36, グレード 55, とグレード 105. より高い強度グレードにより、せん断力に対する耐性が向上します.
さらにアンカーを追加する
別のアプローチは、荷重に耐えるアンカーの数を増やすことです。. アンカーをさらに追加すると、加えられる力が追加要素全体に分散され、個々のアンカーにかかるせん断需要が軽減されます。.
鋳込み頭付きスタッドアンカーの耐力計算式:
\( V_{に} = A_{知っている,V } f_{uta} \)
鋳込みボルトとフックボルトアンカーの耐力計算式:
\( V_{に} = 0.6A_{知っている,V } f_{uta} \)
蓄積したグラウトパッドが存在する場合, アンカーロッドのせん断強度は次のように低下します。 80 ACI 規定に基づくパーセント.
せん断によるコンクリートのブレイクアウト
せん断におけるコンクリートの破断強度は、加えられたせん断力によりコンクリートの円錐形部分が支持体から分離するときに発生します。. この破損は、せん断がコンクリートの端に平行または垂直に作用した場合に発生する可能性があります。.
ACI の規定では、エッジに平行なせん断に対する耐力は、エッジに対して垂直に作用するせん断に対する耐力よりも一般に大きいことが示されています。. しかしながら, で実装されているように、両方向をチェックすることをお勧めします。 SkyCYVベースプレート設計ソフトウェア.
コンクリートのブレークアウト能力を高める方法
エッジの距離を増やす
コンクリートエッジからアンカーのエッジ距離を増やすと、より大きなブレークアウトコーンを開発できるようになります. アンカーを端から遠ざけるほど, 予測される破壊面が大きくなるほど. せん断時の基本的なコンクリートのブレークアウト強度もエッジの距離に直接関係します。.
アンカーの間隔を広げる
アンカー間の間隔を広げると、アンカー グループの投影ブレークアウト領域を拡大できます。. 密集したアンカーがブレークアウトコーンの発達を制限します, 一方、間隔が大きいほど、より大きな破壊面が形成される可能性があります。.
厚みを増やす
ブレークアウトコーンはコンクリートサポートの厚さによって制限される場合があります. アンカーの端がサポートの底部に近すぎる場合, ブレークアウトコーンが完全に発達しない. コンクリートサポートの厚さを増やすことで、より完全なブレイクアウト投影が可能になります.
アンカーの長さを長くする
せん断時の基本的なコンクリートの破壊強度は、アンカーの耐荷重長さによって部分的に決まります。. 一定の剛性を持つアンカー用, この長さは通常、アンカーの埋め込み深さと同じです. トルク制御拡張アンカー用, 耐荷重長さは通常、アンカー直径の 2 倍と見なされます. すべての場合において, この長さはアンカーの直径の 8 倍を超えてはなりません.
アンカー直径を大きくする
アンカー径を大きくすると基礎コンクリートの破断強度も増加します.
高強度コンクリートの使用
高強度コンクリートの使用により基礎破壊強度が向上します. このアプローチは、間隔やエッジ距離などの幾何学的パラメータを簡単に増やすことができない場合に効果的であることがよくあります。.
適切な場合はひび割れのないコンクリートを想定する
コンクリートにひび割れがないと仮定すると、コンクリートのブレークアウト能力がわずかに高くなります。. この仮定は、設計条件によって正当化される場合にのみ使用してください。.
張力に耐えられるように設計された補強を提供する
アンカー力を支えるために補強材が意図的に設計され、詳細に設計されている場合, コンクリートのブレークアウトの制御が妨げられる可能性があります. 適切に設計された補強材が提供されている場合, ACI ではブレークアウト チェックの免除が可能.
単一アンカーの容量計算式:
\( V_{cb} = frac{A_{VC}}{A_{Vco}} \psi_{ed,V } \psi_{c,V } \psi_{h,V } V_B \)
アンカー グループの容量方程式:
\( V_{cbg} = frac{A_{VC}}{A_{Vco}} \psi_{ec,V } \psi_{ed,V } \psi_{c,V } \psi_{h,V } V_B \)
せん断によるコンクリートの引き抜き
コンクリートのプラアウトは、せん断を受けるアンカーに関連するもう 1 つの破損モードです。. この破損は、適用されたせん断力によりアンカーがコンクリートのくさび形部分を上方に引っ張るときに発生します。.
ACIの規定によると, コンクリートの引き抜き強度は、引張時のコンクリートのブレークアウト強度に関係します. この障害モードは、頭付きアンカーを含むいくつかのアンカー タイプに適用されます。, 拡張アンカー, ネジアンカー, そしてアンダーカットアンカー.
コンクリートの引き抜き能力を高める方法
埋め込み深さを増やす
ブレークアウトコーンは、アンカーの埋め込まれた端からコンクリート表面まで伸びるように理想化されています。. 埋め込みの深さを増やすと、この円錐が拡大し、引き抜き能力が大幅に増加します. 埋め込み深さにより、ACI で定義された基本的なブレークアウト強度も増加します. 加えて, 埋め込み深さが大きいほど、より大きな埋め込み深さが得られます。 kcp プラアウト強度の計算に使用される係数, こじ開け能力がさらに向上します.
アンカーの間隔を広げる
密接に配置されたアンカーにより、予想されるブレークアウト領域が制限されます. アンカー間の間隔を広げることで、より大きな効果的なブレークアウトエリアを開発できるようになります。, 特にアンカーグループの場合.
エッジの距離を増やす
エッジ近くに位置するアンカーは完全なブレークアウト コーンを発達させることができません. エッジ距離を長くするとブレークアウト面が拡大し、プライアウト能力が向上します。.
高強度コンクリートの使用
高強度コンクリートを使用すると、基本的なブレークアウト強度が向上し、幾何学的パラメータを変更できない場合のプラアウト能力を向上させることができます。.
適切な場合はひび割れのないコンクリートを想定する
ひび割れのないコンクリートは、わずかに高い容量を提供します. この仮定は、設計条件によって正当化される場合にのみ使用してください。.
単一アンカーの容量計算式:
\( V_{cp} = k_{cp} N_{cp} \)
アンカー グループの容量方程式:
\( V_{日用品} = k_{cp} N_{日用品} \)
ACI ごとのアンカー張力とせん断相互作用のチェック 318-19
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