설계앵커력 산정 | 초기 긴장력, 유효긴장력의 결정 | 세트량, 앵커인장재의 릴랙세이션

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 설계앵커력 산정

설계앵커력은 앵커의 배치, 앵커에 작용하는 하중 등을 고려하여 1본의 앵커가 부담해야 할 하중의 크기를 나타내는 것으로 허용앵커력을 초과해서는 안 된다.

앵커가 최종한계상태의 파괴를 일으킬 때에 발생하는 앵커력을 극한앵커력이 라고 하며, 앵커의 파괴는 1) 인장재의 파괴 2) 인장재가 앵커체로부터 뽑히는 것에 의한 파괴 3) 앵커체가 지반으로부터 뽑히는 것에 의한 파괴로 나눌 수 있으며, 이 중 가장 작은 경우에 도달했을 때를 최종한계상태의 파괴라고 한다. 

설계 앵커력은 극한 앵커력을 2.3.9절의 안전율로 나눈 값인 허용앵커력을 초과 해서는 안 된다. 앵커의 파괴형태에 대해 상세히 기술하면 다음과 같다.

가. 인장재의 파괴
앵커에 걸리는 하중에 의해 인장재가 파단되는 경우로 인장재의 극한긴장력이 극한앵커력이 된다.

나. 인장재가 앵커체로부터 뽑히는 것에 의한 파괴
인장재와 그라우트와의 부착이 깨지거나, 내하체와 그라우트와의 구속력이 부족한 경우에 발생한다. 이때 극한앵커력을 앵커체의 극한구속력이라 하는데 인장재와 그라우트의 부착저항에 기대되는 앵커에서는 그 부착력이 극한구속 력으로 되며, 내하체에 의한 그라우트부착, 마찰, 지압저항 또는 복합된 경우에는 저항력이 극한구속력이 된다.

다. 앵커체가 지반으로부터 뽑히는 것에 의한 파괴
앵커체의 주면마찰저항으로 지지되는 앵커에는 지반과 앵커체의 마찰력의 부족으로 뽑힘에 의한 파괴가 발생하고, 지압저항으로 지지되는 앵커는 지반이 지압파괴, 전단파괴에 이르게 되어 뽑힘에 의한 파괴가 발생하는데 이때 발생 하는 극한앵커력을 극한인발력이라고 한다. 즉, 마찰저항에 의존하는 앵커는 앵커체와 지반의 주면마찰력이 극한인발력이 되고, 지압저항에 우선적으로 의존하는 앵커는 앵커체 설치지반의 지압력이 극한앵커력이 되지만 앵커체가 설치된 지반의 토사피복이 얇을 경우에는 그 상부의 지반에서 전단파괴하는 경우가 있으므로 주의하여야 한다.

초기 긴장력 및 유효긴장력의 결정

유효긴장력은 최초에 도입된 초기 긴장력이 시간의 경과에 따른 긴장력의 감소와 함께 앵커 및 앵커로 보강된 구조물의 변형량, 응력상태를 고려해서 계산하며 부상방지 앵커와 같이 앵커구조물에 작용하는 외적하중 상태의 변화가 큰 경우 초기 긴장력 결정시, 각각의 하중단계를 반드시 고려하여야 한다.

유효긴장력은 앵커체에 초기긴장력이 주어진 다음 일정한 시간이 경과한 후에 긴장력이 어느 정도 감소하여 인장재에 유효하게 작용하고 있는 긴장력을 말하는 것이다. 앵커의 긴장력은 세트량, 인장재의 릴렉세이션, 주입재와 지반의 크리프 등의 요인으로 시간에 따라 어느 정도로 감소하다가 일정한 값에 수렴한다. 그러므로 초기에 주어진 긴장력이 어느 정도로 감소하는 지를 설계시점에서 상정하고 시공할 때에는 이것을 가능한 한 보정하여야 한다.

유효긴장력은 값을 정하기에는 무리가 따르므로 시공시나 시공 후의 유지 관리시에 보정하도록 한다. 또한, 릴렉세이션이나 크리프 값은 일정한 값을 두지 않고 시공 후의 관리를 통해 보정해 나가야 한다.

앵커를 정착할 때의 긴장력 감소량을 예상하여 초기 긴장력을 결정하는 경우에 긴장력의 감소량이 매우 커서, 유효긴장력이 현저히 작은 값일 경우, 앵커를 시공할 때에 재긴장 등으로 허용긴장력에 근접하도록 끌어올리는 것이 경제적인 시공이다.

또한, 부상방지 앵커와 같이 시공 단계별로 앵커에 작용하는 하중의 변화가 큰 경우, 이를 고려하여 각 단계별로 안전성을 확보할 수 있도록 초기 긴장력을 결정하여 도입하여야 한다. 긴장력 감소에는 다음과 같은 요인이 있다.

가. 세트량
세트량이란 앵커를 정착할 때 인장재와 정착장치 사이의 미끄러짐(활동)으로 인한 인장재의 되돌림량을 말한다. 정착장치의 세트량은 정착장치의 종류에 따라 달라지며 쐐기식 정착장치에서 세트량은 3~6mm 정도로서 설계시 안전 측으로 6mm를 적용하는 것이 일반적이며, 지압식 정착장치에서의 세트량은 1mm 정도이지만, 컨트롤 세팅 등 인장장비의 발전과 정착방법의 개선에 따라 세트량을 감소시켜 적용할 수 있다.

나. 앵커인장재의 릴랙세이션
인장재의 릴렉세이션은 <표 2.1>과 같이 앵커 인장재의 종류와 인장재에 가해지는 하중의 크기에 따라 좌우된다. 따라서 작용하중 수준이나 시험을 통한 결과값을 고려하여 릴렉세이션 값을 결정하여야 한다.

<표 2.1> PS강재의 릴렉세이션에 의한 감소율

PS강재의 종류	릴렉세이션에 의한 감소율(%)
PS강선	5
PS강연선	5
PS강봉	3

다. 앵커인장재와 주입재, 주입재와 지반과의 크리프
크리프의 크기는 지반조건에 따라 영향을 받는다. 하중의 장기적인 변화에 대한 측정이 시행되고는 있지만 아직은 하중감소에 관한 각 요인과 관련성이 명확하지 않고, 그 결과도 체계적인 정리가 이루어지지 않아 크리프량에 대한 충분한 자료가 없으므로 주변 지반상황을 고려하여 설계하여야 한다.

라. 앵커로 보강된 구조물의 변형
비탈면 보강공에 사용되는 앵커는 비탈면 상에 설치된 철근콘크리트보, 콘크 리트 블록 등의 반력으로 인해 긴장정착이 된다. 

그러므로 지반과의 관계에서 철근콘크리트보나 콘크리트 블록의 강성이 지나치게 작거나 설치면적이 좁으면 보가 지반 중에 함몰하거나 큰 변형을 발생시키므로 철근콘크리트보의 단면적 이나 콘크리트블록의 설치면적을 필요한 만큼 확보하여야 한다. 또 콘크리트의 건조수축, 크리프는 수직 하중을 받는 것이 아니고 수평방향의 하중을 받는 것 이므로 그 두께에 대한 수축량이 극히 적기 때문에 무시할 수 있다.

출처 국토교통부 그라운드 앵커 설계, 시공 및 유지관리 매뉴얼