Behavior of a post-tensioned anchorage zone was investigated in this paper with three-dimensional finite element (FE) analyses model. The FE model was verified through experiments with failure pattern and load-displacement relation. Based on the verified FE model, ultimate strength and bursting force in the anchorage zone are evaluated through the parametric studies.
Since the failure in the anchorage zone is usually initiated from the local zone, the placement of supplementary reinforcements can effectively be used to enhance the resisting capacity and ductility for the local zone within the anchorage block. Considering the advanced mechanical properties of UHPC, parametric analyses were carried out to show the influence of the spiral reinforcement on the ultimate strength of the UHPC anchorage zone. Based on the FE results, it figured out that the design guidelines in NCHRP Report 356 can be used to evaluate the ultimate strength of UHPC anchorage zone. Finally, improved design guidelines have been suggested to cover the design of the anchorage zone made of UHPC and a comparison with the design guidelines have been made.
Since the anchorage zone failure by bursting stress has usually been initiated along the tendon, the placement of supplementary reinforcements at the local zone can effectively be used to prevent the tensile crack. Accordingly, exact evaluation of bursting force is important to determine the amount of additional reinforcement. In this paper, the bursting stress was investigated through the linear elastic finite element analyses upon the consideration of the change in design parameters such as the bearing plate size, the eccentricity, and the tendon inclination. Moreover, the consideration of the duct hole, which causes an increase of the bursting stress with the change in its distribution along the anchorage zone as well, was emphasized. It means that an exact prediction of the bursting force will be the primary interest in design practice. Parametric analyses were followed to evaluate the relative contribution of all design parameters in determining the bursting force, and a comparison with the design guidelines mentioned in AASHTO-LRFD has been made. Finally, an improved design guideline which takes into account the influence by the duct hole is suggested.
Even though the design code based on the normal strength concrete can be used in the UHPC anchorage zone design, using this design code for the design of UHPC anchorage zone may lead to the inefficient design. This is because the design codes are based on the normal strength concrete and stress-strain relations of UHPC are different from NSC. Therefore additional analyses were conducted to evaluate the safety of the UHPC anchorage zone without reinforcements. The results showed that UHPC anchorage zone without spiral confinement reinforcements satisfy the acceptance criteria of the guideline. In contrast, the UHPC anchorage zone needs to be placed the additional reinforcements to resist the bursting stress without cracking. In conclusion, based on the finite element analyses, the design recommendation of UHPC anchorage zone without the placement of the spiral confinement reinforcements is proposed.
본 연구에서는 프리스트레싱 힘을 받는 포스트 텐션 정착부 거동에 대해 3차원 유한요소해석을 수행하였다. 정착부 실험을 통해 얻은 파괴모드 및 하중-변위 관계와 유한요소해석 결과를 비교하여, 유한요소해석 모델의 타당성을 검증하였다. 검증된 모델을 통해 정착부의 안정적인 역할 수행을 위한 극한저항력 및 파열력을 평가하였다.
프리스트레스 도입 시 정착부의 국부 영역에서 파괴가 발생할 수 있기 때문에, 국부 지역의 저항력 및 연성 증가를 위한 보강 철근 설치가 필요하다. 특히 초고강도 콘크리트는 일반강도 콘크리트와 비교하여 압축에 대해 취성적이며, 인장에 대해 연성이 뛰어나기 때문에 초고강도 콘크리트를 사용한 포스스 텐션 정착부에 대한 분석이 필요하다. 따라서 일반강도 콘크리트 정착부와 동일하게 보강철근을 설치한 초고강도 콘크리트 정착부의 극한 저항력을 수치해석을 통해 구하였다. 해석결과를 바탕으로 초고강도 콘크리트 정착부를 고려하여 기존 극한저항력 평가식의 수정안을 제안하였고, 설계 가이드라인인 NCHRP Report 356과의 비교를 통해 제안식의 효율성을 확인하였다.
인장균열로 인한 파괴를 막기 위해 보강 철근이 필요하며, 이를 위해 설계 시 정확한 파열력 평가가 중요하다. 탄성영역에서 가장 큰 파열력이 발생하는 특성을 고려하여 설계변수에 따른 정착부의 파열 거동을 선형탄성해석을 통해 분석하였으며, 파열응력 증가 및 응력분포 변화의 원인이 되는 쉬스관의 영향을 확인하였다. 파열력에 영향력을 미치는 설계변수에 대한 해석을 통해 파열력 산정식을 제안하였고, 설계기준인 AASHTO LRFD와의 비교를 통해 제안식의 안전성을 확인하였다.
일반강도 콘크리트를 기반으로 한 기존 설계기준이 초고강도 콘크리트 정착부에 적용이 가능한 것을 확인하였지만, 이러한 설계안은 초고강도의 특성을 고려하지 않기 때문에 비효율적이라 볼 수 있다. 따라서 추가적인 수치해석을 수행하여 초고강도 콘크리트 정착부에 대한 안전성 검토를 수행하였다. 해석결과 나선형 구속철근이 없더라도 초고강도 콘크리트 적용 정착부는 충분한 극한 저항력을 확보하였으며, 정착장치의 기하학적 특성이 극한 저항력에 큰 영향을 미치는 것을 확인하였다. 반면 파열응력에 의한 파괴가 발생하지 않지만, 균열이 발생할 수 있으므로 이를 위해 추가적인 보강철근이 필요하다는 것을 확인하였다. 최종적으로 초고강도 콘크리트 정착부에 대해 나선형 구속철근을 제외하는 설계안 제안하고자 하며, 해당 제안은 수치해석을 기반하였기 때문에 실험을 통한 추가적인 검증이 필요할 것으로 판단된다
