アンカーボルト

柱と基礎の接合部^{[ 1 ]}

アンカーボルトは、構造部材および非構造部材をコンクリートに接続するために使用されます。^{[ 2 ]}接続には、アンカーボルト（ファスナーとも呼ばれます）、鋼板、または補強材など、さまざまな部品が使用されます。アンカーボルトは、引張力とせん断力という異なる種類の荷重を伝達します。^{[ 3 ]}

構造要素間の接合は、鉄筋コンクリート基礎に取り付けられた鉄骨柱で表すことができます。^{[ 4 ]}非構造要素が構造要素に取り付けられる一般的な例としては、ファサードシステムと鉄筋コンクリート壁の接合があります。^{[ 5 ]}

種類

アンカーの種類^{[ 1 ]}

現場打ち

現場打ちアンカーボルト

最も単純かつ最も強度の高いアンカーボルトは現場打ちアンカーで、その端部は標準的な六角ボルトとワッシャー、90度曲げ、あるいは何らかの鍛造または溶接フランジ（スタッド溶接も参照）で構成されています。後者はコンクリートと鋼鉄の複合構造においてせん断接合部として使用されます。^{[ 6 ]} その他の用途としては、打設されたコンクリート床へのアンカー固定機^{[ 7 ]}や、建物をコンクリート基礎に固定することなどが挙げられます。コンクリート打設前に現場打ちアンカーを固定・位置合わせするために、主にプラスチック製の、通常は使い捨ての様々な補助具が製造されています。さらに、それらの位置は鉄筋の配置と調整する必要があります。^{[ 3 ]}現場打ちアンカーには、以下の種類があります。^{[ 3 ]}

• 吊り上げインサート：平梁またはプレストレスト鉄筋コンクリート梁の吊り上げ作業に使用します。インサートはねじ棒にすることができます。「ボルト（クライミング）」も参照してください。
• アンカーチャンネル：プレキャストコンクリート接合部に使用される。^{[ 8 ]}チャンネルは熱間圧延鋼または冷間成形鋼の形状であり、荷重を母材に伝達するためにT字型のネジが配置されている。
• ヘッド付きスタッド: ヘッド付きスタッドが溶接された鋼板で構成されます (ねじ棒も参照)。
• ねじ付きスリーブ: コンクリートに固定される内部ねじ付きのチューブで構成されます。

あらゆるタイプの現場打ちアンカーにおいて、荷重伝達機構は機械的インターロック^{[ 3 ]}、すなわちコンクリートに埋め込まれたアンカー部分が接触部における支持圧力を介して作用荷重（軸方向またはせん断方向）を伝達する。破壊条件下において、純粋な引張力が伝達される場合、支持圧力のレベルはコンクリートの圧縮強度の10倍を超える可能性がある。 ^{[ 3 ]}現場打ち型アンカーは、レンガや鋳造ブロック（ CMU ） の敷設時に湿式モルタル目地に設置されるなど、石材用途にも利用されている。

後付け

あと施工アンカーは、掘削作業後に硬化したコンクリートの任意の位置に設置できます。^{[ 3 ]}動作原理に応じて区別されます。

機械式拡張アンカー

くさびアンカー

力伝達機構は、膨張力によって保証される摩擦力と機械的連結に基づいており、さらに2つのカテゴリーに分類できます。^{[ 3 ]}

• トルク制御型：アンカーは穴に挿入され、トルクレンチを用いてボルトヘッドまたはナットに規定のトルクをかけることで固定されます。このアンカーのサブカテゴリとして、くさび型があります。図に示すように、ボルトを締め付けると、くさびがスリーブに押し込まれ、スリーブが拡張して固定対象物に対して圧縮されます。
• 変位制御: 通常は拡張スリーブと円錐形の拡張プラグで構成され、スリーブには内部にねじ山が切られており、ねじ山付き要素を受け入れます。

アンダーカットアンカー

力伝達機構は機械的なインターロックに基づいています。特殊な掘削作業により、アンカーヘッドと孔壁の間に接触面が形成され、そこで支持応力が伝達されます。

接着アンカー

結合アンカー

接着アンカーは接着アンカー^{[ 9 ]}または化学アンカーとも呼ばれます。アンカー材は接着剤（モルタルとも呼ばれます）^{[ 3 ]}で、通常はエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、またはビニルエステル樹脂で構成されています。^{[ 1 ]}

接着アンカーにおける力伝達機構は、結合する有機材料によって生じる付着応力に基づいています。リブ付きバーとねじ付きロッドの両方が使用可能であり、局所的な付着機構の変化を実験的に評価することができます。リブ付きバーでは、抵抗は主にリブ間のコンクリートのせん断挙動によるものですが、ねじ付きロッドでは摩擦が支配的です（鉄筋コンクリートにおけるアンカーの項も参照）。^{[ 10 ]}

このタイプのアンカーの「耐荷重性」、特に引張荷重下における性能は、孔の清掃状態に密接に関連しています。実験結果^{[ 3 ]}によると、耐荷重性は最大60%低下することが示されています。コンクリートの水分条件についても同様で、ポリエステル樹脂を使用した場合、湿潤コンクリートでは20%の低下が見られます。その他の問題としては、高温挙動^{[ 11 ]}とクリープ応答^{[ 12 ]}が挙げられます。

スクリューアンカー

スクリューアンカーの力伝達機構は、ピッチを介したスクリューとコンクリート間の集中圧力交換に基づいています。

プラスチックアンカー

プラスチックアンカー

力の伝達機構は機械式拡張アンカーに似ています。プラスチックスリーブに挿入されたネジにトルクモーメントが加えられます。トルクが加えられると、プラスチックがスリーブを穴の側面に押し付け、拡張力として作用します。

タップコンネジ

タップコンねじは、セルフタッピング（セルフスレッド）コンクリートねじの略で、広く普及しているアンカーです。直径の大きいねじはLDTと呼ばれます。このタイプのファスナーを使用するには、タップコンドリルビットを使用して事前に穴を開け、標準の六角ビットまたはプラスビットを使用して穴にねじ込みます。これらのねじは、青、白、またはステンレス色であることが多いです。^{[ 13 ]} 海洋用途や高応力用途向けのバージョンもあります。

火薬作動式アンカー

これらは、機械的なインターロックを介して力を伝達する働きをする。この締結技術は、鋼同士の接合、例えば冷間成形された形材の接合に用いられる。ねじは、ガス作動式ガスガンを介して母材に挿入される。駆動エネルギーは通常、粉末状の可燃性推進剤を噴射することによって供給される。^{[ 14 ]}ファスナーの挿入により母材の塑性変形が誘発され、ファスナーの頭部が収まり、そこで力が伝達される。

機械的動作

張力における破壊モード

アンカーは張力がかかるとさまざまな方法で破損する可能性があります。^{[ 3 ]}

• 鋼材の破損：接合部の弱い部分はロッドで表されます。この破損は、引張試験の場合と同様に、鋼材の引張破壊に相当します。この場合、コンクリート基材は損傷を受けない可能性があります。
• 引抜：アンカーが掘削孔から引き抜かれ、周囲のコンクリートを部分的に損傷する。コンクリートが損傷した場合、この破壊は引抜とも呼ばれる。
• コンクリートコーン：耐荷重能力に達すると円錐形状を形成する。破壊はコンクリート中のひび割れ成長によって支配される。^{[ 15 ]}この種の破壊は引張試験において典型的に見られる。^{[ 16 ] [ 17 ]}
• 割裂破壊：この破壊は、母材を2つの部分に分割する割裂ひび割れによって特徴付けられます。この種の破壊は、コンクリート部​​材の寸法が制限されている場合、またはアンカーが端部近くに設置されている場合に発生します。
• ブローアウト破壊：アンカー頭部近傍のコンクリートが横方向に剥離する破壊です。この種の破壊は、コンクリート要素の端部付近に設置されたアンカー（一般的には現場打ちアンカー）で発生します。

極限限界状態における設計検証では、起こり得るすべての破壊メカニズムを検証することが規定されている。^{[ 18 ]}

• 
  鋼材破損^{[ 1 ]}
• 
  コンクリートコーンの破壊^{[ 1 ]}
• 
  引き抜き失敗^{[ 1 ]}
• 
  プルスルー失敗^{[ 1 ]}
• 
  ブローアウト故障^{[ 1 ]}
• 
  分割失敗

せん断破壊のモード

アンカーはせん断荷重を受けると、さまざまな方法で破損する可能性があります。^{[ 3 ]}

• 鋼鉄の破損: 棒が降伏能力に達し、大きな変形が生じた後、破裂が発生します。
• コンクリート端部：支持点から自由表面にかけて半円錐状の破面が形成されます。このタイプの破壊は、コンクリート部​​材の端部付近にアンカーが設置した場合に発生します。
• こじ開け：半円錐状の破面が発達し、これがこの破壊の特徴です。打ち込み式アンカーのこじ開け機構は、通常、非常に短くて太いスタッドで発生します。^{[ 19 ]}スタッドは通常非常に短くて硬いため、直接せん断荷重を受けると曲がり、同時にスタッドの前方に圧壊が生じ、後方にコンクリートのクレーターが形成されます。

極限限界状態における設計検証では、起こり得るすべての破壊メカニズムを検証することが規定されている。^{[ 18 ]}

• 
  コンクリート端部の破損^{[ 1 ]}
• 
  こじ開け失敗^{[ 1 ]}

複合張力/せん断

アンカーに張力とせん断荷重が同時に作用すると、非連結の場合に比べて破壊が早期に（より低い耐荷重能力で）発生します。現在の設計基準では、線形相互作用領域が想定されています。^{[ 20 ]}

アンカーのグループ

重なり合ったコンクリートコーンを持つ2つの接着アンカーのグループ^{[ 21 ]}

耐荷重性を高めるために、アンカーはグループで組み立てられ、さらに曲げモーメントに抵抗する接続部を設けることも可能になります。引張荷重およびせん断荷重の場合、機械的挙動は(i)アンカー間の間隔と(ii)適用される力の差によって大きく左右されます。^{[ 22 ]}

サービス負荷動作

実荷重（引張およびせん断）下において、アンカーの変位は制限されなければならない。異なる荷重条件下でのアンカー性能（耐荷重能力および特性変位）は実験的に評価され、技術評価機関によって公式文書が作成される。^{[ 23 ]}設計段階では、特性作用下で発生する変位は、技術文書に記載されている許容変位を超えてはならず、許容変位は技術文書に記載される。

地震荷重挙動

地震荷重下では、アンカーが同時に（i）亀裂内に設置され、（ii）付属要素（二次構造）の質量と加速度に比例した慣性荷重（一次構造）を受ける可能性がある。^{[ 2 ]}この場合の荷重条件は以下のようにまとめられる。

• 脈動軸荷重: アンカーの軸に沿った力。引き抜き状態の場合には正、押し込み状態の場合にはゼロ。
• 逆せん断荷重（交互せん断とも呼ばれる）: アンカーの軸に垂直な力。任意の符号規則に応じて正または負になります。
• 周期的ひび割れ（ひび割れ移動とも呼ばれる）：鉄筋コンクリートの一次構造は深刻な損傷状態^{[ 24 ]}（すなわちひび割れ）にさらされ、アンカーの軸がひび割れ面を含み、アンカーが正の軸力（ひび割れサイクル中一定）によって負荷される場合は、アンカーの性能にとって最も不利なケースです。^{[ 3 ]}

例外的な負荷動作

例外的な荷重は、通常の静的荷重とは立ち上がり時間が異なる。衝撃荷重には高い変位速度が伴う。鋼鉄とコンクリートの接合部に関しては、コンクリート基礎に接続された障壁への車両の衝突や爆発などがその例である。これらの異常荷重に加え、構造接合部は地震作用を受けるため、動的アプローチによって厳密に取り扱う必要がある。例えば、アンカーの地震による引き抜き作用は、立ち上がり時間が0.03秒となることがある。一方、準静的試験では、ピーク荷重に達するまでの時間間隔は100秒と想定される。コンクリート基礎の破壊モードに関して：コンクリートコーンの破壊荷重は、静的荷重と比較して、荷重速度が上昇するにつれて増加する。^{[ 25 ]}

デザイン

• 
  ウェッジタイプ - 1
• 
  拡張タイプ
• 
  袖タイプ
• 
  ウェッジタイプ - 2
• 
  接着アンカー
• 
  コンクリートスクリュー

参照

• まあナッツ

参考文献

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