Senior_Design_Final_ペーパー

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資料紹介

資料の原本内容

コア掘削機に用いられる 1/2 インチドロップイアンカーの
パフォーマンス評価に関する報告

最終報告書
2007 年 12 月 6 日
プロジェクト番号： 2007-04-03
MIME4200 -シニアデザインクリニック- 2007 年秋

プロジェクトチーム：
アンドリュー・スミス - チームリーダー
イアン・マカリスター -技術コーディネーター
アンドリュー・グリーザー - 購買、ウェブサイトデザイン
指導教官：アリ・ファテミ博士
クライアントアドバイザ：スキップ・アストン
プロジェクトのスポンサー：下記

1

目次
図のリスト 3
表のリスト 4
用語法 5
まとめ 6
はじめに 8
プロジェクトの目的. 9
プロジェクトチーム. 10
設計と解析 11
フェーズ1 ：アンカーのストレス状態の解析. 11
自由体の応力解析 12
変位計検証試験 16
有限要素応力解析 19
フェーズ2 ：ブランド別アンカー強度比較. 21
フェーズ3 ：設定変数の影響. 28
フェーズ4 ：設計に関する提言. 33
既存の設定に関する提言. 33
アンカーの施工と使用方法に関する提言 34
荷重解析ソフトウェア 34
アンカーの選び方に関する提言 35
荷重に関する提言. . 36
ベースプレートアウトリガーの設計 37
プロジェクト成果品. 41
予算 42
進行表 43
参考文献. 44
付録 45
付録A ：破壊カテゴリ. . 46

2

付録B ：荷重の解析結果 . 47
付録C ：プロジェクト進行表. . 48
付録D ：プレート剛性の実地検証 . 49
付録E ：コンクリート剛性と結合要素. 50
付録F ：試験仕様書フェーズ2 . . 51
付録G ：試験仕様書フェーズ3 . . 52
付録H ：アウトリガー計算. . 53
付録I ：有限要素シミュレーションの詳細 41
付録Ｊ：試験サンプルの部品番号. 58
図リスト
図1 ：典型的なドロップインアンカー（全体、断面). .8
図2 ：典型的なコアドリルリグ. . 9
図3 ：自由体図 . 12
図4 ：加工後のボルトに取り付けられた変位計 17
図5 ：計算と実験の比較でアンカー荷重四例. 19
図6 ：メシェッド三次元モデル. 20
図7 ：有限要素シミュレーションのベンチマーク-比較試験結果. . 20
図8 ： RAMと変位計. . 22
図 9 ：ポンプと圧力計. 22
図10 ：ハンマードリル用に改造された小型コアドリルリグ（角度調節可能）
23
図11 ：アンカーの引張り荷重に関するメーカー別比較 . 24
図12 ：深く打ち込んだＨｉｌｔｉおよびサンコーアンカーの平均最大荷重25
図13 ：アンカーの荷重変位曲線. 26
図14 ：拡張を完了させるのに必要なハンマー打数 27
図15 ：ブランド比較：破壊荷重と座ぐりの深さ29
図16 ：Ｈｉｌｔｉとサンコー：破壊荷重と座ぐりの深さ. 29

3

図17 ：破壊荷重とボルトの相関関係. 30
図18 ：最大破壊荷重と施工角度. 31
図19 ：最大荷重と拡張プラグの打ち込み深さ. . 32
図20 ：アウトリガー300lbfフィード荷重のパラメータ . 38
図21 ：アウトリガー固定モデル 40
図22 ：アウトリガー有限要素シミュレーション. 40
図23 ：総予算. . 43
図24 ：三次元アンカー組み立てモデル. . 57
表リスト
表1 ：品質、荷重低減の「品質の家」（Houes of Quality） . 37
表 2 ：荷重解析のまとめ 47
表3 ：プロジェクト進行表. 48

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用語法
ＡＮＳＹＳ有限要素シミュレーションパッケージ
ベースプレートコンクリート構造物にボルトで直接固定されるコアドリルの一部。
コアドリルリグスタンド、モータ、ビットを含むコアドリルに用いられる装置。油圧リグ
では、電源ユニットがアンカーで固定されているわけではないので、リグの一部とは
考えられていない。
CSDA コンクリート切削掘削協会
CST せん断と引張りの複合荷重。せん断と引張り荷重が同時に加わった場合、
メーカーの定めた数値よりも最大許容荷重が低下する。
ドロップインアンカーコンクリートの表面に非構造部材を取り付ける際に使用される
拡張型アンカー。アンカーの"変位制御"とは、アンカーが一定の距離押し込まれるさ
れることにより施工されるという意味。施工工具および拡張プラグの項を参照のこと。
拡張プラグアンカーを拡張するためにアンカー内部に入っているテーパープラグの
こと。施工工具を用いることにより一定の深さまで打ち込まれる。
FEA 有限要素解析
金属破壊（アンカー破壊）アンカー本体の破壊。試験で散発的に見られ、その突発
性と影響の激甚さから注意すべき破壊モードである。
モーメント 2点の距離間で作用する力。
OCSD オハイオ州コンクリート切削掘削協会
アウトリガーベースプレートに設置されるモーメントアームで、ベースプレートへの総
荷重を軽減することによりアンカーへの軸荷重を軽減する装置。
プレテンション（ボルトプレテンション）締め付けトルクの結果としてボルトにかかる軸
荷重。
PROe プロエンジニア（コンピューター支援型変数モデリングパッケージ）のこと。
抜け落ち（アンカー抜け落ち）アンカーが機械的破壊を伴わないまま抜け落ちる破
壊モード。
施工工具メーカー指定の工具で、アンカーをコンクリートに施工するときにアンカープ
ラグを叩き込みアンカーを拡張させるための工具。肩部分までハンマーで叩き込むタ
イプが代表的。

5

まとめ
1/2インチのドロップインアンカーを使用してコアドリルをコンクリート構造
体に取り付けるのは標準的な方法です。近年において事故が散見されま
すが、重量260ポンド（118キログラム）の回転体が突然落下するのです
から、深刻な事態といわなければなりません。このたびOCSD（オハイオ
コンクリート船切断穿孔協会）とCSDＡ（コンクリート切断穿孔協会）から依
頼を受け、コアドリルを取り付けるための1/2インチアンカーの強度評価
を行うこととなりました。
このプロジェクトは、4つのフェーズに分けられます。第1にアンカー応力
状態解析、第2にブランド別アンカー強度比較、第3に施工変数の影響、
第4に設計のための提言、という内容です。
フェーズ１ではアンカーに対するストレス解析であり、接点となるボルトと
アンカーに対する荷重条件を、自由体解析により計算し、変位計試験に
より荷重条件を実証しました。応力解析についてはボルトへの荷重とアン
カーへのストレスを関連付けした有限要素シミュレーションを用い完成さ
せることができました。荷重解析の結果、ドリル角度とアンカー荷重の関
連が大であることが判明しました。
フェーズ２では、5つの一般的ブランドのドロップインアンカーの設計強度
比較を行いました。試験仕様において、試験結果に影響を与える制御変
数を標準化しました。実地試験結果では、サンコーとＨｉｌｔｉが他のブランド
よりも荷重容量が大きいことが明らかになりました。加えて、サンコーおよ
びＨｉｌｔｉのアンカーは施工が容易であることが判明しました。
フェーズ３では、アンカー施工変数とアンカー強度との関連を考察しまし
た。独立変数として設定したのは、施工深さ、ボルトの取り付け、施工角
度、拡張プラグ深度です。深穴施工（コンクリートの表面から1インチ以上）
では荷重容量が増加しますが、破壊モードは徐々に抜け落ちる破壊では
なく、唐突な金属本体破壊となります。また、ボルトの締め付けが不完全
であれば、アンカー強度を低下させるのみならず、破壊モードが徐々に
抜け落ちる破壊ではなく、唐突な金属本体破壊となることがわかりました。
さらに、面に対して直角に施工しない場合、アンカーの許容荷重を著しく
損なうのみならず、破壊モードが徐々に抜け落ちる破壊ではなく、唐突な
金属本体破壊となることも判明しました。最後に、施工の際に拡張コーン
を十分打ち込まなければ、アンカーの許容荷重を著しく損なう結果となる
ことがわかりました。フェーズ３の全試験を通じて、アンカー施工が不適
切であると、アンカーのパフォーマンスを大幅に損なうのみならず、突発

6

的な破壊につながることがわかりました。これをもって、アンカー施工に
関する提言をリストにしてオハイオコンクリート協会に提出しました。
フェーズ４ではコアドリルの設置設計に関する提言およびアンカー荷重を
軽減させるための付加的手法の紹介をしました。アンカー施工、使用目
的、アンカーの選び方、荷重変数などの項目を反映させた、設置方法の
改善に向けた提言です。コアドリルシステムに用いられるアンカー荷重に
係る変数については、フェーズ１で開発された双方向ウェブベースプログ
ラムを利用して推奨数値を算出できるようにしました。
アンカーの選び方については、ブランド、サイズ、およびアンカーのタイプ
などが基準となります。
具体的には、追加強度が必要な場合は、5/8インチのＨｉｌｔｉドロップインア
ンカーであれば、既存装置に使うことができ、荷重許容量において64％
増加がみられます。また、5/8インチのＨｉｌｔｉコイルアンカーなら、既存装置
に使うことができ、許容荷重において118％増加させることができます。
ベースプレートアウトリガーのプロトタイプは、ドリル...