Effects of reinforcement on bearing capacity of cast-in anchor

The influence of the anchor reinforcement, surface reinforcement, their location and the head size of anchor on the tensile breakout capacity of a single cast-in headed anchor embedded in uncracked concrete was numerically evaluated. The aim of this thesis work is to put in evidence the effects of reinforcement on the bearing capacity of cast-in anchors under tension. For this purpose, cast-in anchor in plain and reinforced concrete with four different sets of anchor reinforcement were addressed. In addition, two different head sizes of anchor as well as two different surface reinforcement’s location were considered. To study these factor, 10 linear elastic and 56 non-linear analyses were performed. Numerical results show that the tensile breakout capacity of cast-in anchor in uncracked concrete increases if a slight amount of surface reinforcement is provided at the anchorage zone. Moreover, anchor reinforcement close to the anchorage zone improves the tensile breakout capacity. If the layout of the reinforcement is modified so that the surface reinforcement’s location is close to anchor head to intersect the cracks, the bearing capacity is not improved by the presence of anchor reinforcement. However, with the new layout of reinforcement the stiffness at the elastic phase of the cast-in anchor increases. Also, it was found that surface reinforcement without anchor reinforcement modifies the failure mode with respect to the one on plain concrete. Even though the tensile breakout capacity of anchor does not modify by decreasing the head size of anchor, the anchorage behaviour becomes less stiff when reducing the anchor head size. Also, the average concrete cone angle with respect to the horizontal axis increases and the anchor reinforcement becomes less effective by decreasing the head size of anchor. It is shown the stress path to understand the carrying mechanisms of a single anchor and the role of the additional factors. The numerical results, from the linear elastic analysis, put in evidence that the inclination of the compressed strut should be between 30 and 60 degrees. The numerical results from the non-linear analysis show that the stress path is significantly dependent on the presence of reinforcement and its location.

L'influenza della barra rinforzo dell'ancoraggio, del rinforzo esterno, della loro posizione e della dimensione della testa dell'ancoraggio sulla capacità di rottura a trazione di un singolo ancoraggio nel calcestruzzo non fessurato è stata valutata numericamente. Lo scopo di questo lavoro di tesi è quello di mettere in evidenza gli effetti del rinforzo sulla capacità portante degli ancoraggi sotto trazione. A questo scopo sono stati simulati l'ancoraggio in calcestruzzo armato e non, con quattro diversi gruppi di rinforzi di ancoraggio. Inoltre, sono state prese in considerazione due diverse teste di ancoraggio e due differenti posizioni di rinforzo esterno. Per studiare questi fattori sono state eseguite 10 analisi elastiche lineari e 56 analisi non lineari. I risultati numerici mostrano che la capacità di rottura a trazione dell'ancoraggio in calcestruzzo non fessurato aumenta se viene fornita una leggera quantità di rinforzo esterno nella zona del ancoraggio. Inoltre, il rinforzo dell'ancoraggio migliora la capacità di rottura a trazione. Se la disposizione dell'armatura esterna viene modificata in modo tal che la sua posizione sia prossima alla flangia inferiore dell'ancoraggio così da intercettarne le fessure, la capacità portante non viene migliorata dalla presenza di rinforzo dell'ancoraggio. Tuttavia, con il nuovo layout di rinforzo aumenta la rigidità della fase elastica dell'ancoraggio. Inoltre, è stato trovato che l'armatura esterna senza rinforzo dell'ancoraggio modifica il meccanismo di rottura rispetto a quella del calcestruzzo non armato. Sebbene la capacità di rottura a trazione dell'ancoraggio non cambi diminuendo la dimensione della testa dell'ancoraggio, il comportamento dell'ancoraggio risulterà meno rigido quando. Inoltre, l'angolo medio del cono del calcestruzzo rispetto all'asse orizzontale aumenta ed il rinforzo dell'ancoraggio diventa meno efficace. Infine, viene mostrato il percorso degli sforzi per comprendere il meccanismo di rottura di un singolo ancoraggio e il ruolo degli altri parametri. I risultati numerici, ottenuti dall'analisi elastica lineare, hanno messo in evidenza che l'inclinazione del puntone compresso dovrebbe essere compresa tra 30 e 60 gradi, approssimativamente, per sviluppare un modello di tirante e puntone accurato in un elemento in calcestruzzo non armato. Nondimeno, i risultati numerici dell'analisi non lineare mostrano che il percorso degli sforzi dipende in modo significativo dalla presenza del rinforzo e dalla sua posizione.