확대머리철근은 철근 단부에 정착판을 부착하여 정착강도를 발현한다. 철근 단부에 갈고리 대신 정착판을 부착하여 배근 작업을 간소화하고, 갈고리철근의 철근 간 간섭 및 복잡한 배근 문제를 해결하여 시공성을 향상시킬 수 있다. 또한 철근 밀집 부위의 과밀 배근을 해소하여 갈고리철근의 콘크리트 충전 불량에 대한 문제를 해결한다. 확대머리철근은 주로 과밀 배근의 문제를 가진 보-기둥 접합부, 슬래브-벽체, 기둥-기초 접합부에 적용된다. 특히 외부 보-기둥 접합부의 압축 스트럿에 확대머리철근의 정착판이 위치하면, 스트럿에 의해 철근이 구속되어 확대머리철근을 효과적으로 사용할 수 있다.
외부 보-기둥 접합부에 정착된 확대머리철근의 정착강도는 측면파열파괴, 접합부 전단파괴, 콘크리트브레이크아웃파괴 등 발생 가능한 파괴유형이 다양하고, 파괴유형에 따라 정착강도의 차이도 크다. 콘크리트구조 학회기준(KCI, 2017)은 최상층을 제외한 부재 접합부와 그 외 경우로 나누어 확대머리철근 정착길이를 규정하고, 접합부에 발생 가능한 파괴유형을 고려하여 설계하도록 한다. 최상층을 제외한 부재 접합부의 확대머리철근 정착길이 산정식은 측면파열파괴 실험을 통해 규정되었다. 뽑힘파괴는 KS D 3871(KS, 2017)의 확대머리철근 순지압면적 기준을 만족하는 경우 발생되지 않는다. 콘크리트브레이크아웃파괴는 정착길이의 1.5배 이내에 보의 압축력이 작용하면, 접합부에 형성되는 압축 스트럿에 의해 방지할 수 있다. 따라서 콘크리트구조 학회기준(KCI, 2017)은 외부 보-기둥 접합부 측면파열파괴 실험을 통해 확대머리철근의 정착길이를 산정식을 두고, 접합부 전단파괴는 별도로 검토하도록 규정한다.
그러나, 콘크리트구조 학회기준(KCI, 2017)은 콘크리트 압축강도를 70MPa, 철근의 항복강도를 600MPa로 제한하고, 철근 단 간격에 대한 영향을 고려하지 않는다. 외부 보-기둥 접합부에 정착되는 확대머리철근은 2단 또는 그 이상으로 배근 되기도 하는데, 이때 외부 보-기둥 접합부에 2단 배근된 확대머리철근의 측면파열파괴강도는 철근 단 간격이 좁을 경우, 개별 확대머리철근의 파괴면적이 중첩되어 개별 확대머리철근의 측면파열강도가 저하된다.
이 논문은 외부 보-기둥 접합부 확대머리철근의 측면파열파괴 실험을 수행하여 정착 성능을 평가하였다. 고강도 콘크리트, 고강도 철근, 대구경 철근 등 고성능 재료에 대한 콘크리트구조 학회기준(KCI, 2017) 설계식의 적용 가능성을 평가하였다. 2단 배근에 대해서는 콘크리트구조 학회기준(KCI, 2017) 인장을 받는 그룹앵커의 간격계수를 적용하여, 철근 단 간격에 대한 영향을 평가하였다.
총 180개의 실험결과 중, 안전을 위해 철근의 항복강도가 발현 후 가력을 중단한 25개의 실험을 제외한, 모든 실험체에서 측면파열파괴가 발생하였다. 2단 배근 실험체는 파괴면의 중첩으로 개별 확대머리철근의 측면파열강도가 저하되었다. 콘크리트구조 학회기준(KCI, 2017)의 설계식으로 실험값을 평가한 결과, 1단 배근에 대한 정착강도는 안전하게 평가하지만, 2단 배근의 측면파열강도를 과대평가하였다.
인장을 받는 그룹앵커의 간격계수를 적용하여, 철근 단 간격에 대한 영향을 평가한 결과, 확대머리철근 단 간격이 넓어질수록 안전율이 저하되었다. 철근 단 사이 간격이 증가하면, 중첩되는 파괴면적은 줄어들지만, 전체 파괴면적은 더 증가하게 된다. 파괴면적이 증가하면서 콘크리트의 불확실성에 의한 크기 효과의 영향으로 철근 단 간격이 더 좁은 실험체에 비해 측면파열강도가 저하되었다. 단 사이 간격이 4인 실험체의 안전율을 높이기 위해 계수를 수정하여 확대머리철근의 확대머리철근의 측면파열강도식을 제안하였다. 선행연구의 외부 보-기둥 접합부 실험결과를 통해 제안식을 검증하고, 90%의 신뢰도를 가지는 5% 안전계수를 적용하여 확대머리철근의 정착길이 설계식을 제안한다.

Headed bars develops the anchorage strength by attaching head plates to the ends of reinforcing bars. Headed bars do not have a bend with hooks, so the headed bars ease construction and solve the problem of steel congestion. Headed bars is mainly applied to beam-column joints, slab-wall joints, and column-foundation joints, which have problems of steel congestion. In particular, if the head plate is located on the compression strut of the exterior beam-column joints, the headed bars is restrained by the strut and the headed bar can be effectively used.
The anchorage strength of headed bars terminated within exterior beam-column joint has various types of failure such as side-face blowout, joint shear, pullout, and concrete breakout, and the anchorage strength of each type of failure is also different. The design equation of headed bars in KCI(2017) is divided into exterior beam-column joints and other cases. The design equation of headed bars in KCI(2017) consider the type of failure that may occur in the beam-column joint. Pullout failure does not occur when the provision of the net bearing area by KS D 3871(KS, 2017) are satisfied. Concrete breakout failure can be prevented by compression struts formed at the joint when the compression force of the beam acts within 1.5 times the embedment length. Therefore, the KCI(2017) define the design equation of headed bars through the exterior beam-column joint test of side-face blowout failure, and the joint shear failure should be reviewed separately.
However, the design equation of headed bars in KCI(2017) limit the concrete compressive strength to 70MPa and the yield strength of bar to 600MPa, and do not consider the effects on the layer-to-layer spacing. The headed bars terminated to the exterior beam-column joint may be reinforced in two or more layer. The side-face blowout strength of 2-layer headed bars on the exterior beam-column joint is smaller than twice the strength of a single-headed bar, due to the overlapping failure area of the individual headed bars.
In this study, the anchorage performance was evaluated by the side-face blowout failure test of the headed bars at the exterior beam-column joint. The applicability of the KCI(2017) provision to high-performance materials such as high strength concrete, high-strength headed bars, and large-diameter headed bars was evaluated. The side-face blowout strengths of two-layer headed bars were investigated, and the side-face blowout strength of two-layer headed bars predicted by applying the spacing factor of group anchor to the design equation of KCI(2017).
A total of 180 test were performed, and side-face blowout failure occurred in all specimens except for 25 tests in which loading was stopped after the yield strength of the headed bar was developed for safety. In 2-layer specimen, the side-face blowout strength of the individual headed bars decreased due to the overlapping of the failure area. As a result of analyzing the test results with the design equation of KCI(2017), the design equation safely evaluated the anchorage strength of the single-layer specimen, but overestimated the anchorage strength of the 2-layer specimen.
As a result of evaluating the effects on the layer-to-layer spacing by applying the spacing factor of group anchor under tension to the design equation of KCI(2017), the safety factor decreased as the layer-to-layer spacing increased. If the layer-to-layer spacing increases, the overlapping failure area decreases, but the total failure area increases. As the failure area increased, the side-face blowout strength decreased compared to the specimen with a narrower spacing due to the influence of the size effect for the uncertainty of the concrete.
In order to increase the safety factor of the specimen with spacing of 4, the equation of the side-face blowout strength was proposed by modifying the coefficient. The proposed equation was verified through the test results of the exterior beam-column joint of previous study, A 5% safety factor with 90% reliability was applied to proposed a design equation for the development length of headed bars.