Summary
本稿では外部結合繊維強化プラスチックの層間剥離を遅らせるためスパイク アンカーのインストールの品質を制御する手法を提案します。プロトコルには、ドリル穴の挿入処理の準備が含まれています。アンカーの効率に最も影響力のあるパラメーターを説明します。
Abstract
繊維強化ポリマー (FRP) アンカーは、遅延またはも剥離の失敗を防ぐことができます、既存の構造に適用される外部結合の Frp の性能を強化する有望な方法です。しかし、デザイナーが直面している主要な関心事は、応力集中によるアンカーの時期尚早の障害です。悪い施工品質およびクリアランス穴の準備は、この時期尚早の障害を誘発する応力集中で起因できます。本稿は応力集中の影響を軽減し、ドリル穴の準備の適切な品質管理を提供することを目的とする工法。この方法は、3 つの部分: 穴あけと穴の洗浄、アンカー ダボと、その挿入の含浸を含むアンカー自体のインストールとカスタマイズされたドリル ビット穴のエッジのスムージングします。アンカー ファン (スパイクの自由長)、外部補強に結合しています。最後アンカレッジおよび多数の層と援軍の場合、アンカー ファンが応力伝達機構を支援するために 2 つの層の間に挿入されることをお勧めします。
これらの手法は、豊富なデータベースに基づくスパイク アンカーの設計アプローチで補完されます。設計はすなわちステップ数を従うことを提案した: アンカー径とコネクタ (すなわち、自由端をあおる前にアンカー) の後の引張強度の選択による引張強度の低減効果の評価曲げ、すべり破壊を防ぐために十分な根入れの規定および数の考慮、与えられた補強用アンカーの間隔。この意味で、FRP 補強の全体的な強度にスパイク アンカーの貢献のための一般式を得るために更なる研究が必要であるが注意する必要があります。
Introduction
FRP は、外部のパフォーマンスを強化する有望な方法結合遅延したり剥離障害1,2をも防ぐことを与え、既存の構造に適用される Frp の申し出を固定します。ただし、デザイナーのための主要な関心事は、せん断曲げの領域における応力集中のためのアンカーの時期尚早の障害を伴います。施工品質とクリアランス穴の準備など時期尚早の障害を誘発するこの応力集中を制限する重要です。
本稿は応力集中の影響を軽減し、ドリル穴の準備をし、アンカーのインストールの適切な品質管理を提供することを目的とする工法。この方法は、4 つの部分: 穴あけと曲げの地域の含浸を含むアンカー自体のインストール内の応力分布の不規則性を避けるためにカスタマイズされたドリルで穴のエッジをスムージング、穴をクリーニングアンカー ダボと挿入、および補強アンカーの付着。
そのスパイク以前に発行された研究3,4,5,6、7から考えられる曲げ領域とアンカー (自由端間一定の角度で操作することであると埋め込み領域) は時期尚早の障害を誘発する傾向がある応力集中を受けます。これは、元のメンバーの幾何学のため常に回避できません。多くの場合、90 ° ダボ角度は採用されて広くダボ内角が 135 度の応力集中の減少を許可するスパイク アンカーの性能向上につながると、それは一般的に合意が。ダボ内角が 90 度の使用のための主な理由は簡単に実行、任意の方向に制御される、彼らは内部の援軍を満たすために可能性を減らすことです。
図 1は、最も一般的なダボ角度と典型的なスパイク アンカーを示しています。ダボ内角が 90 度でインストールされているスパイク アンカーは、応力集中の適切な制御が指定されて場合それにもかかわらず、比較的良好なパフォーマンスを表示できます。一般に応力集中を制限するきんく性8,9繊維で主要な役割を果たすに発見されて内側の曲げ半径と曲げ半径、大規模な内側でアンカーの設計が含まれます。この意味で、著者・ オートンらなど3は、4 回アンカー径の曲げ半径を使用することをお勧めします。非現実的なこの勧告により曲げ半径、小さなアンカー径に対してもとして曲げ半径を大きく含まれます指定された穴の深さの実際の埋込み長さを減少しています。
著者らは、大きな曲げ半径を推薦、実際曲げの内側半径、幾何学的な観点から手で平滑化が行われるときの制御の難しさに関連するいると考えています。カスタマイズされたドリル ビット設計されていますその結果インストールの簡単な品質管理ができ、曲げ半径が設計で考慮されることを保証します。
2 つのプロセスは、紙でと見なされます。(アンカー、特に無料の端をあおる前に)、コネクタのインストール手順をする最初の 1 つ、2 番目が含まれますデザイン用スパイク アンカーと検証の手法が必要です。
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Protocol
1. アンカー工法
注: このメソッドには、穴あけ、クリーニングと穴端と同様、含浸とアンカーの挿入の平滑化が含まれています。
- 必要な埋込み長さと指定した直径の穴をドリルします。
- 適切な掘削ツール (すなわち、電気ハンマーやダイヤモンドのコア) を使用します。コンクリート構造物の穴あけ工具の選択の基準は接着アンカーと同じですが、過去に発表された10,11で見つけることができます。電気ハンマー ドリル最大回転数 800 rpm で。
- 4 mm の穴のクリアランス (すなわちドリルの径とコネクタの違い) を提供します。さらに、この差が 8-10 mm であることをお勧めします。これは、穴のスムージングを容易にでき、ドリル内部アンカーの曲げに。
注: 留意され商業繊維ロープ 10 から 12 の mm まで及ぶ呼び径 (含浸) ときがあります。撮影プロトコルで表示されるアンカーは、呼び径 12 mm の繊維ロープから作られました。
- 4 mm の穴のクリアランス (すなわちドリルの径とコネクタの違い) を提供します。さらに、この差が 8-10 mm であることをお勧めします。これは、穴のスムージングを容易にでき、ドリル内部アンカーの曲げに。
- 適切な掘削ツール (すなわち、電気ハンマーやダイヤモンドのコア) を使用します。コンクリート構造物の穴あけ工具の選択の基準は接着アンカーと同じですが、過去に発表された10,11で見つけることができます。電気ハンマー ドリル最大回転数 800 rpm で。
- 埋込み長さを制御し、穴を滑らかにします。アンカー性能は非常に長さに敏感な長制御が非常に重要です。埋込み長さ 75 から 150 mm までを推奨します。
- 長制御を実行すると、掘削穴に剛体バーを挿入してバーの全体の長さと穴測定テープを挿入したときのままの長さを比較します。
- 掘削が終了したら、最初のほこりの除去を実行するブローアウト手ポンプを使用します。ポンプのメーカーの指示に従ってください。最初のほこりの除去のため 2 回以上を吹き消します。
- 非パーカッシブなロータリー ツールを使って穴を滑らかに。カスタマイズされたドリル ビットの詳細については、図 2を参照してください。提案したようビット ドリルはほとんど電気ハンマーに容易に適応することができます。仕事をしながら水を継続的に基板を冷やしなさい。シャープなエッジが表示されず、ドリル刃の上部コンクリートの表面に触れるとき、平滑化は完了です。
- 最高強度を達成するために重要ですが、吹くとブラッシングのサイクルの組み合わせで穴をクリーニングします。洗浄プロセスは FRP スパイクと接着アンカーに似ています。少なくとも 2 つの洗浄サイクルを実行することをお勧めします。既存のガイドライン10クリーニング プロセスに関する追加の推奨事項を参照してください、他のクリーニング ツールを使用する場合常に、製造元の推奨事項に従ってください。
- ブラッシング前後に常に吹く。その結果、機械的ブラッシングの各サイクルには、2 blowings と 1 つのブラッシングが含まれます。
- 掘削穴の中の緩い粒子を除去するために穴の開口部に向かって内側から吹く。吹いている 2 つの方法があります。乾いたコンクリートにアンカーをインストールした場合を吹いてはブローアウト手動ポンプで行うことができます。濡れたコンクリートにインストールした場合吹いては加圧空気 (10 バールの最大圧力) で行う必要があります。
注: プロトコル開発した乾燥サポートの湿潤状態に適合させる必要があります。スムージング手法含む基板を保湿を注目に値するです。したがって、湿度の結果のグレードによって異なります環境条件と時間間隔が穴とコネクタの挿入の平滑化します。乾燥サポートの条件は、通常いくつかの日の通常の乾燥条件に対応する 5% 以下の相対湿度に対して定義されます。穴は既存のコンクリート構造物の場合、穴のエッジとアンカーの挿入の平滑化の間 24 時間を経過した場合乾燥考えることが。湿気のある条件は、通常海洋構造物に対応する相対湿度 100% に近いです。 - 放射状ブラシの穴にワイヤー ブラシを使用します。ブラシの直径は、等しいまたは最大 20 mm ドリルの直径よりも大きい必要があります。穴部周りの等価摩擦を許可するように、穴をできるだけ近くするブラシの直径を選択します。
- クリーニング直後後のアンカーをインストールします。場合これは不可能 (アンカーは、クリーニングから 1 時間以内が挿入されない) 場合、アンカーを挿入する前にクリーニング サイクルを実行します。この最後のクリーニング サイクルは、水平アンカーと基板の上面に穴をあけのため特に重要です。
- 準備してアンカーをインストールします。これには、3 つの異なるプロセスが含まれます。
- 必要な長さにロープや繊維束をカットします。アンカーの長さを埋込み長さ (またはダボ長さ) に等しい必要がありますアンカー ファンの長さプラス。
- 柔らかいブラシで低粘度エポキシ樹脂プライマーでアンカー ダボを含浸します。製造元によると樹脂のポットライフを常に尊重します。樹脂アンカーあたり約 150 g が必要です。含浸は、部分的に樹脂の浸透を最大化する繊維束をあおぐ必要があります。
- 繊維を曲げを避けるため、コネクタの端に向かって常に含浸します。いくつかの線維束からのズレを防止する、自由端がこのステップで送風されるを防ぐために曲げの領域を保持します。
- 受精後すぐにケーブル ネクタイと含浸の端を固定します。その後、アンカーのダボを挿入します。繊維が実際に必要な埋込み長さを達することを保証するため、ケーブルタイをプッシュ ワイヤ挿入を支援します。
- 補強をコネクタに適切な伝達を確保するためアンカーに接続します。このプロトコルは、開発されているし、さらに FRP 補強を外部結合複数そなえたの端定着部に対する説明です。プロセスのグラフィックについては、図 3を参照してください。
- 図 3に示すように、アンカーの (しかし常に準備し、穴の洗浄後) で、挿入する前に補強の最初の層を適用します。また、補強の最初の層を適用する前に、アンカーの挿入を許可するように、アンカーのファンに付着したものより短い最初の層を使用します。
- 最後アンカレッジは、エンド プレート剥離 (または層間剥離) が行われる予定です。外部補強のウェット用では、常に現在の基準やガイドライン12,13によると基板の表面を準備します。
注: アンカー ファン必要があります完全に接着して補強、この付着応力伝達機構に蓄積されますよう。FRP 補強終わりアンカレッジと複数のレイヤーから作られて、場合 2 層間アンカー ファンの取り付けをお勧めします。これはピアス アンカー、ラミネートの必要性を排除し、補強の損傷を防ぐ。日には、ファンの最低の長さが決まっていない文献。著者らは、ファンの長さ 50 mm 以上を使用することをお勧めします。 - エポキシ樹脂を外部補強とアンカーのファンの両方に適用されます。樹脂は、ローラーやブラシのいずれかを適用できます。同じ樹脂を使用して、基板に外部補強と外部補強アンカー ファンを接着します。常に製造元によると、樹脂のポット ・ ライフを考慮します。
- (アンカー ファンを含む) の各レイヤーの含浸後リリーフができる泡ローラーを使用して補強の層間空隙の出現を防ぐ。
注: プロトコルの開発、20 ° C で 90 分のポット ・ ライフと樹脂が採用されました。
- (アンカー ファンを含む) の各レイヤーの含浸後リリーフができる泡ローラーを使用して補強の層間空隙の出現を防ぐ。
2. スパイク アンカーの設計
注: 設計法は、ファンのアンカーのここで説明されてが、同じようなプロシージャは異なる定着装置の続くことができます。このメソッドはアンカー容量、付着強度、補強メンバーの全体的な強さにアンカーの貢献の評価で構成されます。
-
アンカーの能力を評価します。これは主にアンカーが引張を受けるがかどうかまたはせん断力によって決まります。ダボ角度 180 ° (せん断アプリケーション) より小さい釘角度の最も一般的な場合、ベンド領域の応力集中によるコネクタの有効性が制限されます。曲げ強度を制御するには、次のインストール方法を記載しております。
- その引張強さの一部分としてアンカー能力を表現します。アンカーの設計容量は以下の最小値になります: コンクリートのコーン状強度、付着強度 (コンクリート10で、あと施工アンカーの計算)、曲げ強度、引張強度、安全係数。アンカー () のデザイン能力でこの結果します。ビリャヌエバ Llauradóらで14、スパイク アンカーのすべての期待できる故障モードの式を説明します。
- コンクリートのコーン状破壊を防ぐためにキムとスミスの15の 1 つのような式でコンクリートのコーン状耐力を評価します。コンクリートのコーン状強度が非常に浅いアンカーのみ、埋込み長さが 75 mm 以上のアンカーのため無視できる一般に。
- アンカー アンカーの付着強度を計算します。これは、コードと設計のガイドラインからあと施工アンカーの一般式を実行できます。これらの式によると接着強さによって異なります次: コンクリート、ドリル穴の埋込み長さ15,16径の引張強度。エポキシ樹脂を使用する場合に、8 から 15 MPa に至るまでコンクリート-樹脂界面の平均せん断耐力の値を採用します。
- 曲げによる強度の削減量を推定します。これは主に、曲げの内側半径、土木8、内部 FRP の広く採用されているによって提供される式に基づいて異なります。ただし、孤立したアンカーに相補的なテストは特定の幾何学的な構成でコネクタの実際として建てられた強度を評価するためにお勧めします。せん断試験とアンカー インストール手順この論文で提案する、このテストを実行する必要があります。
- コネクタのばりと繊維の引張強度の繊維の一部とアンカーの引張強度を計算します。繊維ロープの製造業者は通常 (1.5 1.25) から十分な低減係数の設計のために採用される可能性が含浸のコネクタの引張強度を指定します。手作りアンカーのファイバー束、ASTM 規格17のようにフラット クーポン テストを実施しなければなりません。
- 国際コードや参照18,19で提供されるような解析モデルから任意の式アンカー補強材の付着強度を計算します。また、接着、アンカーの標本を単一引用符または二重のせん断試験を実施できます。接着強さ (Pd, db) の設計値は、以後の計算で使用する必要があります。
- 強化に加えて、アンカーの容量、1 つのアンカーと補強のための付着強度の結果として全体的な強度を推定します。この仮説が可能、既存のデータによるとアンカーのファンは完全にコヒーレント結合しアンボンド アンカー試験片20のパフォーマンスを比較する著者による調査結果では、FRP の幅をカバーするとき 21。次の式により 1 つのスパイク アンカーで固定された frp 設計基準強度を計算します。
Pd Pdb、d + Panc、d (1) = - 複数のアンカー、アンカー効率とアンカーの配置の関数としての貢献を決定 (プライと行の番号の間隔を固定)。複数のアンカーによる効率化を評価するために必要な配置をテスト アンカー ジョイント (Pd) 設計基準強度を次のように表現してください。
Pd Pdb, d = + y' • n Panc、d (2)
係数を取得y'プロジェクトの各特定の配置のテストから参照20,23のように、スパイク アンカーの数を与えられました。テストする別の方法として、効率を考慮y'これらの同じ出版物20,23試験から報告のアプローチで提案します。
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Representative Results
分離コネクタ平滑化手法の有効性を評価するための試験を行った。また、含浸の 2 つの方法とコネクタの挿入を比較しました。提示プロトコルのように、挿入の直前にアンカーを含浸湿式法に関与。硬化 (または事前含浸) メソッドは、アンカーの埋め込み領域の含浸は、事前に挿入する前に、少なくとも 24 時間から成っていた。
次の手法の実施したテスト、同じ埋込み長さ・穴径の非平滑試験片と比較して 27 MPa の平均増加を達成しました。ノートの標準偏差は、次のメソッド、平滑試験片の 10.9 MPa だった 88.2 MPa を同一の構成と非平滑試験片のためだったに対し面での違いです。すべてのアンカーはせん断されるため早期の失敗を展示として任意のテストでテストされた炭素繊維ロープの引張強度は実現されなかったことが注意するべき。
究極の負荷の面で重要な 2 つ含浸およびインストール方法の違いではなかったが、散布面で重要なだった。これはスパイク アンカーにとって重要である品質管理の相対的な容易さに関連しています。FRP アンカーの取り扱いに熟練した労働者が必要とすることに留意。それにもかかわらず、含浸性硬化法でコントロールすることは困難は、このメソッドは推奨されません。含浸済みコネクタは、埋込み長さ (mm 埋込み長さ、hembの 100 と 125) 付着破壊を防止するのに十分だったときに高い標準偏差を持っていた。平滑化された穴とウェットと硬化のアンカーから得られた結果は、図 4に表示されます。
引抜・せん断で利用可能なデータを提示方程式に従って計算負荷容量に適合します。このデザインのモデリングとテスト結果についての詳細を見つけることの著者7,14以前の作品を参照してください。
孤立したスパイク アンカーの耐力が処理されると、外部結合の援軍の全体的な強度寄与率を評価することが重要です。スパイク アンカー (すなわち、単一またはコンクリート供試体のせん断試験ダブル) と単純な状況で固定された FRP 継手の既存のデータは非常に限られています。FRP アンカーによる設計提案の手順はテストを含む既存のデータベースにも許容範囲に合わせて異なった著者5,19,20,21,22によって発見されました。.
図 1:FRP の構成とダボ角度スパイク アンカー 。埋込み長さと共に、ダボの角度は、スパイク アンカーの応力集中の主要な役割を果たします。ファンの角度は、外部補強の幅に合わせられなければなりません。(、) 一般的な FRP スパイク アンカー。デザイン (ファン角度、ダボ角度、埋込み長さとファンの長さ) の (b) 変数のとおりです。パラメーター d0と dをアンカーの呼び径と穴の直径、それぞれ。この図は、ビジャヌエバ Llauradóら201714から変更されています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 2:カスタマイズされたドリルビット。目的の半径を持つカスタマイズされたドリル ビットを生成します。ダイヤモンド ビットは、耐久性の理由のための選択かもしれません。提案のツールは (、) は、8 カッターを備えています。スムージング処理を終了ツール基板の表面に触れて、ツールの板を丸めます。(B) 穴の結果のプロファイルが表示されます。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 3:スパイク アンカーと外部補強間の接続。外部補強とスパイク アンカー間のインストールと接続に関連する主な手順は、ここに描かれます。FRP 補強の層 (または層) (、) 最初は、樹脂基板に適用されます。(b) アンカーのダボ穴に挿入。(c) アンカーの自由長は送風し、接着樹脂で強化させる。(d) 樹脂のアプリケーションの各手順の後、バブルのローラーと空気による空洞を取り外す必要があります。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 4:結果の散布に及ぼす挿入方法。(平均値と誤差範囲の中央の 95% の範囲を表す) の著者によって実行されるテストの結果。埋込み長さとアンカーの容量のほぼ線形に増加があります。これは、結果の散布図でインストール方法の影響と共に表示されます。それぞれ、埋込み長さ (hemb) とアンカー (P、) の実績とその引張強度 (Pu) の比率に、水平および垂直軸が表しています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
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Discussion
インストールおよび FRP スパイク アンカーの設計手順プロトコルが表示されます。筆者の知る限り、スパイク アンカーの詳しいプロトコルが開発されてこなかったアンカー容量に及ぼすインストール パラメーターとプロセスについて。
提案平滑化ドリル ビットは応力集中を減らすことによって、スパイク アンカーのパフォーマンスに有益であるし、孤立したアンカーで実行されるテストの散布を減らすことでその有効性を証明されています。これはインストールの品質管理の強化に関連します。また、アンカーの低の散布は次の提案のインストール プロトコルにより、信頼性の高い設計に貢献、標準偏差の低減を実行しました。
示すテスト結果についてあらかじめ含浸とウェットをインストールする究極の負荷の面で差がないです。ただし、提案プロトコル アンカー ダボが挿入、曲げの領域の適切な含浸を保証する前にすぐに妊娠することをお勧めします。さらに、これは曲げの領域で硬化樹脂による脆性破壊を防ぎます。含浸済みインストールを採用する場合、硬化部分がアンカー ダボのストレート脚より短いこと保証する必要があります。挿入後曲げの領域の適切な含浸のテスト条件を達成することは困難です。しかし、スプレイ コネクタ部を広げたときに、この問題が削減できること、注意すべきであります。
カスタマイズされたドリル ビットに関連する主な欠点は半径 20 mm、25 mm 内側曲げ直径 20 mm の穴に 10 mm 径アンカーの半径に設計されています。内側曲げ半径が大きいと比較すると、低いコネクタ効率があります。高曲げ強度が必要なかどうか、ドリル ビットを定数以外の半径 (内側の曲げ半径を最大化) による応力集中を最小限に抑えることに設計することお勧めします。
提案する設計方法には、外部保税 FRP 補強アンカー付きの完全な設計に必要なすべての手順が含まれています。アンカーの貢献は、接着強さに加え面で常に考慮されなければなりません。設計ジオメトリ (穴とアンカーの径、埋込み長さと曲げ半径、特に) によるアンカーの孤立したアンカーの試験を実施する必要があることに留意。その後、アンカーの貢献は、FRP 補強材の接着強さに加えとして計算できます。日には、設計のための主要な制限、アンカーの最大の貢献と複数のアンカーの最適配置。著者が、利用可能なデータベースによるとスパイク アンカーだけが運ぶことができることを示すしたいくらい固定継手の全体的な強さということだけでも、付着メカニズムとして負荷と考えられるアンカーの 2 倍であります。接合。ただし、この値は、自信を持って既存データの限られた数を与えられた設計値として採用されることはできません。
インストールとデザインの提案するプロトコルは、外部結合の FRP 補強のアンカレッジの分野で今後の展開のための基礎を目指しています。
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Disclosures
著者が明らかに何もありません。
Acknowledgments
著者は、ニホンジカ サウにアンカーと援軍の材料の供給のために特に彼らのサポートと、感謝の気持ちを表現したいです。Betazul はカスタマイズされたドリル ビットとビデオの準備の特に認められています。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Concrete | The concrete for support has a dosage made by the authors, and a strength class no lower than C40 | ||
| SikaWrap anchor C | SIKA | This material has been used for the FRP spike anchors. SikaWrap Anchor C is a unidirectional, carbon fiber rope, sheathed in an elastic gauze. The gauze can be cut onsite to create a fan end that anchors CFRP fabrics and plates used in the structural strengthening of masonry and concrete. | |
| Sikadur 330 | SIKA | Impregnating resin, apt for manual saturation methods. The product was used for impregnating the anchor dowel before insertion | |
| Sikadur 30 | SIKA | Thixotropic, two part epoxy resin applied by spatula and therefore suitable for virtually any application, including overhead | |
| Drill bit | Betazul | Drill bit employed to smooth the holes that was designed by the authors and developed by Betazul SA | |
| Hammer drill | Hilti | Tool for the execution of anchor holes on masonry and concrete, for different drilling ranges | |
| Wire brush | Hilti | Hit series | For the proper brushing of drilled holes of varying diameters and embedment depths |
| Blow-out pump | Hilti | Hit series | Manual blow-out pump |
| SikaWrap-230 C | SIKA | Unidirectional woven carbon fiber fabric for dry application process | |
| Aluminium Bubble Roller | Fibre glast | For laminations where increased pressure is necessary to release air bubbles. They are straight across the width of the head and provide excellent air relief for nearly all applications. | |
| Brush | For impregnation of FRP bundle and sheet | ||
| 600 kN testing machine | Proeti | DI-CP/S | This is used for the shear test of anchors, in order to evaluate the efficacy of the proposed insertion method |
| Cable ties | Cable ties are needed to fasten the end of the anchor dowel in order to prevent fanning out of the fibers during insertion | ||
| Measuring tape | The measuring tape is necessary to control the embedment length as well as the diameter of the drill bit and hole clearance | ||
| Steel wire | Required to assist insertion | ||
| Rigid (steel) bar | A rigid bar of any material (in this case, it was made with a steel bar) is needed to control the embedment length |
References
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