Mô hình kết cấu khối bê tông

Mô hình thiết kế

Trong CBFEM, việc đơn giản hóa khối bê tông thành các phần tử tương tác 2D là rất tiện lợi. Liên kết giữa bê tông và tấm đế chỉ chịu nén. Lực nén được truyền thông qua mô hình đất nền (subsoil) Winkler-Pasternak, biểu diễn các biến dạng của khối bê tông. Lực cắt giữa khối bê tông và tấm đế được truyền vào bu lông neo. Lực cắt được cân bằng với lực ma sát giữa tấm đế và khối bê tông, bởi chốt chống cắt (shear key) và bởi sự uốn của bu lông neo và ma sát. Độ bền của bu lông chịu cắt được đánh giá theo phương pháp phân tích. Ma sát và chốt chống cắt được mô hình như một điểm ràng buộc đơn đầy đủ trong mặt phẳng tiếp xúc giữa tấm đế và bê tông.

Độ cứng biến dạng

Độ cứng của khối bê tông cho thiết kế chân cột có thể dự đoán như bán cầu đàn hồi. Mô hình đất nền (subsoil) Winkler-Pasternak thường được sử dụng cho tính toán đơn giản hóa móng. Độ cứng của đất nền được xác định bằng mô đun đàn hồi của bê tông và chiều cao hữu hiệu của đất nền như sau:

\( k = \frac{E_c}{(\alpha_1 + \nu)} \sqrt{\frac{A_{eff}}{A_{ref}}} \left( \frac{1}{\frac{h}{a_2 d} + a_3} + a_4 \right) \)

Với:

k – độ cứng của nền bê tông khi nén
E_c – mô đun đàn hồi của bê tông
u – hệ số Poisson của khối bê tông
A_eff – diện tích hiệu dụng chịu nén
A_ref = 1 m² – diện tích tham chiếu
d – chiều rộng tấm đế
h – chiều cao khối bê tông
a₁ = 1.65; a₂ = 0.5; a₃ = 0.3; a₄ = 1.0 – hệ số

Đơn vị SI phải được sử dụng trong công thức, đơn vị kết quả là N/m³.

Sự truyền lực cắt tại tấm đế

Lực cắt tại tấm đế có thế truyền qua 3 đường chính:

Ma sát
Chốt chống cắt (shear lug)
Neo

Người dùng có thể chọn giá trị trung bình bằng cách chỉnh sửa tác vụ của tấm đế. Phần mềm không cho phép tổ hợp trung bình, tuy nhiên EN 1993-1-8 – Cl. 6.2.2 và Fib 58 – Chapter 4.2 cho phép tổ hợp lực cắt truyền qua phần neo và ma sát với một số điều kiện nhất định. Nhìn chung, việc bỏ qua ma sát trong thiết kế neo là không ảnh hưởng, mặc dù trong một số trường hợp, điều này có thể dẫn đến việc đánh giá không đúng vết nứt bê tông trong trạng thái sử dụng. Theo nguyên tắc, nên bỏ qua ma sát khi:

bề dày lớp vữa chân cột vượt quá một nửa đường kính neo
khả năng neo bị chi phối bởi điều kiện mép
neo được thiết kế nhằm chịu được tải trọng động đất

Kết hợp với chốt chống cắt là không được cho phép vì có thể gây biến dạng.

Truyền lực cắt bởi ma sát

Đồ bền chịu cắt bằng hệ số an toàn độ bền nhân với hệ số ma sát có thể chỉnh sửa trong phần Code Setup và tải nén. Tải nén bao gồm toàn bộ lực, ví dụ: trong trường hợp để cột có thể chịu tải nén và mô men uốn, tải nén được sử dụng cho đồ bền cắt ma sát có thể cao hơn lực nén được áp dụng.

Truyền lực cắt bởi chốt chống cắt

Chốt chống cắt được mô phỏng như một nhánh cụt được bọc trong bê tông dưới tấm đế. Tải cắt được xem như tải phân bố đều lên phần chốt chống cắt nhúng trong bê tông. Có thể nói toàn bộ các nút (node) của chốt chống cắt bên dưới bề mặt bê tông đều nhận được tải trọng giống nhau. Phần chốt trên bề mặt bê tông trong lớp vữa không được cho là nhận tải cắt.

Chốt chống cắt bao gồm các phần tử hữu hạn vỏ (shell) và được kiểm tra như phần tử tấm thông thường. Ngoài ra, các mối hàn của chốt với tấm được kiểm tra bằng quy trình tiêu chuẩn trong IDEA StatiCa Connection. Tính toán tay thường giả định lý thuyết dầm cho chốt chống cắt, mặc dù nó là không chính xác vì tỉ lệ giữa chiều dài trên chiều rộng là rất nhỏ cho chốt chống cắt. Vì thế, có thể có sự khác biệt đáng kể giữa IDEA StatiCa Connection và tính toán thủ công.

Truyền lực cắt bởi neo

Độ bền cắt được xác định bởi độ bền chịu cắt của neo. Đồ bền thép của neo có đường cong tải – biến dạng đàn hồi, nhưng chế độ phá hủy bê tông được cân nhắc là hoàn toàn giòn.