แบบจำลองการออกแบบ
ใน CBFEM นั้น สะดวกที่จะลดรูปบล็อกคอนกรีตให้เป็นองค์ประกอบสัมผัส 2 มิติ การเชื่อมต่อระหว่างคอนกรีตและแผ่นฐานจะต้านทานเฉพาะแรงอัดเท่านั้น แรงอัดถ่ายผ่านแบบจำลองดินรองรับ Winkler-Pasternak ซึ่งแสดงถึงการเสียรูปของบล็อกคอนกรีต แรงดึงระหว่างแผ่นฐานและบล็อกคอนกรีตรับโดยสลักยึด แรงเฉือนถ่ายผ่านโดยแรงเสียดทานระหว่างแผ่นฐานและบล็อกคอนกรีต โดยเดือยรับแรงเฉือน และโดยการดัดของสลักยึดและแรงเสียดทาน ความต้านทานของสลักต่อแรงเฉือนประเมินโดยการคำนวณเชิงวิเคราะห์ แรงเสียดทานและเดือยรับแรงเฉือนถูกจำลองเป็นข้อจำกัดแบบจุดเดียวเต็มรูปแบบในระนาบของการสัมผัสระหว่างแผ่นฐานและคอนกรีต
ความแข็งเกร็งจากการเสียรูป
ความแข็งเกร็งของบล็อกคอนกรีตอาจประมาณได้สำหรับการออกแบบฐานเสาในรูปแบบของครึ่งทรงกลมยืดหยุ่น แบบจำลองดินรองรับ Winkler-Pasternak มักใช้สำหรับการคำนวณแบบลดรูปของฐานราก ความแข็งเกร็งของดินรองรับกำหนดโดยใช้โมดูลัสความยืดหยุ่นของคอนกรีตและความสูงประสิทธิผลของดินรองรับดังนี้:
\[ k = \frac{E_c}{(\alpha_1 + \upsilon) \sqrt{\frac{A_{eff}}{A_{ref}}}} \left( \frac{1}{\frac{h}{a_2 d} + a_3}+a_4 \right) \]
โดยที่:
- k – ความแข็งเกร็งของดินรองรับคอนกรีตภายใต้แรงอัด
- Ec – โมดูลัสความยืดหยุ่นของคอนกรีต
- υ – สัมประสิทธิ์ Poisson ของบล็อกคอนกรีต
- Aeff – พื้นที่ประสิทธิผลภายใต้แรงอัด
- Aref = 1 m2 – พื้นที่อ้างอิง
- d – ความกว้างของแผ่นฐาน
- h – ความสูงของบล็อกคอนกรีต
- a1 = 1.65; a2 = 0.5; a3 = 0.3; a4 = 1.0 – สัมประสิทธิ์
ต้องใช้หน่วย SI ในสูตร โดยหน่วยผลลัพธ์คือ N/m3
การถ่ายแรงเฉือนที่แผ่นฐาน
แรงเฉือนที่แผ่นฐานสามารถถ่ายได้โดยสามวิธี:
- แรงเสียดทาน
- เดือยรับแรงเฉือน
- สลักยึด
ผู้ใช้สามารถเลือกวิธีได้โดยการแก้ไขการดำเนินการแผ่นฐาน ซอฟต์แวร์ไม่อนุญาตให้ใช้วิธีร่วมกัน อย่างไรก็ตาม EN 1993-1-8 – ข้อ 6.2.2 และ Fib 58 – บทที่ 4.2 อนุญาตให้รวมการถ่ายแรงเฉือนโดยสลักยึดและแรงเสียดทานภายใต้เงื่อนไขบางประการ โดยทั่วไปแล้ว การละเลยแรงเสียดทานในการออกแบบการยึดเหนี่ยวเป็นแนวทางที่ปลอดภัย แม้ว่าในบางกรณีอาจนำไปสู่การประเมินการแตกร้าวของคอนกรีตที่ระดับสภาวะใช้งานต่ำเกินไป โดยหลักการแล้ว ควรละเลยความต้านทานแรงเสียดทานหาก:
- ความหนาของชั้นเกราต์เกินกว่าครึ่งหนึ่งของเส้นผ่านศูนย์กลางสลักยึด
- ความสามารถในการยึดเหนี่ยวถูกควบคุมโดยเงื่อนไขขอบใกล้
- การยึดเหนี่ยวมีวัตถุประสงค์เพื่อต้านทานแรงแผ่นดินไหว
ไม่ควรอนุญาตให้ใช้ร่วมกับเดือยรับแรงเฉือนเนื่องจากความเข้ากันได้ของการเสียรูป
การถ่ายแรงเฉือนโดยแรงเสียดทาน
ความต้านทานแรงเฉือนเท่ากับตัวประกอบความปลอดภัยของความต้านทานคูณด้วยสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานที่แก้ไขได้ใน Code setup และแรงอัด แรงอัดรวมถึงแรงทั้งหมด เช่น ในกรณีของฐานเสาที่รับแรงอัดและโมเมนต์ดัด แรงอัดที่ใช้สำหรับความต้านทานแรงเฉือนจากแรงเสียดทานอาจสูงกว่าแรงอัดที่กระทำ
การถ่ายแรงเฉือนโดยเดือยรับแรงเฉือน
เดือยรับแรงเฉือนถูกจำลองเป็นชิ้นส่วนสั้นที่ฝังอยู่ในคอนกรีตใต้แผ่นฐาน แรงเฉือนประมาณว่าถ่ายโดยการกระจายแรงสม่ำเสมอที่กระทำบนส่วนทั้งหมดของเดือยรับแรงเฉือนที่ฝังอยู่ในบล็อกคอนกรีต กล่าวคือ Node ทั้งหมดของเดือยรับแรงเฉือนที่อยู่ต่ำกว่าผิวคอนกรีตรับแรงสม่ำเสมอ ส่วนของเดือยรับแรงเฉือนที่อยู่เหนือผิวคอนกรีตในชั้นเกราต์ไม่ถือว่าถ่ายแรงเฉือน
โปรดทราบว่าระยะแขนคานระหว่างแรงเฉือนที่กระทำ (ที่แผ่นฐาน) และความต้านทานแรงเฉือน (ครึ่งความสูงของเดือยรับแรงเฉือนที่ฝังในคอนกรีต) ก่อให้เกิดโมเมนต์ดัดซึ่งต้องถ่ายโดยแรงอัดในคอนกรีตและแรงดึงในสลักยึด
เดือยรับแรงเฉือนประกอบด้วยองค์ประกอบไฟไนต์เอลิเมนต์แบบเปลือกและตรวจสอบเหมือนแผ่นทั่วไป นอกจากนี้ รอยเชื่อมของเดือยรับแรงเฉือนกับแผ่นฐานได้รับการตรวจสอบโดยใช้ขั้นตอนมาตรฐานใน IDEA StatiCa Connection การคำนวณด้วยมือมักสมมติทฤษฎีคานสำหรับเดือยรับแรงเฉือน แม้ว่าจะไม่แม่นยำเนื่องจากอัตราส่วนความยาวต่อความกว้างมีค่าน้อยมากสำหรับเดือยรับแรงเฉือน ดังนั้นอาจมีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่าง IDEA StatiCa Connection และการคำนวณด้วยมือ
การถ่ายแรงเฉือนโดยสลักยึด
ความต้านทานแรงเฉือนกำหนดโดยความต้านทานแรงเฉือนของสลักยึด ความต้านทานของเหล็กในสลักยึดมีเส้นโค้งแรง-การเสียรูปแบบ elastoplastic แต่รูปแบบการวิบัติของคอนกรีตถือว่าเป็นแบบเปราะสมบูรณ์