Phương pháp CBFEM (phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên cấu kiện) kết hợp các ưu điểm của Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) tổng quát và Phương pháp cấu kiện (CM) tiêu chuẩn. Ứng suất và nội lực được tính toán trên mô hình CBFEM chính xác được sử dụng để kiểm tra tiêu chuẩn tất cả các cấu kiện – Bu lông, bu lông siết trước và mối hàn được kiểm tra tiêu chuẩn theo SP 16.13330.2017. Bê tông chịu nén được kiểm tra tiêu chuẩn theo SP 63.13330.2012. Các bản thép được kiểm tra tiêu chuẩn bằng phân tích phần tử hữu hạn. Kiểm tra tiêu chuẩn neo chưa được triển khai trong phiên bản hiện tại.
Kiểm tra biến dạng được thực hiện tại các phần tử hữu hạn vỏ mô phỏng các bản thép. Cường độ chảy được chia cho hệ số cường độ vật liệu và nhân với hệ số điều kiện làm việc.
Ứng suất tương đương (HMH, von Mises) và biến dạng dẻo được tính toán trên các bản thép. Khi cường độ chảy (chia cho hệ số an toàn riêng phần đối với cường độ vật liệu, γm – SP 16, Bảng 3, và nhân với hệ số điều kiện làm việc γc – SP 16, Bảng 1, có thể chỉnh sửa trong Cài đặt tiêu chuẩn, SP 16, Điều 11.1.1) trên biểu đồ vật liệu hai đường tuyến tính đạt đến giới hạn, kiểm tra biến dạng dẻo tương đương được thực hiện. Giá trị giới hạn 5 % được đề xuất trong Eurocode (EN 1993-1-5 Phụ lục C, Điều C8, Ghi chú 1). Giá trị này có thể được điều chỉnh trong Cài đặt tiêu chuẩn, nhưng các nghiên cứu kiểm chứng đã được thực hiện với giá trị khuyến nghị này. Đặc tính vật liệu của cấu kiện được xác định theo bản thép dày nhất.
\[ \frac{1}{R_y \gamma_c} \sqrt{\sigma_x^2-\sigma_x \sigma_y + \sigma_y^2 + 3 \tau_{xy}^2} \le 1.0 \]
Phần tử bản được chia thành năm lớp, và ứng xử đàn hồi/dẻo được khảo sát trong từng lớp. Chương trình hiển thị kết quả bất lợi nhất trong tất cả các lớp.
Ứng suất có thể cao hơn một chút so với cường độ chảy thiết kế. Nguyên nhân là do độ nghiêng nhỏ của nhánh dẻo trong biểu đồ ứng suất - biến dạng, được sử dụng trong phân tích để cải thiện sự ổn định của quá trình tính toán.
Bu lông
Bu lông được kiểm tra theo SP 16, Điều 14.2. Lực kéo và lực cắt trong mỗi bu lông được xác định bằng phân tích phần tử hữu hạn. Lực bẩy được xác định bằng phân tích phần tử hữu hạn và được tính đến. Mỗi mặt phẳng cắt được kiểm tra riêng lẻ. Bản thép chịu ép mặt được kiểm tra theo tổng lực cắt tại các mặt phẳng lân cận.
Bu lông chịu cắt
Bu lông chịu lực cắt thiết kế được thiết kế theo Điều 14.2.9 và phải thỏa mãn:
\[ N_s \le N_{bs} = R_{bs} A_b \gamma_b \gamma_c \]
trong đó:
- Ns – lực cắt trên một mặt phẳng của bu lông
- Nbs – khả năng chịu cắt của bu lông
- Rbs – cường độ chịu cắt thiết kế của bu lông – SP 16, Bảng 5
- Ab – diện tích mặt cắt ngang nguyên của bu lông
- γb – hệ số điều kiện làm việc của liên kết bu lông – SP 16, Bảng 41 – γb = 1.0 đối với bu lông đơn và bu lông nhiều hàng với cấp chính xác A, γb = 0.9 đối với bu lông nhiều hàng và cấp chính xác B và bu lông cường độ cao (Rbun ≥ 800 MPa)
- γc – hệ số điều kiện làm việc – SP 16, Bảng 1, có thể chỉnh sửa trong Cài đặt tiêu chuẩn
| Rbyn [MPa] | Rbs [MPa] |
| \(R_{byn} \le 300 \) | \(0.42 \cdot R_{bun} \) |
| \(300 < R_{byn} \le 400 \) | \(0.41 \cdot R_{bun} \) |
| \(400 < R_{byn} \le 936 \) | \(0.40 \cdot R_{bun} \) |
| \(936 > R_{byn} \) | \(0.35 \cdot R_{bun} \) |
Mỗi mặt phẳng cắt được kiểm tra riêng lẻ.
Bu lông chịu kéo
Bu lông chịu lực kéo thiết kế được thiết kế theo SP 16, Điều 14.2.9 và phải thỏa mãn:
\[ N_t ≤ N_{bt} = R_{bt} A_{bn} \gamma_c \]
trong đó:
- Nt – lực kéo trong bu lông
- Nbt – khả năng chịu kéo của bu lông
- Rbt – cường độ chịu kéo thiết kế – SP 16, Bảng 5
- Abn – diện tích mặt cắt ngang thực của bu lông
- γc – hệ số điều kiện làm việc – SP 16, Bảng 1, có thể chỉnh sửa trong Cài đặt tiêu chuẩn
| Rbun [MPa] | Rbt [MPa] |
| \(R_{bun} < 830 \) | \(0.45 \cdot R_{bun} \) |
| \(830 \le R_{bun} < 1040 \) | \(0.54 \cdot R_{bun} \) |
| \(R_{bun} \ge 1040 \) | \(0.70 \cdot R_{bun} \) |
Bu lông chịu đồng thời cắt và kéo
Bu lông chịu đồng thời lực cắt và lực kéo được thiết kế theo SP 16, Điều 14.2.13 và phải thỏa mãn:
\[ \sqrt{\left ( \frac{N_t}{N_{bt}} \right ) ^2 + \left ( \frac{N_s}{N_{bs}} \right ) ^2} \le 1.0 \]
trong đó:
- Nt – lực kéo trong bu lông
- Nbt – khả năng chịu kéo của bu lông
- Ns – lực cắt trên một mặt phẳng của bu lông
- Nbs – khả năng chịu cắt của bu lông
Bu lông chịu ép mặt
Bản thép chịu lực ép mặt do bu lông chịu cắt được thiết kế theo SP 16, Điều 14.2.9 và phải thỏa mãn:
\[ N_s ≤ N_{bp} = R_{bp} d_b t \gamma_b \gamma_c \]
trong đó:
- Ns – lực cắt trong bu lông tác dụng lên bản thép
- Nbp – khả năng chịu ép mặt của bản thép
- Rbp – cường độ chịu ép mặt thiết kế; Rbp = 1.6 · Ru đối với cấp chính xác A và Rbp = 1.35 · Ru đối với cấp chính xác B – SP 16, Bảng 5
- Run – cường độ chịu kéo giới hạn của cấu kiện được liên kết
- db – đường kính bu lông
- t – chiều dày bản thép
- γb – hệ số điều kiện làm việc của liên kết bu lông – SP 16, Bảng 41
- γc – hệ số điều kiện làm việc – SP 16, Bảng 1, có thể chỉnh sửa trong Cài đặt tiêu chuẩn
Mỗi bản thép được kiểm tra riêng lẻ và trường hợp bất lợi nhất được hiển thị. SP 16 không quy định hệ số điều kiện làm việc của liên kết bu lông, γb, cho các trường hợp ngoài giới hạn cấu tạo. Do đó, kiểm tra ép mặt không được thực hiện cho các trường hợp đó.
Liên kết kiểu ma sát
Đối với liên kết kiểu ma sát, yêu cầu hạn chế và kiểm tra trượt theo SP 16, Điều 14.3. Các bu lông này cũng cần được kiểm tra theo kiểu ép mặt đối với trạng thái giới hạn cực hạn sau khi xảy ra trượt. Bu lông chịu lực cắt phải thỏa mãn:
\[ N_s \le N_{bf} = Q_{bh} \gamma_b \gamma_c \]
trong đó:
- Ns – lực cắt tác dụng lên một bu lông được kéo căng trước và một mặt phẳng ma sát
- Nbf – khả năng chịu trượt của một bu lông được kéo căng trước và một mặt phẳng ma sát
- Qbh = Rbh Abn μ / γh – khả năng chịu trượt thiết kế của một bu lông được kéo căng trước và một mặt phẳng ma sát
- Rbh = 0.7 · Rbun – lực căng trước thiết kế trong bu lông được kéo căng trước – SP 16, Điều 6.7
- Rbun – khả năng chịu kéo giới hạn của bu lông
- Abn – diện tích chịu kéo
- μ – hệ số ma sát cho bu lông được kéo căng trước – SP 16, Bảng 42, có thể chỉnh sửa trong Cài đặt tiêu chuẩn
- γh – hệ số trong trường hợp siết chặt bu lông – SP 16, Bảng 42
- Lỗ thông thường: tải trọng tĩnh, Δ ≤ 4 mm; tải trọng động, Δ ≤ 1 mm:
- γh = 1.12 khi μ ≥ 0.42
- γh = 1.17 khi 0.35 ≤ μ < 0.42
- γh = 1.30 khi μ < 0.35
- Lỗ quá khổ: tải trọng tĩnh, Δ > 4 mm; tải trọng động, Δ > 1 mm:
- γh = 1.70 khi μ < 0.35
- γh = 1.35 khi μ ≥ 0.35
- Δ – hiệu số giữa đường kính lỗ bu lông và đường kính bu lông
- γb – hệ số điều kiện làm việc của liên kết ma sát – SP 16, Điều 14.3.4
- γc – hệ số điều kiện làm việc – SP 16, Bảng 1, có thể chỉnh sửa trong Cài đặt tiêu chuẩn
Tải trọng tĩnh hoặc động có thể được thiết lập trong Cài đặt tiêu chuẩn.
| Số lượng bu lông n | \( \gamma_b \) |
| \( n < 5 \) | 0.8 |
| \( 5 \le n < 10 \) | 0.9 |
| \( n \ge 10 \) | 1.0 |
Số mặt phẳng tiếp xúc hiệu quả, κ, luôn bằng 1, vì mỗi mặt phẳng tiếp xúc được kiểm tra riêng lẻ.
Theo SP 16, Điều 14.3.6, đối với bu lông trong liên kết kiểu ma sát chịu đồng thời cắt và kéo, hệ số điều kiện làm việc của liên kết ma sát, γb, được nhân với:
\[ \gamma_b = \gamma_b \cdot \left ( 1 - \frac{N_t}{P_b} \right ) \]
trong đó:
- Nt – lực kéo trong bu lông
- Pb = Rbh Abn – lực căng trước trong bu lông
- Rbh = 0.7 · Rbun – lực căng trước thiết kế trong bu lông được kéo căng trước – SP 16, Điều 6.7
- Abn – diện tích chịu kéo
Liên kết kiểu ma sát cũng cần được kiểm tra đối với trạng thái giới hạn cực hạn. Loại bu lông cần được chuyển sang kiểu ép mặt – tương tác kéo/cắt, tải trọng tăng lên phù hợp và liên kết cần được kiểm tra lại.
Có thể thiết lập hàn đối đầu hoặc hàn góc dọc theo toàn bộ chiều dài cạnh, hàn một phần hoặc hàn gián đoạn. Mối hàn đối đầu được giả định có cùng cường độ với cấu kiện được hàn và không được kiểm tra. Trong trường hợp hàn góc, phần tử hàn được chèn vào giữa các liên kết nội suy kết nối các bản với nhau. Phần tử hàn có biểu đồ vật liệu đàn hồi-dẻo được chỉ định để phân phối lại ứng suất dọc theo chiều dài mối hàn sao cho các mối hàn dài, mối hàn đa hướng hoặc hàn vào cánh không có sườn tăng cứng có sức kháng tương tự như theo tính toán thủ công. Phần tử hàn chịu ứng suất lớn nhất là quyết định trong kiểm tra mối hàn.
Phần tử hàn góc chịu ứng suất lớn nhất của mối hàn được kiểm tra theo SP 16, Điều 14.1. Chiều dài mối hàn cần được giảm đi 10 mm theo SP 16, Điều 14.1.16.
Kiểm tra kim loại mối hàn:
\[ \frac{N}{\beta_f k_f l_{we} R_{wf} \gamma_c} ≤ 1.0 \]
Kiểm tra kim loại cơ bản:
\[ \frac{N}{\beta_z k_f l_{we} R_{wz} \gamma_c} ≤ 1.0 \]
trong đó:
- N – lực tác dụng lên phần tử hàn
- βf – hệ số cho kim loại mối hàn theo SP 16, Bảng 39; hệ số được xác định bởi thiết lập tiêu chuẩn – loại hàn và vị trí hàn (cài đặt vật liệu hàn)
- βz – hệ số cho kim loại cơ bản theo SP 16, Bảng 39; hệ số được xác định bởi thiết lập tiêu chuẩn – loại hàn và vị trí hàn (cài đặt vật liệu hàn)
- kf – kích thước chân mối hàn góc, tỷ lệ chân mối hàn góc được giả định là 1:1
- \( l_{we} = \frac{l_w}{l} \cdot l_e \) – chiều dài phần tử hàn tính toán
- lw = l – 10 mm – chiều dài mối hàn tính toán
- l – chiều dài mối hàn thực tế
- le – chiều dài phần tử hàn thực tế
- \( R_{wf} = 0.55 \frac{R_{wun}}{\gamma_{wm}} \) – cường độ chịu kéo của kim loại mối hàn – SP 16, Bảng 4
- Rwz = 0.45 Run – cường độ chịu kéo của kim loại cơ bản – SP 16, Bảng 4
- γc – hệ số điều kiện làm việc – SP 16, Bảng 1, có thể chỉnh sửa trong thiết lập tiêu chuẩn
- Rwun – cường độ tiêu chuẩn của kim loại mối hàn góc theo SP 16, Bảng D2
- γwm – hệ số an toàn riêng phần cho kim loại mối hàn, γwm = 1,25 khi Rwun ≤ 490 MPa và γwm = 1,35 trong các trường hợp còn lại – SP 16, Bảng 4
- Run – cường độ đặc trưng của thép được liên kết
| Vật liệu hàn | Rwun [MPa] | Rwf [MPa] |
| E42 | 410 | 180 |
| E46 | 450 | 200 |
| E50 | 490 | 215 |
| E60 | 590 | 240 |
| E70 | 685 | 280 |
| E85 | 835 | 340 |
Loại vị trí hàn theo trọng lực có thể được thiết lập khi chọn điện cực hàn và loại hàn trong thiết lập tiêu chuẩn.
Biểu đồ mối hàn hiển thị ứng suất theo công thức sau:
\[ \sigma = \sqrt{ \sigma_{\perp}^2 + \tau_{\perp}^2 + \tau_{\parallel}^2 } \]
Bê tông chịu nén
Bê tông chịu nén dưới bản mã chân cột được kiểm tra theo SP 63.13330.2012, Điều 8.1.44 – Tính toán cấu kiện bê tông cốt thép chịu nén cục bộ:
\[ N \le \psi R_{b,loc} A_{b,loc} \]
trong đó:
- N – lực nén cục bộ từ tải trọng ngoài
- ψ – hệ số bằng 0,75 trong trường hợp phân bố không đều của tải trọng cục bộ trên bề mặt chịu lực
- Rb,loc = φb Rb – cường độ chịu nén tính toán của bê tông khi chịu tác động cục bộ của lực nén
- \( \varphi_b = 0.8 \sqrt{\frac{A_{b,max}}{A_{b,loc}}} \) và 1,0 ≤ φb ≤ 2,5 – hệ số tập trung ứng suất kể đến trạng thái ứng suất ba chiều trong bê tông
- Rb = Rbn / γb – giá trị thiết kế của cường độ chịu nén dọc trục của bê tông
- Rbn – cường độ chịu nén dọc trục tiêu chuẩn của bê tông
- γb = 1,3 – hệ số độ tin cậy của bê tông chịu nén; có thể chỉnh sửa trong Cài đặt tiêu chuẩn
- Ab,loc – diện tích đặt lực nén (diện tích bề mặt chịu lực) được xác định bằng phương pháp phần tử hữu hạn là diện tích tiếp xúc giữa bản mã chân cột và khối bê tông
- Ab,max – diện tích thiết kế lớn nhất được xác định theo các quy tắc sau:
- trọng tâm của các diện tích Ab,loc và Ab,max trùng nhau
- diện tích thiết kế lớn nhất đồng dạng hình học với diện tích đặt lực; độ dốc là 1 theo phương đứng trên 2 theo phương ngang.
Truyền lực cắt
Tác động lực cắt tại bản mã chân cột được giả định là truyền từ cột xuống móng bê tông bằng:
- Ma sát giữa bản mã chân cột và bê tông / vữa lót
- Chốt chịu cắt
- Bu lông neo
Neo
Lực kéo trong các neo bao gồm lực bẩy và được xác định bằng phân tích phần tử hữu hạn.
Neo không được kiểm tra trong phần mềm.
Bu lông
Khoảng cách tối thiểu giữa các bu lông và khoảng cách tối thiểu từ bu lông đến mép được kiểm tra theo SP 16, Bảng 40.
Khoảng cách tối thiểu giữa các bu lông là 2,5· d đối với thép có Ryn ≤ 375 MPa và 3 · d trong các trường hợp còn lại.
Khoảng cách tối thiểu từ bu lông đến mép là 2 · d đối với thép có Ryn ≤ 375 MPa và 2,5 · d trong các trường hợp còn lại theo phương của lực cắt. Khoảng cách tối thiểu từ bu lông đến mép là 1,35 · d theo phương vuông góc với lực cắt. Khoảng cách tối thiểu từ bu lông đến mép có thể nhỏ hơn trong một số trường hợp được quy định tại SP 16, Bảng 40. Nếu các điều kiện này được đáp ứng, người dùng có thể tắt kiểm tra bố trí. Tuy nhiên, kiểm tra bu lông chịu ép mặt có thể không được thực hiện.
Bu lông siết chặt trước
Khoảng cách tối thiểu giữa các bu lông và khoảng cách tối thiểu từ bu lông đến mép được kiểm tra theo SP 16, Bảng 40.
Khoảng cách tối thiểu giữa các bu lông là 2,5 · d đối với thép có Ryn ≤ 375 MPa và 3 · d trong các trường hợp còn lại.
Khoảng cách tối thiểu từ bu lông đến mép là 1,3 · d.
Neo
Khoảng cách giữa các neo phải lớn hơn sáu lần đường kính neo. Giá trị này phụ thuộc vào loại neo và có thể được điều chỉnh trong Thiết lập tiêu chuẩn.
Khoảng cách tối thiểu từ neo đến mép bản tuân theo các quy tắc áp dụng cho bu lông.
Mối hàn
Bố trí mối hàn được kiểm tra theo SP 16, Điều 14.1.7. Kích thước mối hàn góc tối đa, kf,max, phải nhỏ hơn 1,2 · tmin, trong đó tmin là chiều dày của bản mỏng hơn được liên kết. Kích thước mối hàn góc tối thiểu, kf,min, được kiểm tra theo SP 16, Bảng 38. Chiều dày tmax là chiều dày lớn nhất trong các bản được hàn.
- Với \(t_{min} < 0.6 \cdot t_{max}\) – kf,min = tmin đối với mối hàn góc một phía và \( k_{f,min} = t_{min} / \sqrt{2} \) đối với mối hàn góc hai phía
- Với \(t_{min} \ge 0.6 \cdot t_{max}\) – kf,min được chọn từ bảng dưới đây
Các nút liên kết được phân loại theo độ cứng nút thành:
- Ngàm cứng – nút liên kết có sự thay đổi không đáng kể góc ban đầu giữa các cấu kiện,
- Liên kết bán cứng – nút liên kết được giả định có khả năng cung cấp mức độ ngàm uốn đáng tin cậy và xác định,
- Khớp – nút liên kết không phát sinh mô men uốn.
Các nút liên kết được phân loại theo EN 1993-1-8 – Điều 5.2.2.
- Ngàm cứng – \( \frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} \ge k_b \)
- Liên kết bán cứng – \( 0.5 < \frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} < k_b \)
- Khớp – \( \frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} \le 0.5 \)
trong đó:
- Sj,ini – độ cứng ban đầu của nút liên kết; độ cứng nút được giả định tuyến tính đến 2/3 của Mj,Rd
- Lb – chiều dài lý thuyết của cấu kiện được phân tích; đặt trong thuộc tính cấu kiện
- E – mô đun đàn hồi Young
- Ib – mô men quán tính của cấu kiện được phân tích
- kb = 8 đối với khung mà hệ giằng giảm chuyển vị ngang ít nhất 80%; kb = 25 đối với các khung khác, với điều kiện ở mỗi tầng Kb/Kc ≥ 0.1. Giá trị kb = 25 được sử dụng trừ khi người dùng đặt "hệ có giằng" trong Thiết lập tiêu chuẩn.
- Mj,Rd – sức kháng mô men thiết kế của nút liên kết
- Kb = Ib / Lb
- Kc = Ic / Lc
Thiết kế theo khả năng chịu lực sử dụng cùng quy trình như trong EC do thiếu các quy định trong tiêu chuẩn Nga.
Mục tiêu của thiết kế theo khả năng chịu lực là xác nhận rằng công trình có ứng xử dẻo có kiểm soát nhằm tránh sụp đổ trong trận động đất ở mức thiết kế. Khớp dẻo dự kiến xuất hiện tại cấu kiện tiêu tán năng lượng và tất cả các cấu kiện không tiêu tán năng lượng của nút liên kết phải có khả năng truyền an toàn các lực phát sinh do chảy dẻo tại cấu kiện tiêu tán. Cấu kiện tiêu tán thường là dầm trong khung chịu mô men nhưng cũng có thể là, ví dụ, bản mã đầu dầm. Hệ số sử dụng không được áp dụng cho các cấu kiện tiêu tán. Hai hệ số được gán cho cấu kiện tiêu tán:
- γov – hệ số dư bền – EN 1998-1, Điều 6.2; giá trị khuyến nghị là γov = 1,25; có thể chỉnh sửa trong vật liệu
- γsh – hệ số hóa bền biến dạng; các giá trị khuyến nghị là γsh = 1,2 cho dầm trong khung chịu mô men, γsh = 1,0 trong các trường hợp khác; có thể chỉnh sửa trong thao tác
Biểu đồ vật liệu được điều chỉnh theo hình dưới đây:
Cường độ tăng lên của cấu kiện tiêu tán cho phép nhập tải trọng gây ra khớp dẻo xuất hiện tại cấu kiện tiêu tán. Trong trường hợp khung chịu mô men và dầm là cấu kiện tiêu tán, dầm cần được tải bởi My,Ed = γovγshfyWpl,y và lực cắt tương ứng Vz,Ed = –2 My,Ed / Lh, trong đó:
- fy – cường độ chảy dẻo đặc trưng
- Wpl,y – mô đun tiết diện dẻo
- Lh – khoảng cách giữa các khớp dẻo trên dầm
Trong trường hợp nút liên kết không đối xứng, dầm cần được tải bởi cả mô men uốn dương và mô men uốn âm cùng với các lực cắt tương ứng.
Các bản thép của cấu kiện tiêu tán được loại trừ khỏi kiểm tra tiêu chuẩn.