底板下方的混凝土采用具有均匀刚度的Winkler地基模型进行模拟,该模型提供接触应力。EN 1993-1-8确定的有效面积上的平均应力用于压力校核。
混凝土在三维受压状态下的抗力根据EN 1993-1-8确定,通过计算节点处混凝土的设计承压强度fjd以及底板有效面积Aeff来实现。节点的设计承压强度fjd依据EN 1993-1-8第6.2.5条和EN 1992-1-1第6.7条进行评估。灌浆质量和厚度通过节点系数βjd引入。当灌浆质量等于或优于混凝土块质量时,预期βjd = 1.0,EN 1993-1-8推荐值为βjd = 0.67。底板下方的有效面积Aeff,cm估算为柱截面形状加上附加承压宽度c后的形状。
其中t为底板厚度,fy为底板屈服强度,γM0为钢材分项安全系数。
有效面积通过迭代计算,直至当前迭代与前一次迭代的附加承压宽度之差|ci – ci–1|小于1 mm为止。第一次迭代时,假设底板面积为承压面积Ac0。
混凝土受压区域取自有限元分析结果。该受压面积Aeff,FEM用于确定中性轴位置。用户可通过在规范设置中编辑"有效面积——网格尺寸影响"来修改该面积。默认值为0.1,验证研究均基于此值进行。不建议减小该值。增大该值将使混凝土承压抗力的评估更为保守。规范设置中的值确定面积Aeff,FEM的边界,例如,0.1的值仅考虑混凝土应力高于混凝土最大应力σc,max的0.1倍的区域。受压面积Aeff,FEM与有效面积Aeff,cm的交集,可用于评估任意截面形状、任意加劲板配置的柱脚在一般荷载作用下的抗力,标记为Aeff。有效面积Aeff上的平均应力σ由压力除以有效面积确定。构件校核条件为σ ≤ fjd。
集中受压时的混凝土抗力:
考虑三轴应力导致混凝土抗压强度提高的集中系数:
其中Ac1为根据EN 1992-1-1第 6.7条确定的支承面积。该面积必须与承压面积Aeff同心且几何相似。
底板下方的平均应力:
受压承载比 [%]:
其中:
- fck – 混凝土抗压强度标准值
- βj = 0.67 – 灌浆质量系数,可在规范设置中编辑
- γc – 混凝土安全系数
- Aeff – 柱轴力N分布的有效面积

按欧洲规范计算的纯压情况下的有效面积Aeff,cm以虚线标注。图形表示展示了校核方式。计算所得有效面积Aeff,fem以绿色标注。用于接触应力校核的最终有效面积Aeff以阴影线高亮显示。

在少数情况下,特别是柱脚仅承受拉力(混凝土受压由撬力引起)或同时承受拉力和弯矩时,面积Aeff,cm与Aeff,fem的交集极小甚至为零。对于此类情况,压力通常非常小,校核超出欧洲规范的适用范围,混凝土受压部分不进行校核。
网格敏感性
如下图所示,该混凝土受压抗力评估方法与底板网格划分无关。以下以按欧洲规范进行混凝土受压评估为例进行说明。研究了两种工况:纯压力1200 kN的荷载工况,以及压力1200 kN与弯矩90 kN·m组合的荷载工况。

纯压情况下单元数量对混凝土受压抗力预测的影响

压弯组合情况下单元数量对混凝土受压抗力预测的影响
混凝土块中的剪力
混凝土块中的剪力可通过以下三种方式之一传递:
- 摩擦
Vrd = N Cf - 抗剪键
抗剪型钢及焊缝也通过有限元法进行校核。 - 锚栓
校核依据ETAG 001 – 附录C进行
其中:
- AV,y、AV,z – 抗剪型钢截面在y轴和z轴方向的剪切面积
- fy – 屈服强度
- γM0 – 安全系数
- Vy – 底板平面内y方向的剪力分量
- Vz – 底板平面内z方向的剪力分量
- V – 剪力(两个剪力分量的矢量和)
- N – 垂直于底板的力
- Cf – 钢材与混凝土/灌浆之间的摩擦系数;可在规范设置中编辑
- A = l b – 抗剪键不含混凝土表面以上部分的投影面积
- l – 抗剪键不含混凝土表面以上部分的长度
- b – 抗剪键在剪力方向上的投影宽度
- σRd,max = k1 v' fcd – 可施加于节点边缘的最大应力
- k1 = 1 – 系数(EN 1992-1-1 – 公式(6.60))
- v' = 1 – fck / 250 – 系数(EN 1992-1-1 – 公式(6.57N))
- – 混凝土设计抗压强度
- αcc – 混凝土抗压强度长期效应系数
- fck – 混凝土抗压强度标准值
- γc – 混凝土安全系数

