Model structural al unui bloc de beton

Model de calcul

În CBFEM, este convenabil să se simplifice blocul de beton ca elemente de contact 2D. Îmbinarea dintre beton și placa de bază rezistă numai la compresiune. Compresiunea este transferată prin modelul de subsolul Winkler-Pasternak, reprezentând deformațiile blocului de beton. Forța de întindere dintre placa de bază și blocul de beton este preluată de buloanele de ancorare. Forța de forfecare este transferată prin frecare între placa de bază și blocul de beton, prin pivotul de forfecare și prin încovoierea buloanelor de ancorare și frecare. Rezistența buloanelor la forfecare este evaluată analitic. Frecarea și pivotul de forfecare sunt modelate ca o constrângere completă într-un singur punct în planul de contact placă de bază – beton.

Rigiditate la deformație

Rigiditatea blocului de beton poate fi estimată pentru calculul bazelor de stâlpi ca o emisferă elastică. Modelul de subsolul Winkler-Pasternak este utilizat frecvent pentru calculul simplificat al fundațiilor. Rigiditatea subsolului se determină folosind modulul de elasticitate al betonului și înălțimea efectivă a subsolului astfel:

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

unde:

• k – rigiditatea subsolului de beton la compresiune
• E_c – modulul de elasticitate al betonului
• υ – coeficientul Poisson al blocului de beton
• A_eff – aria efectivă la compresiune
• A_ref = 1 m² – arie de referință
• d – lățimea plăcii de bază
• h – înălțimea blocului de beton
• a₁ = 1,65; a₂ = 0,5; a₃ = 0,3; a₄ = 1,0 – coeficienți

În formulă trebuie utilizate unități SI, unitatea rezultată este N/m³.

Transferul forței de forfecare la placa de bază

Forța de forfecare la placa de bază poate fi transferată prin trei mijloace:

• Frecare
• Pivot de forfecare
• Ancore

Utilizatorii pot alege mijlocul de transfer prin editarea operației plăcii de bază. Nicio combinație de mijloace nu este permisă în software, însă EN 1993-1-8 – Cl. 6.2.2 și Fib 58 – Chapter 4.2 permit combinarea transferului de forfecare prin ancore și frecare în anumite condiții. În general, este conservativ să se neglijeze frecarea în calculul ancorării, deși în unele cazuri poate conduce la o subestimare a fisurării betonului la starea limită de serviciu. Ca regulă generală, rezistența la frecare trebuie neglijată dacă:

• grosimea stratului de mortar depășește jumătate din diametrul ancorei,
• capacitatea de ancorare este guvernată de o condiție de margine apropiată,
• ancorarea este destinată să reziste la încărcări seismice.

Combinarea cu un pivot de forfecare nu trebuie niciodată permisă din cauza compatibilității deformațiilor.

Transferul forței de forfecare prin frecare

Rezistența la forfecare este egală cu factorul de siguranță la rezistență înmulțit cu coeficientul de frecare editabil în configurarea codului și cu încărcarea de compresiune. Încărcarea de compresiune include toate forțele; de exemplu, în cazul unei baze de stâlp încărcate cu forță de compresiune și moment încovoietor, încărcarea de compresiune utilizată pentru rezistența la forfecare prin frecare poate fi mai mare decât forța de compresiune aplicată.

Transferul forței de forfecare prin pivot de forfecare

Pivotul de forfecare este simulat ca un tronson scurt înglobat în beton sub placa de bază. Se estimează că forța de forfecare este transferată printr-o distribuție uniformă de încărcare acționând pe întreaga porțiune a pivotului de forfecare înglobată în blocul de beton, adică toate nodurile pivotului de forfecare de sub suprafața betonului sunt încărcate uniform. Se presupune că porțiunea pivotului de forfecare aflată deasupra suprafeței betonului în mortar nu transferă forța de forfecare.

Trebuie avut în vedere că brațul de pârghie dintre forța de forfecare aplicată (la placa de bază) și rezistența la forfecare (jumătate din înălțimea pivotului de forfecare înglobat în beton) generează un moment încovoietor care trebuie transferat prin forță de compresiune în beton și forțe de întindere în ancore.

Pivotul de forfecare este alcătuit din elemente finite de tip placă și este verificat ca plăci obișnuite. De asemenea, sudurile pivotului de forfecare la placa de bază sunt verificate folosind proceduri standard în IDEA StatiCa Connection. Calculul manual presupune de obicei teoria grinzii pentru pivotul de forfecare, deși nu este precis deoarece raportul lungime/lățime este foarte mic pentru pivotul de forfecare. Prin urmare, pot exista diferențe semnificative între IDEA StatiCa Connection și calculul manual.

Transferul forței de forfecare prin ancore

Rezistența la forfecare este determinată de rezistența la forfecare a ancorelor. Rezistența din oțel a ancorelor are o curbă elastoplastică forță-deformație, însă modurile de cedare a betonului sunt considerate perfect fragile.