Beton bloğun yapısal modeli

Tasarım modeli

CBFEM'de beton bloğu 2B temas elemanları olarak basitleştirmek uygundur. Beton ile taban plakası arasındaki bağlantı yalnızca basınca karşı direnç gösterir. Basınç, beton bloğun deformasyonlarını temsil eden Winkler-Pasternak zemin modeli aracılığıyla aktarılır. Taban plakası ile beton blok arasındaki çekme kuvveti ankraj bulonları tarafından taşınır. Kesme kuvveti; taban plakası ile beton blok arasındaki sürtünme, kesme kama ve ankraj bulonlarının eğilmesi ile sürtünme yoluyla aktarılır. Bulonların kesmedeki direnci analitik olarak değerlendirilir. Sürtünme ve kesme kama, taban plakası–beton temas düzleminde tam tek nokta kısıtı olarak modellenir.

Deformasyon rijitliği

Beton bloğun rijitliği, kolon tabanlarının tasarımı için elastik bir yarı küre olarak tahmin edilebilir. Winkler-Pasternak zemin modeli, temellerin basitleştirilmiş hesabında yaygın olarak kullanılmaktadır. Zemin rijitliği, betonun elastisite modülü ve zeminin etkin yüksekliği kullanılarak aşağıdaki şekilde belirlenir:

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

burada:

• k – basınçtaki beton zeminin rijitliği
• E_c – betonun elastisite modülü
• υ – beton bloğun Poisson katsayısı
• A_eff – basınçtaki etkin alan
• A_ref = 1 m² – referans alan
• d – taban plakası genişliği
• h – beton blok yüksekliği
• a₁ = 1.65; a₂ = 0.5; a₃ = 0.3; a₄ = 1.0 – katsayılar

Formülde SI birimleri kullanılmalıdır; elde edilen birim N/m³'tür.

Taban plakasında kesme yükünün aktarımı

Taban plakasındaki kesme yükü üç yolla aktarılabilir:

• Sürtünme
• Kesme kama
• Ankrajlar

Kullanıcılar, taban plakası işlemini düzenleyerek yöntemi seçebilir. Yazılımda yöntemlerin kombinasyonuna izin verilmemekle birlikte, EN 1993-1-8 – Md. 6.2.2 ve Fib 58 – Bölüm 4.2, belirli koşullar altında ankrajlar ve sürtünme yoluyla kesme aktarımının kombinasyonuna olanak tanır. Genel olarak, ankraj tasarımında sürtünmenin ihmal edilmesi güvenli tarafta kalmayı sağlar; ancak bu durum bazı durumlarda kullanım sınır durumunda beton çatlamasının küçümsenmesine yol açabilir. Kural olarak, sürtünme direnci aşağıdaki durumlarda ihmal edilmelidir:

• şap tabakasının kalınlığı ankraj çapının yarısını aşıyorsa,
• ankraj kapasitesi kenar yakınlığı koşuluna göre belirleniyorsa,
• ankraj deprem yüklerine karşı koymak üzere tasarlanmışsa.

Kesme kama ile kombinasyona, deformasyon uyumluluğu nedeniyle hiçbir zaman izin verilmemelidir.

Sürtünme yoluyla kesme yükünün aktarımı

Kesme direnci, Kod ayarlarında düzenlenebilen sürtünme katsayısı ile direnç güvenlik faktörünün ve basınç yükünün çarpımına eşittir. Basınç yükü tüm kuvvetleri kapsar; örneğin basınç kuvveti ve eğilme momenti etkisindeki bir kolon tabanı durumunda, sürtünme kaynaklı kesme direnci için kullanılan basınç yükü, uygulanan basınç kuvvetinden daha yüksek olabilir.

Kesme kama yoluyla kesme yükünün aktarımı

Kesme kama, taban plakasının altında betona gömülü bir saplama olarak simüle edilir. Kesme yükünün, beton bloğa gömülü kesme kamanın tüm bölümüne etki eden tekdüze yük dağılımı ile aktarıldığı varsayılır; yani beton yüzeyinin altındaki kesme kamanın tüm düğüm noktaları tekdüze yüklenir. Beton yüzeyinin üzerinde şap içinde kalan kesme kama bölümünün kesme yükünü aktardığı varsayılmaz.

Uygulanan kesme yükü (taban plakasında) ile kesme direnci (betona gömülü kesme kamanın yarı yüksekliği) arasındaki kol mesafesinin, betondaki basınç kuvveti ve ankrajlardaki çekme kuvvetleri tarafından aktarılması gereken bir eğilme momenti oluşturduğuna dikkat edilmelidir.

Kesme kama, kabuk sonlu elemanlardan oluşur ve normal plakalar olarak kontrol edilir. Ayrıca kesme kamanın taban plakasına olan kaynak bağlantıları, IDEA StatiCa Connection içindeki standart prosedürler kullanılarak kontrol edilir. Manuel hesaplamada genellikle kesme kama için kiriş teorisi varsayılır; ancak kesme kamanın uzunluk/genişlik oranı çok küçük olduğundan bu yaklaşım doğru değildir. Bu nedenle IDEA StatiCa Connection ile manuel hesaplama arasında önemli farklılıklar olabilir.

Ankrajlar yoluyla kesme yükünün aktarımı

Kesme direnci, ankrajların kesme direnci tarafından belirlenir. Ankrajların çelik direnci elastoplastik yük-deformasyon eğrisine sahipken, beton göçme modları tamamen gevrek olarak kabul edilir.