Modello strutturale di un blocco di calcestruzzo

Modello del progetto

Nel CBFEM, è conveniente semplificare il blocco di calcestruzzo come elementi di contatto 2D. La connessione tra il calcestruzzo e la piastra di base resiste solo alla compressione. La compressione è trasferita attraverso il modello di sottosuolo Winkler-Pasternak, che rappresenta le deformazioni del blocco di calcestruzzo. La forza di trazione tra la piastra di base e il blocco di calcestruzzo è trasportata dai bulloni di ancoraggio. La forza di taglio è trasferita dall'attrito tra la piastra di base e il blocco di calcestruzzo, dalla chiave di taglio e dalla flessione dei bulloni di ancoraggio e dall'attrito. La resistenza dei bulloni a taglio è valutata analiticamente. L'attrito e la chiave di taglio sono modellati come un vincolo completo a punto singolo nel piano di contatto piastra di base - calcestruzzo.

Rigidezza alla deformazione

La rigidezza del blocco di calcestruzzo può essere prevista per la progettazione delle basi dei pilastri come un emisfero elastico. Il modello di sottosuolo Winkler-Pasternak è comunemente utilizzato per un calcolo semplificato delle fondazioni. La rigidità del sottosuolo viene determinata utilizzando il modulo di elasticità del calcestruzzo e l'altezza effettiva del sottosuolo come:

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

dove:

• k - rigidezza del sottosuolo nel calcestruzzo a compressione
• E_c - modulo di elasticità del calcestruzzo
• υ - coefficiente di Poisson del blocco di calcestruzzo
• A_eff - area effettiva in compressione
• A_ref = 1 m² - area di riferimento
• d - larghezza della piastra di base
• h - altezza del blocco di calcestruzzo
• a₁ = 1,65; a₂ = 0,5; a₃ = 0,3; a₄ = 1,0 - coefficienti

Nella formula devono essere utilizzate le unità del Sistema Internazionale, l'unità risultante è N/m³.

Trasferimento del carico di taglio alla piastra di base

Il carico di taglio sulla piastra di base può essere trasferito in tre modi:

• Attrito
• Ferro a taglio
• Ancoraggi

L'utente può scegliere il modo in cui è trasferito il taglio modificando il funzionamento della piastra di base. Il software non consente alcuna combinazione di modalità di trasferimento del carico, tuttavia la norma EN 1993-1-8 - Cl. 6.2.2 e la norma Fib 58 - Capitolo 4.2 consentono di combinare il trasferimento del taglio mediante ancoraggi e attrito in determinate condizioni. In generale, è prudente trascurare l'attrito nella progettazione degli ancoraggi, anche se in alcuni casi può portare a una sottostima della fessurazione del calcestruzzo a livello di esercizio. Di norma, la resistenza all'attrito dovrebbe essere trascurata se:

• lo spessore dello strato del giunto di malta supera la metà del diametro dell'ancoraggio,
• la capacità dell'ancoraggio è regolata da una condizione di vicinanza al bordo,
• l'ancoraggio è destinato a resistere a carichi sismici.

La combinazione con un ferro a taglio non dovrebbe mai essere consentita a causa della compatibilità di deformazione.

Trasferimento del carico di taglio per attrito

La resistenza al taglio è uguale al fattore di sicurezza della resistenza moltiplicato per il coefficiente di attrito (modificabile in Impostazione codice) e carico di compressione. Il carico di compressione comprende tutte le forze, ad es. nel caso di una base di colonna caricata da una forza di compressione e da un momento flettente, il carico di compressione utilizzato per la resistenza al taglio per attrito potrebbe essere superiore alla forza di compressione applicata.

Trasferimento del carico di taglio tramite il ferro a taglio

Il ferro di taglio è simulata come un tronchetto di membratura incassato nel calcestruzzo sotto la piastra di base. Si stima che il carico di taglio sia trasferito mediante una distribuzione uniforme del carico che agisce sull'intera porzione dell'ansa di taglio annegata nel blocco di calcestruzzo, vale a dire che tutti i nodi dell'ansa di taglio al di sotto della superficie del calcestruzzo sono caricati uniformemente. Non si assume che la porzione di chiave di taglio sopra la superficie del calcestruzzo di malta trasferisca il carico di taglio.

Si tenga presente che il braccio di leva tra il carico di taglio applicato (alla piastra di base) e la resistenza al taglio (metà altezza dell'ansa a taglio annegata nel calcestruzzo) provoca un momento flettente che deve essere trasferito mediante forze di compressione nel calcestruzzo e forze di trazione negli ancoraggi.

Il ferro a taglio è costituito da elementi finiti shell ed è verificato come una piastra regolare. Inoltre, le saldature del ferro a taglio alla piastra di base sono verificate utilizzando le procedure standard di IDEA StatiCa Connection. Il calcolo manuale di solito assume la teoria della trave per il ferro a taglio, anche se non è accurato perché il rapporto lunghezza/larghezza è molto piccolo per il ferro a taglio. Pertanto, potrebbe esserci una differenza significativa tra IDEA StatiCa Connection e il calcolo manuale.

Trasferimento del carico di taglio da parte degli ancoraggi

La resistenza al taglio è determinata dalla resistenza al taglio degli ancoraggi. La resistenza dell'acciaio degli ancoraggi ha una curva di carico-deformazione elastoplastica, ma le modalità di rottura del calcestruzzo sono considerate perfettamente fragili.