A 3D CSFM a beton viselkedését a Módosított Mohr-Coulomb plaszticitási elmélet alapján definiálja monoton terhelés esetén. A módszer figyelembe veszi a beton főfeszültségeit nyomás esetén, valamint a vasalás repedéseknél mért feszültségeit (σsr), míg a beton húzószilárdságát elhanyagolja (húzási levágás), kivéve annak merevítő hatását a vasalásra (Húzási merevítő hatás).
σc1r, σc2r, σc3r ≤ 0 MPa
A vasalás vasbetétjei kötőelemeken keresztül kapcsolódnak a beton térfogati végeselemeihez, ami lehetővé teszi a csúszást a beton és a vasalás között. Megjegyzendő, hogy a 3D CSFM nem alkalmas vasalatlan beton szimulálására a húzás hiánya miatt, ami téves alakváltozáshoz és a modell divergenciájához vezethet. Általánosságban a Mohr-Coulomb elmélet két alapvető tulajdonságot tartalmaz, amelyek a plaszticitási felület alakulását irányítják nyomás esetén, és részben húzás esetén is: a belső súlyszög φ és a kohézió paramétere c. A 3D CSFM nulla belső súlyszöget feltételez (1e. ábra), ami a Tresca modellhez hasonló plaszticitási felület miatt konzervatív méretezéshez vezet, amely független az első feszültség-invariánstól.

Beton
A bemutatott materiálmodell egy többfelületű plaszticitási modell, amely a Mohr-Coulomb és Rankine modellek kombinációjából adódik monoton terhelés esetén. Fontos megjegyezni, hogy ez a modell nem kezeli a tehermentesítést, ezért az állapotváltozók nem tárolódnak, ellentétben a ciklikus terhelésnél használt klasszikus plaszticitási modellekkel.

Amint már említettük, a materiálmodellt olyan alkalmazásokban való használatra szánták, amelyek a vasbeton (nem vasalatlan beton) viselkedését számítják. Ez a beton húzási viselkedésének kizárása miatt van. Ezért a modell még olyan szerkezeti elemekhez sem alkalmas, amelyeknél a vasbeton méretezési szabályai, mint a minimális vasalási arány, a maximális vasköz stb., nem teljesülnek. Hozzá kell tenni azt is, hogy numerikus stabilitási okokból a modellben egy nagyon kicsi húzási kapacitás van definiálva. A húzási rész a Rankine modellnek megfelelő síkokkal van korlátozva.
A 3D CSFM az IDEA StatiCa Detail alkalmazásban nem vesz figyelembe explicit tönkremeneteli kritériumot a beton alakváltozására nyomás esetén (azaz a csúcsfeszültség elérése után végtelenül plasztikus ágat feltételez). Ez az egyszerűsítés nem teszi lehetővé a nyomás miatt tönkremenő szerkezetek alakváltozási képességének ellenőrzését. Végső teherbírásukat azonban megfelelően megjósolja a modell, ha figyelembe vesszük a beton ridegségének növekedését szilárdságának emelkedésével, a 𝜂𝑓𝑐 csökkentési tényező alkalmazásával, amelyet a fib Model Code 2010 az alábbiak szerint definiál:
ahol:
fc a beton henger jellemző szilárdsága (MPa-ban, a definíciójához).
Az fc,red értéket ezután összehasonlítjuk a betonban lévő Egyenértékű Főfeszültséggel σc,eq, amelyet a továbbiakban definiálunk, természetesen a szabvány által előírt összes biztonsági tényező figyelembevételével.
A betonmodell részletes leírása a következő linken található:
Vasalás
A vasalás rúdjainak bilineáris feszültség-alakváltozás diagramja, ahogyan azt a méretezési szabványok definiálják (1d. ábra), egy idealizált modellt jelent. Ez a modell megköveteli a vasalás alapvető tulajdonságainak ismeretét a méretezési fázisban, konkrétan a szilárdsági és nyúlási osztályt. Alternatívaként a felhasználók testre szabott feszültség-alakváltozás összefüggést is definiálhatnak.
A húzási merevítő hatást a puszta vasrúd feszültség-alakváltozás összefüggésének módosításával vesszük figyelembe, hogy megragadjuk a betonba ágyazott rudak átlagos merevségét (εm) (1b. ábra).
Lehorgonyzás
A vasalás és a beton közötti tapadási csúszást a végeselem-modellben az egyszerűsített rugalmas-tökéletesen plasztikus konstitutív összefüggés figyelembevételével vezetjük be (1f. ábra), ahol fbd a méretezési szabvány által az adott tapadási feltételekhez megadott végső tapadási feszültség méretezési értéke (tényezővel csökkentett érték).
Ez egy egyszerűsített modell, amelynek egyetlen célja a tapadási előírások ellenőrzése a méretezési szabványok szerint (azaz a vasalás lehorgonyzása). A lehorgonyzási hossz csökkentése kampók, hurkok és hasonló rúdformák használatakor egy bizonyos kapacitás definiálásával vehető figyelembe a vasalás végén, ahogyan azt a továbbiakban leírjuk.
Horgonyok
A horgony eleme úgy van definiálva, hogy képes átvinni normál húzó- vagy nyomóerőket, valamint nyíróerőket, a hajlítási merevség figyelembevételével.
A következő horgonytípusok érhetők el:
- Helyszínen öntött horgonyok
- Vasalás
- Alátétlemez
- Fejes csap
- Helyszínen öntött vasalás
- Vasalás
- Menetes rudak
Helyszínen öntött - Vasalás
Betonba ágyazott ribbed vasalásként modellezve. A tapadási szilárdságot a kiválasztott szabvány szabályai szerint számítjuk, ugyanúgy, mint a standard vasalás esetén. A horgony végén egy Lehorgonyzás típusa definiálható, amely a vasaláshoz hasonlóan működik - egy lehorgonyzási rugót alkalmazunk, amelynek β-tényezője a választott szabvány szerint van beállítva. Három geometriai forma érhető el: Egyenes, L-alakú, U-alakú.

Helyszínen öntött - Alátétlemez és Fejes csap
Az alátétlemez és a fejes csap feje egy lemez-héj elemként van modellezve a megfelelő materiálból, közvetlenül a horgony szárához rögzítve. A terhet csak nyomott érintkezésen keresztül viszi át a betonra. Elérhető formák: kör és négyzet (csak kör a fejes csap esetén), testre szabható méretekkel. Az alátétlemez és a fej modellje rugalmas, és nem kerül ellenőrzésre teherbírásra.
A végeselem-modell szintjén a horgony kihúzódása közvetlenül ellenőrzésre kerül. A nyomott érintkezésnek megállítási kritériumai vannak beállítva, hogy ne tudjon nagyobb érintkezési feszültséget átvinni a betonra, mint amit a kiválasztott szabvány előír. Praktikus szempontból ez azt jelenti, hogy ha a horgonyt olyan erővel terhelnék, amely nem felel meg a kihúzódási vizsgálatnak, az eredmény a számítás idő előtti leállítása lenne, mivel ez a megállítási kritérium túllépődne a további terhelés során.
A horgony szárának nulla a tapadási szilárdsága – minden teher a lemezen vagy a fejen keresztül kerül átvitelre a betonra.
Utólag beépített - Vasalás és Menetes rúd
Fúrt lyukakba beépített és ragasztóval rögzített rudakként vannak tervezve. A mérnök közvetlenül a ragasztó termék műszaki specifikációjából adja meg a méretezési tapadási szilárdságot.
További információ az egyes horgonytípusok talplemezhez vagy helyszínen öntött lemezhez való csatlakoztatásáról a Végeselem-típusok fejezetben található - Teherátadó eszközök.