콘크리트 블록의 규정 검토 (EN)

베이스 플레이트 하부의 콘크리트는 균일한 강성을 가진 Winkler 지반으로 시뮬레이션되며, 이를 통해 접촉 응력이 산출됩니다. 압축 검토에는 EN 1993-1-8에 의해 결정된 유효 면적에서의 평균 응력이 사용됩니다.

3D 압축 상태에서의 콘크리트 저항은 EN 1993-1-8에 따라 접합부에서의 콘크리트 설계 지압 강도 f_jd를 베이스 플레이트의 유효 면적 A_eff 하부에서 계산하여 결정됩니다. 접합부의 설계 지압 강도 f_jd는 EN 1993-1-8의 Cl. 6.2.5 및 EN 1992-1-1의 Cl. 6.7에 따라 평가됩니다. 그라우트의 품질과 두께는 접합부 계수 β_jd로 반영됩니다. 그라우트 품질이 콘크리트 블록의 품질과 동등하거나 더 우수한 경우 β_jd = 1.0으로 가정하며, EN 1993-1-8에서는 β_jd = 0.67을 권장합니다. 베이스 플레이트 하부의 유효 면적 A_eff,cm은 추가 지압 폭 c만큼 확대된 기둥 단면 형상으로 추정됩니다.

\[ c = t \sqrt{\frac{f_y}{3 f_{jd} \gamma_{M0}}} \]

여기서 t는 베이스 플레이트의 두께, f_y는 베이스 플레이트의 항복 강도, γ_M0는 강재에 대한 부분 안전 계수입니다.

유효 면적은 현재 반복과 이전 반복의 추가 지압 폭 차이 |c_i – c_i–1|이 1 mm 미만이 될 때까지 반복 계산으로 산출됩니다. 첫 번째 반복에서는 베이스 플레이트 면적을 지압 면적 A_c0으로 가정합니다.

콘크리트가 압축 상태인 면적은 유한요소해석(FEA) 결과에서 가져옵니다. 압축 면적 A_eff,FEM은 중립축의 위치를 결정하는 데 사용됩니다. 사용자는 Code setup의 "유효 면적 – 메시 크기의 영향"을 편집하여 이 면적을 수정할 수 있습니다. 기본값은 0.1이며, 이 값을 기준으로 검증 연구가 수행되었습니다. 이 값을 줄이는 것은 권장하지 않습니다. 값을 높이면 콘크리트 지압 저항 평가가 더 안전 측으로 이루어집니다. Code setup의 값은 면적 A_eff,FEM의 경계를 결정합니다. 예를 들어, 0.1의 값은 콘크리트 응력이 콘크리트 최대 응력 σ_c,max의 0.1배보다 큰 영역만 고려합니다. 압축 면적 A_eff,FEM과 유효 면적 A_eff,cm의 교집합은 임의의 기둥 형상과 스티프너를 가진 일반 하중을 받는 기둥 베이스의 저항을 평가할 수 있게 하며, 이를 A_eff로 표기합니다. 유효 면적 A_eff에서의 평균 응력 σ는 압축력을 유효 면적으로 나누어 산출됩니다. 구성 요소 검토는 응력 σ ≤ f_jd로 수행됩니다.

집중 압축 시 콘크리트 저항:

\[ f_{jd}= \beta_j k_j \frac{f_{ck}}{\gamma_c} \]

3축 응력으로 인한 콘크리트 압축 저항 증가를 고려하는 집중 계수:

\[ k_j=\sqrt{\frac{A_{c1}}{A_{eff}}} \le 3.0 \]

여기서 A_c1은 EN 1992-1-1 – Cl. 6.7에 따라 결정되는 지지 면적입니다. 이 면적은 지압 면적 A_eff에 대해 동심이고 기하학적으로 유사해야 합니다.

베이스 플레이트 하부의 평균 응력:

\[ \sigma = \frac{N}{A_{eff}} \]

압축 이용률 [%]:

\[ Ut = \frac{\sigma}{f_{jd}} \]

여기서:

• f_ck – 콘크리트 특성 압축 강도
• β_j = 0.67 – 그라우트 품질 계수 (Code setup에서 편집 가능)
• γ_c – 콘크리트 안전 계수
• A_eff – 기둥 축력 N이 분포되는 유효 면적

순수 압축에 대해 EC에 따라 계산된 유효 면적 A_eff,cm은 파선으로 표시됩니다. 그래픽 표현은 검토 방법을 보여줍니다. 계산된 유효 면적 A_eff,fem은 녹색으로 표시됩니다. 접촉 응력 검토를 위한 최종 유효 면적 A_eff는 해칭으로 강조 표시됩니다.

드문 경우, 특히 인장력만 받는 기둥 베이스(콘크리트의 압축이 프라잉 힘에 의해 발생하는 경우) 또는 인장력과 휨 모멘트를 동시에 받는 경우, 면적 A_eff,cm과 A_eff,fem의 교집합이 극히 작거나 전혀 없을 수 있습니다. 이러한 경우 압축력은 일반적으로 매우 작고, 검토는 Eurocode의 적용 범위를 벗어나므로 압축 상태의 콘크리트는 검토하지 않습니다.

메시 민감도

압축 상태의 콘크리트 저항을 평가하는 이 절차는 아래 그림에서 볼 수 있듯이 베이스 플레이트의 메시에 독립적입니다. EC에 따른 압축 콘크리트 평가 예시를 통해 확인할 수 있습니다. 두 가지 경우를 검토하였습니다: 1200 kN의 순수 압축 하중과 압축력 1200 kN 및 휨 모멘트 90 kN의 조합 하중.

순수 압축의 경우 요소 수가 압축 콘크리트 저항 예측에 미치는 영향

압축 및 휨의 경우 요소 수가 압축 콘크리트 저항 예측에 미치는 영향

콘크리트 블록의 전단력

콘크리트 블록의 전단력은 다음 세 가지 방법 중 하나로 전달될 수 있습니다:

1. 마찰
   \( Ut = \frac{V}{V_{Rd}} \)
   V_rd = N C_f
   
2. 전단 키
   \( Ut = \max \left ( \frac{V_y}{V_{Rd,y}}, \, \frac{V_z}{V_{Rd,z}}, \, \frac{V}{V_{c,Rd}} \right ) \) \(V_{Rd,y} = \frac{A_{Vy} f_y}{\sqrt{3} \gamma_{M0}} \)
   \( V_{Rd,z} = \frac{A_{Vz} f_y}{\sqrt{3} \gamma_{M0}} \)
   \( V_{c,Rd} = A \sigma_{Rd,max} \)
   전단 철물 및 용접부도 유한요소법으로 검토됩니다.
   
3. 앵커
   검토는 ETAG 001 – Annex C에 따라 수행됩니다.

여기서:

• A_V,y, A_V,z – y축 및 z축 방향의 전단 철물 단면 전단 면적
• f_y – 항복 강도
• γ_M0 – 안전 계수
• V_y – 베이스 플레이트 평면에서 y방향 전단력 성분
• V_z – 베이스 플레이트 평면에서 z방향 전단력 성분
• V – 전단력 (두 전단력 성분의 벡터 합)
• N – 베이스 플레이트에 수직인 힘
• C_f – 강재와 콘크리트/그라우트 사이의 마찰 계수; Code setup에서 편집 가능
• A = l b – 콘크리트 표면 위 부분을 제외한 전단 키의 투영 면적
• l – 콘크리트 표면 위 부분을 제외한 전단 키의 길이
• b – 전단 하중 방향으로의 전단 키 투영 폭
• σ_Rd,max = k₁ v' f_cd – 노드 모서리에 적용 가능한 최대 응력
• k₁ = 1 – 계수 (EN 1992-1-1 – Equation (6.60))
• v' = 1 – f_ck / 250 – 계수 (EN 1992-1-1 – Equation (6.57N))
• \( f_{cd} = \alpha_{cc} \frac{f_{ck}} {\gamma_c} \) – 콘크리트 설계 압축 강도
• α_cc – 콘크리트 압축 강도에 대한 장기 효과 계수
• f_ck – 콘크리트 특성 압축 강도
• γ_c – 콘크리트 안전 계수