콘크리트 블록의 구조 모델

설계 모델

CBFEM(구성요소 기반 유한요소법)에서는 콘크리트 블록을 2D 접촉 요소로 단순화하는 것이 편리합니다. 콘크리트와 베이스 플레이트 사이의 연결은 압축에만 저항합니다. 압축은 콘크리트 블록의 변형을 나타내는 Winkler-Pasternak 지반 모델을 통해 전달됩니다. 베이스 플레이트와 콘크리트 블록 사이의 인장력은 앵커 볼트가 부담합니다. 전단력은 베이스 플레이트와 콘크리트 블록 사이의 마찰, 전단 키, 앵커 볼트의 휨 및 마찰에 의해 전달됩니다. 전단에 대한 볼트의 저항은 해석적으로 평가됩니다. 마찰과 전단 키는 베이스 플레이트-콘크리트 접촉면에서 완전한 단일 점 구속으로 모델링됩니다.

변형 강성

콘크리트 블록의 강성은 기둥 베이스 설계 시 탄성 반구로 예측할 수 있습니다. Winkler-Pasternak 지반 모델은 기초의 간략 계산에 일반적으로 사용됩니다. 지반의 강성은 콘크리트의 탄성계수와 지반의 유효 높이를 이용하여 다음과 같이 결정됩니다:

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

여기서:

• k – 압축 시 콘크리트 지반의 강성
• E_c – 콘크리트의 탄성계수
• υ – 콘크리트 블록의 포아송 계수
• A_eff – 압축 유효 면적
• A_ref = 1 m² – 기준 면적
• d – 베이스 플레이트 폭
• h – 콘크리트 블록 높이
• a₁ = 1.65; a₂ = 0.5; a₃ = 0.3; a₄ = 1.0 – 계수

수식에는 SI 단위를 사용해야 하며, 결과 단위는 N/m³입니다.

베이스 플레이트에서의 전단 하중 전달

베이스 플레이트에서의 전단 하중은 세 가지 방법으로 전달될 수 있습니다:

• 마찰
• 전단 키
• 앵커

사용자는 베이스 플레이트 작업을 편집하여 전달 방법을 선택할 수 있습니다. 소프트웨어에서는 방법의 조합이 허용되지 않지만, EN 1993-1-8 – 조항 6.2.2 및 Fib 58 – 4.2장에서는 특정 조건 하에서 앵커와 마찰에 의한 전단 전달의 조합을 허용합니다. 일반적으로 앵커 설계에서 마찰을 무시하는 것은 보수적이지만, 경우에 따라 사용성 수준에서 콘크리트 균열을 과소평가할 수 있습니다. 원칙적으로 다음의 경우에는 마찰 저항을 무시해야 합니다:

• 그라우트 층의 두께가 앵커 직경의 절반을 초과하는 경우,
• 정착 용량이 근접 단부 조건에 의해 지배되는 경우,
• 정착이 지진 하중에 저항하도록 의도된 경우.

전단 키와의 조합은 변형 적합성으로 인해 절대 허용되어서는 안 됩니다.

마찰에 의한 전단 하중 전달

전단 저항은 저항 안전 계수에 코드 설정에서 편집 가능한 마찰 계수와 압축 하중을 곱한 값과 같습니다. 압축 하중에는 모든 힘이 포함됩니다. 예를 들어, 압축력과 휨 모멘트를 받는 기둥 베이스의 경우, 마찰 전단 저항에 사용되는 압축 하중은 적용된 압축력보다 클 수 있습니다.

전단 키에 의한 전단 하중 전달

전단 키는 베이스 플레이트 아래 콘크리트에 매입된 스터브로 시뮬레이션됩니다. 전단 하중은 콘크리트 블록에 매입된 전단 키의 전체 부분에 균등 분포 하중으로 전달되는 것으로 추정됩니다. 즉, 콘크리트 표면 아래의 전단 키 모든 노드에 균등하게 하중이 가해집니다. 그라우트 내 콘크리트 표면 위의 전단 키 부분은 전단 하중을 전달하지 않는 것으로 가정합니다.

적용된 전단 하중(베이스 플레이트)과 전단 저항(콘크리트에 매입된 전단 키의 절반 높이) 사이의 레버 암이 휨 모멘트를 유발하며, 이는 콘크리트의 압축력과 앵커의 인장력에 의해 전달되어야 함을 유의하십시오.

전단 키는 쉘 유한요소로 구성되며 일반 플레이트로 검토됩니다. 또한 전단 키와 베이스 플레이트의 용접부는 IDEA StatiCa Connection의 표준 절차를 사용하여 검토됩니다. 수동 계산에서는 일반적으로 전단 키에 보 이론을 적용하지만, 전단 키의 길이 대 폭 비율이 매우 작기 때문에 정확하지 않습니다. 따라서 IDEA StatiCa Connection과 수동 계산 사이에 상당한 차이가 있을 수 있습니다.

앵커에 의한 전단 하중 전달

전단 저항은 앵커의 전단 저항에 의해 결정됩니다. 앵커의 강재 저항은 탄소성 하중-변형 곡선을 가지지만, 콘크리트 파괴 모드는 완전 취성으로 간주됩니다.