Ontwerpmodel
In CBFEM is het handig om de betonblokken te vereenvoudigen als 2D contactelementen. De verbinding tussen het beton en de grondplaat biedt alleen weerstand bij samendrukken. De compressie wordt overgebracht via het Winkler-Pasternak ondergrondmodel dat de vervormingen van het betonblok weergeeft. De trekkracht tussen de grondplaat en het betonblok wordt overgebracht door de ankerbouten. De afschuifkracht wordt overgebracht door wrijving tussen grondplaat en betonblok, door afschuifspie en door buiging van ankerbouten en wrijving. De weerstand van bouten in afschuiving wordt analytisch beoordeeld. Wrijving en afschuifspie worden gemodelleerd als een volledige enkelpuntsbeperking in het vlak van de grondplaat - betoncontact.
Vervormingsstijfheid
De stijfheid van het betonblok kan voor het ontwerp van kolombases worden voorspeld als een elastische halve bol. Een Winkler-Pasternak ondergrondmodel wordt algemeen gebruikt voor een vereenvoudigde berekening van funderingen. De stijfheid van de ondergrond wordt bepaald met behulp van de elasticiteitsmodulus van beton en de effectieve hoogte van een ondergrond als:
\[ k = \frac{E_c}{(\alpha_1 + \upsilon) \sqrt{\frac{A_{eff}}{A_{ref}}}} \left( \frac{1}{\frac{h}{a_2 d} + a_3}+a_4 \right) \]
waar:
- k – stijfheid van betonnen ondergrond in compressie
- Ec – elasticiteitsmodulus van beton
- υ – Poissoncoëfficiënt van het betonblok
- Aeff – effectief gebied in compressie
- Aref = 1 m2 – referentiegebied
- d – breedte grondplaat
- h – hoogte betonblok
- a1 = 1.65; a2 = 0.5; a3 = 0.3; a4 = 1.0 – coëfficiënten
SI-eenheden moeten in de formule worden gebruikt, de resulterende eenheid is N/m3.
Overdracht van afschuifbelasting op de grondplaat
De afschuifbelasting op de grondplaat kan op drie manieren worden overgebracht:
- Wrijving
- Kluft
- Ankers
De gebruiker kan de gemiddelde waarde kiezen door de werking van de grondplaat te bewerken. Een combinatie van middelen/gemiddelde waarden is in de software niet toegestaan, maar EN 1993-1-8 - Cl. 6.2.2 en Fib 58 - hoofdstuk 4.2 staat de combinatie van afschuiving door ankers en wrijving onder bepaalde voorwaarden toe. In het algemeen is het conservatief om wrijving te verwaarlozen in het ontwerp van de verankering, hoewel het in sommige gevallen kan leiden tot een onderschatting van de scheurvorming in beton op het bruikbaarheidsniveau. In de regel moet de wrijvingsweerstand worden verwaarloosd indien:
- de dikte van de mortelvoeg overschrijdt de helft van de ankerdiameter,
- de verankeringscapaciteit wordt bepaald door een bijna-randvoorwaarde
- de verankering is bedoeld om weerstand te bieden aan aardbevingsbelastingen
De combinatie met een kluft mag nooit worden toegestaan wegens de vervormingscompatibiliteit.
Overdracht van afschuifbelasting door wrijving
De schuifweerstand is gelijk aan de veiligheidsfactor van de weerstand vermenigvuldigd met de wrijvingscoëfficiënt die kan worden aangepast in de Code setup en de drukbelasting. De drukbelasting omvat alle krachten, bv. in het geval van een kolombasis belast door drukkracht en buigend moment, kan de drukbelasting die gebruikt wordt voor de wrijvingsschuifweerstand hoger zijn dan de toegepaste drukkracht.
Overdracht van afschuifbelasting door kluft
De kluft wordt gesimuleerd als een in beton gevatte stomp onder de grondplaat. De afschuifbelasting wordt naar schatting overgedragen door een gelijkmatige verdeling van de belasting over het gehele deel van de kluft dat in het betonblok is ingebed, d.w.z. alle knooppunten van de kluft onder het betonoppervlak worden gelijkmatig belast. Het deel van de kluft boven het betonoppervlak in grout wordt niet verondersteld de afschuifbelasting over te dragen.
Men moet zich ervan bewust zijn dat de hefboomarm tussen de uitgeoefende afschuifbelasting (aan de grondplaat) en de afschuifweerstand (halve hoogte van de in beton ingebedde kluft) een buigend moment veroorzaakt dat moet worden overgebracht door drukkracht in beton en trekkracht in ankers.
De kluft bestaat uit schaal-eindige elementen en wordt gecontroleerd als gewone platen. Ook de lassen van de "kluft" aan de grondplaat worden gecontroleerd met standaardprocedures in IDEA Connection. Bij handmatige berekeningen wordt meestal uitgegaan van de ligger-theorie voor de kluft, hoewel dit niet nauwkeurig is omdat de lengte/breedte-verhouding bij de kluft zeer klein is. Daarom kan er een significant verschil zijn tussen IDEA Connection en de handmatige berekening.
Overdracht van afschuifbelasting door ankers
De afschuifweerstand wordt bepaald door de afschuifweerstand van de ankers. De staalweerstand van ankers heeft een elastoplastische belasting-vervormingscurve, maar de bezwijkwijzen van beton worden als volkomen bros beschouwd.