Bê tông - Cường độ
Mô hình bê tông được áp dụng cho tính toán cường độ trong CSFM (phương pháp trường ứng suất tương thích) dựa trên đường cong ứng suất - biến dạng dạng parabol - dẻo. Cường độ chịu kéo được bỏ qua, như trong thiết kế bê tông cốt thép thông thường.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 76\qquad The stress-strain diagram of concrete for Strength analysis}}}\]
Việc triển khai CSFM (phương pháp trường ứng suất tương thích) trong IDEA StatiCa Detail không xét tiêu chí phá hoại tường minh theo biến dạng đối với bê tông chịu nén (tức là sau khi đạt ứng suất đỉnh, mô hình xét nhánh dẻo với εc0 có giá trị tối đa 5%, trong khi AS 3600 Cl. 8.3.1 giả định biến dạng cực hạn nhỏ hơn 0,3%). Sự đơn giản hóa này không cho phép kiểm tra khả năng biến dạng của kết cấu bị phá hoại do nén. Tuy nhiên, cường độ được dự đoán đúng khi, ngoài hệ số bê tông nứt (kc2 được định nghĩa trong (Hình 77)), sự gia tăng tính giòn của bê tông khi cường độ tăng được xét thông qua hệ số giảm \(\eta_{fc}\) được định nghĩa trong fib Model Code 2010 như sau:
\[f'_{c,lim}=\alpha_{2}\cdot\phi_{s}\cdot \beta \cdot \eta_{fc}\cdot f'_{c}\]
\[{\eta _{fc}} = {\left( {\frac{{30}}{{{f'_{c}}}}} \right)^{\frac{1}{3}}} \le 1\]
trong đó:
α2 là hệ số giảm cường độ chịu nén của bê tông được định nghĩa trong AS 3600 Cl. 8.3.1
Khi sử dụng biểu đồ ứng suất - biến dạng dạng parabol - hình chữ nhật, cần giảm ứng suất nén tối đa theo hệ số này. Điều này lấy trung bình phân bố ứng suất trong vùng nén sao cho cường độ chịu nén kết quả nhỏ hơn hoặc bằng cường độ chịu nén tính theo biểu đồ ứng suất - biến dạng có nhánh dẻo giảm dần. Cách tiếp cận tương tự được định nghĩa cho khối ứng suất hình chữ nhật trong Chương 8.1.3.
Φs là hệ số giảm ứng suất cho bê tông. Giá trị mặc định được đặt theo AS 3600 Bảng 2.2.3.
β là hệ số giảm do sự hiện diện của vết nứt ngang (còn được gọi là kc2 trong tài liệu này)
f'c là cường độ chịu nén mẫu trụ của bê tông (tính bằng MPa cho định nghĩa của \( \eta_{fc} \)).
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 77\qquad The compression softening law.}}}\]
β là hệ số giảm dựa trên các nguyên tắc tương tự như hệ số cường độ chịu nén hiệu quả được định nghĩa trong Chương 2.2.3. Tài liệu tham khảo để xác định hệ số này có thể tìm thấy (bao gồm cả bối cảnh của tiêu chuẩn AS3600) trong AS3600:2018 Sup 1:2022 CL. C2.2.3.
Bê tông – Trạng thái sử dụng
Phân tích trạng thái sử dụng chứa một số đơn giản hóa nhất định của các mô hình cấu thành được sử dụng cho phân tích cường độ. Nhánh dẻo của đường cong ứng suất - biến dạng của bê tông chịu nén được bỏ qua, trong khi nhánh đàn hồi là tuyến tính và vô hạn. Quy luật mềm hóa do nén không được xét đến. Những đơn giản hóa này nâng cao độ ổn định số và tốc độ tính toán, đồng thời không làm giảm tính tổng quát của lời giải miễn là giới hạn ứng suất vật liệu kết quả ở trạng thái sử dụng rõ ràng nằm dưới điểm chảy dẻo (theo yêu cầu của AS3600). Do đó, các mô hình đơn giản hóa được sử dụng cho trạng thái sử dụng chỉ hợp lệ khi tất cả các yêu cầu kiểm tra được thỏa mãn.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 78\qquad Concrete stress-strain diagrams implemented for serviceability analysis: short- and long-term verifications.}}}\]
Hiệu ứng dài hạn
Trong phân tích trạng thái sử dụng, các hiệu ứng dài hạn của bê tông được xét bằng cách sử dụng hệ số từ biến thiết kế theo AS 3600 CL 3.1.8 (φcc, lấy giá trị mặc định là 2,5), hệ số này điều chỉnh mô đun đàn hồi cát tuyến của bê tông (Ec) như sau:
\[E_{c,eff} = \frac{E_{c}}{1+\varphi_{cc}}\]
Các gia số tải trọng được tính toán tuần tự theo thứ tự: Ứng lực trước - Tĩnh tải - Hoạt tải, sử dụng mô đun đàn hồi hiệu quả phù hợp cho từng gia số như thể hiện trong Hình 78. Hệ số từ biến được người dùng định nghĩa trong thuộc tính vật liệu và phải được tính toán theo AS 3600 CL 3.1.8.3
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 79\qquad Definition of the design creep factor}}}\]
Hiệu ứng ngắn hạn
Để thực hiện kiểm tra ngắn hạn, một tính toán khác được thực hiện trong đó tất cả các tải trọng được tính toán không có hệ số phụ thuộc thời gian cho tải trọng duy trì. Cả hai tính toán cho kiểm tra dài hạn và ngắn hạn được mô tả trong Hình 78.
Cốt thép
Biểu đồ ứng suất - biến dạng đàn hồi - dẻo hoàn toàn với điểm chảy xác định cho cốt thép không ứng lực trước được xét đến, xem AS 3600 Mục 3.2. Việc định nghĩa biểu đồ này chỉ yêu cầu biết các thuộc tính cơ bản của cốt thép – cường độ và mô đun đàn hồi.
Biểu đồ ứng suất - biến dạng của cốt thép cũng có thể được người dùng định nghĩa, nhưng trong trường hợp này, không thể giả định hiệu ứng tăng cứng do kéo (không thể tính toán bề rộng vết nứt).
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 80 \qquad Stress-strain diagram of reinforcement}}}\]
trong đó:
Φs là hệ số giảm cường độ cho cốt thép. Giá trị mặc định được đặt theo AS 3600 Bảng 2.2.3.
fy là giới hạn chảy của cốt thép
Es mô đun đàn hồi của cốt thép
Tăng cứng do kéo (Hình 81) được tính toán tự động bằng cách điều chỉnh quan hệ ứng suất - biến dạng đầu vào của thanh cốt thép trần để nắm bắt độ cứng trung bình của các thanh được nhúng trong bê tông (εm).
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 81\qquad Scheme of tension stiffening.}}}\]