Phương pháp CBFEM kết hợp các ưu điểm của Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) tổng quát và Phương pháp cấu kiện (CM) tiêu chuẩn. Ứng suất và nội lực được tính toán trên mô hình CBFEM chính xác được sử dụng để kiểm tra tiêu chuẩn tất cả các thành phần – Bu lông, bu lông siết trước và mối hàn được kiểm tra tiêu chuẩn theo GB 50017 – 2017. Các bản thép được kiểm tra bằng phân tích phần tử hữu hạn. Việc kiểm tra tiêu chuẩn neo chưa được triển khai trong phiên bản hiện tại.
Ứng suất tương đương kết quả (HMH, von Mises) và biến dạng dẻo được tính toán trên các bản thép. Khi cường độ chảy thiết kế, f (GB 50017, Bảng 4.4.1–4.4.3), trên biểu đồ vật liệu hai đường tuyến tính đạt đến giới hạn, kiểm tra biến dạng dẻo tương đương được thực hiện. Giá trị giới hạn 5 % được đề xuất trong Eurocode (EN 1993-1-5 App. C, Par. C8, Note 1). Giá trị này có thể được điều chỉnh trong phần Cài đặt tiêu chuẩn, nhưng các nghiên cứu kiểm chứng đã được thực hiện với giá trị khuyến nghị này.
Phần tử bản được chia thành năm lớp, và ứng xử đàn hồi/dẻo được khảo sát trong từng lớp. Chương trình hiển thị kết quả bất lợi nhất trong tất cả các lớp.
Ứng suất có thể cao hơn một chút so với cường độ chảy thiết kế. Nguyên nhân là do độ nghiêng nhỏ của nhánh dẻo trong biểu đồ ứng suất - biến dạng, được sử dụng trong phân tích để cải thiện sự ổn định của quá trình tính toán.
Bu lông
Bu lông được kiểm tra theo GB 50017, Điều 11.4. Lực kéo và lực cắt trong mỗi bu lông được xác định bằng phân tích phần tử hữu hạn. Lực bẩy được xác định bằng phân tích phần tử hữu hạn và được tính đến. Mỗi mặt phẳng cắt được kiểm tra riêng lẻ. Bản chịu lực được kiểm tra theo tổng lực cắt tại các mặt phẳng lân cận.
Cường độ kéo và cắt thiết kế của bu lông; fub[MPa] – cường độ chịu kéo giới hạn của bu lông; lấy từ Bảng 4.4.6
| \(f_{ub}\) [MPa] | \(f_t^b \) | \(f_v^b\) |
| \(f_{ub} \le 400 \) | \(0.425 \cdot f_{ub}\) | \(0.35 \cdot f_{ub}\) |
| \(400<f_{ub}<830\) | \(0.42 \cdot f_{ub}\) | \(0.38 \cdot f_{ub}\) |
| \(830 \le f_{ub}\) | \(40/83 \cdot f_{ub}\) | \(32/83 \cdot f_{ub}\) |
Bu lông chịu kéo
Bu lông chịu lực kéo được thiết kế theo Điều 11.4.1.2 và phải thỏa mãn:
\[ N_t \le N_t^b = A_s \cdot f_t^b \]
trong đó:
- Nt – lực kéo trong bu lông
- Ntb – khả năng chịu kéo thiết kế
- \( A_s = \frac{\pi d_e^2}{4} \) – diện tích tiết diện chịu kéo của bu lông
- de – đường kính hiệu dụng của bu lông tại phần ren
- ftb – cường độ kéo thiết kế của bu lông
Bu lông chịu cắt
Bu lông chịu lực cắt được thiết kế theo Điều 11.4.1.1 và phải thỏa mãn:
\[ N_v \le N_v^b = A_g \cdot f_v^b \]
trong đó:
- Nv – lực cắt trong bu lông tại mặt phẳng đang xét
- \( A_g = \frac{\pi d^2}{4} \) – diện tích tiết diện nguyên của bu lông
- d – đường kính danh nghĩa của bu lông
- fvb – cường độ cắt thiết kế của bu lông
Mỗi mặt phẳng cắt được kiểm tra riêng lẻ, tức là số mặt phẳng cắt nv = 1.
Bu lông chịu đồng thời kéo và cắt
Bu lông chịu đồng thời lực cắt và lực kéo được thiết kế theo Điều 11.4.1.3 và phải thỏa mãn:
\[ \sqrt{\left ( \frac{N_v}{N_v^b} \right ) ^2 + \left ( \frac{N_t}{N_t^b} \right ) ^2} \le 1.0 \]
trong đó:
- Nv – lực cắt trong bu lông tại mặt phẳng đang xét
- Nt – lực kéo trong bu lông
- Nvb – khả năng chịu cắt thiết kế của bu lông
- Ntb – khả năng chịu kéo thiết kế của bu lông
Bu lông chịu ép mặt
Bản chịu lực ép mặt do bu lông chịu cắt được thiết kế theo Điều 11.4.1.1 và phải thỏa mãn:
\[ N_v \le N_c^b = d\cdot t \cdot f_c^b \]
trong đó:
- Nv – lực cắt tác dụng lên bản; tổng vectơ lực cắt tại các mặt phẳng lân cận
- d – đường kính danh nghĩa của bu lông
- t – chiều dày bản
- fcb – cường độ ép mặt thiết kế của bản
Cường độ ép mặt thiết kế của bản; fu – cường độ chịu kéo giới hạn của bản; lấy từ Bảng 4.4.6
Bu lông được kéo căng trước
Bu lông cường độ cao trong liên kết ma sát được thiết kế theo Điều 11.4.2.
Bu lông được kéo căng trước chịu kéo
Khả năng chịu kéo của bu lông được kéo căng trước được xác định như sau:
\[ N_t \le N_t^b = 0.8 \cdot P \]
trong đó:
- Nt – lực kéo trong bu lông
- Ntb – khả năng chịu kéo thiết kế
- P – lực căng trước của bu lông cường độ cao – Bảng 11.4.2-2
Bảng 11.4.2-2 – lực căng trước của bu lông cường độ cao P [kN]
| Cấp bu lông | M16 | M20 | M22 | M24 | M27 | M30 |
| 8.8 | 80 | 125 | 150 | 175 | 230 | 280 |
| 10.9 | 100 | 155 | 190 | 225 | 290 | 355 |
Bu lông được kéo căng trước không có trong Bảng 11.4.2-2 chịu lực kéo được thiết kế theo Điều 11.4.1.2 và phải thỏa mãn:
\[ N_t \le N_t^b = A_s \cdot f_t^b \]
trong đó:
- Nt – lực kéo trong bu lông
- Ntb – khả năng chịu kéo thiết kế
- \( A_s = \frac{\pi d_e^2}{4} \) – diện tích tiết diện chịu kéo của bu lông
- de – đường kính hiệu dụng của bu lông tại phần ren
- ftb – cường độ kéo thiết kế của bu lông
Bu lông được kéo căng trước chịu cắt
Khả năng chịu cắt thiết kế của bu lông được kéo căng trước được xác định theo Điều 11.4.2.1:
\[ N_v \le N_v^b = 0.9 k \mu P \]
trong đó:
- Nv – lực cắt tại mặt phẳng đang xét
- Nvb – khả năng chịu cắt thiết kế của bu lông
- k – hệ số cho lỗ bu lông; k = 1 đối với lỗ tiêu chuẩn, k = 0.85 đối với lỗ quá cỡ, k = 0.6 đối với lỗ dài
- μ – hệ số trượt tại bề mặt ma sát lấy từ Bảng 11.4.2-1; có thể chỉnh sửa trong Thiết lập tiêu chuẩn
- P = Ntb / 0.8 – lực căng trước của bu lông cường độ cao đối với các bu lông không có trong Bảng 11.4.2-2
Mỗi mặt phẳng cắt được kiểm tra riêng lẻ, tức là số mặt phẳng cắt nf = 1.
Bu lông được kéo căng trước chịu đồng thời kéo và cắt
Bu lông chịu đồng thời lực cắt và lực kéo được thiết kế theo Điều 11.4.2.3 và phải thỏa mãn:
\[ \frac{N_v}{N_v^b} + \frac{N_t}{N_t^b} \le 1.0 \]
trong đó:
- Nv – lực cắt tại mặt phẳng đang xét
- Nt – lực kéo trong bu lông
- Nvb – khả năng chịu cắt thiết kế của bu lông
- Ntb – khả năng chịu kéo thiết kế của bu lông
Mối hàn góc được kiểm tra theo GB 50017 - Chương 11. Cường độ của mối hàn đối đầu được giả định bằng kim loại cơ bản và không được kiểm tra.
Mối hàn đối đầu
Mối hàn đối đầu ngấu hoàn toàn được áp dụng, và khả năng chịu lực của chúng được coi là bằng kim loại cơ bản – Điều 11.2.1.
Mối hàn góc
Khả năng chịu lực thiết kế của mối hàn góc được kiểm tra theo Điều 11.2.2.2:
\[ \sigma_w = \sqrt{ \left ( \frac{\sigma_f}{\beta_f} \right ) ^2 + \tau_f^2} \le f_f^w \]
trong đó:
- σf – ứng suất trên diện tích hữu hiệu của mối hàn vuông góc với chiều dài mối hàn
- βf – hệ số phóng đại cho giá trị thiết kế cường độ mối hàn góc; βf = 1,22 đối với tải trọng tĩnh và góc giữa các mặt nóng chảy α = 90°; trường hợp khác βf = 1,0
- τf – ứng suất cắt trên diện tích hữu hiệu của mối hàn song song với chiều dài mối hàn
- ffw – cường độ thiết kế mối hàn góc
Cường độ thiết kế mối hàn góc ffw cho que hàn điện cực; lấy từ Bảng 4.4.5
| Điện cực | \(f_f^w\) [MPa] |
| E43 | 160 |
| E50 | 200 |
| E55 | 220 |
| E60 | 240 |
Điện cực mặc định là E43 cho bản thép liên kết yếu nhất với fu < 470 MPa, E50 cho 470 MPa ≤ fu < 520 MPa, và E55 cho 520 MPa ≤ fu.
Biểu đồ mối hàn thể hiện ứng suất theo công thức sau:
\[ \sigma = \sqrt{ \frac{1}{\beta_f^2}(\sigma_{\perp}^2 + \tau_{\perp}^2) + \tau_{\parallel}^2 } \]
Bu lông
Khoảng cách tối thiểu cho phép của bu lông được kiểm tra theo Bảng 11.5.2.
Khoảng cách tối thiểu cho phép của bu lông; d0 – đường kính lỗ bu lông
| Khoảng cách tối thiểu cho phép | |
| Bước bu lông | \( 3 \cdot d_0 \) |
| Khoảng cách đầu song song với tải trọng | \( 2 \cdot d_0 \) |
| Khoảng cách mép vuông góc với tải trọng (bu lông chịu ép mặt) | \( 1.2 \cdot d_0 \) |
| Khoảng cách mép vuông góc với tải trọng (bu lông siết trước) | \( 1.5 \cdot d_0 \) |
Mối hàn
Kích thước mối hàn tối thiểu hf được kiểm tra theo Bảng 11.3.5. Kích thước mối hàn được xác định từ chiều dày họng hàn: \( h_f = \sqrt{2} \cdot h_e \).
Kích thước mối hàn tối thiểu hf
| Chiều dày bản thép [mm] | Kích thước mối hàn tối thiểu [mm] |
| \( t \le 6 \) | 3 |
| \( 6 < t \le 12 \) | 5 |
| \( 12 < t \le 20 \) | 6 |
| \( 20<t \) | 8 |
Bê tông bên dưới bản mã chân cột được mô phỏng bằng nền Winkler với độ cứng đồng đều, cung cấp ứng suất tiếp xúc. Ứng suất trung bình tại vùng chịu lực được sử dụng để kiểm tra nén.
Bê tông chịu lực
Người dùng có thể lựa chọn giữa kiểm tra khả năng chịu lực cục bộ của tấm bê tông cốt thép (GB 50010, Phương trình 6.6.1-1) và tấm bê tông không cốt thép (GB 50010, Phương trình D.5.1-1).
Tấm bê tông cốt thép
\[ F_l \le F_c = 1.35 \beta_c \beta_l f_c A_{ln} \]
Tấm bê tông không cốt thép
\[ F_l \le F_c = \omega \beta_l f_{cc} A_l \]
trong đó:
- Fl – lực nén
- Fc – khả năng chịu nén
- βc – hệ số ảnh hưởng cường độ của bê tông; βc = 1 đối với cấp độ bền bê tông đến C50, βc = 0.8 đối với cấp độ bền bê tông C80; nội suy tuyến tính được sử dụng cho cấp độ bền bê tông giữa C50 và C80
- \( \beta_l = \sqrt{\frac{A_b}{A_l}} \) – hệ số tập trung
- Ab – bề mặt đỡ bê tông đồng tâm với Al
- Al – diện tích bản mã chân cột tiếp xúc với bề mặt bê tông
- Aln – diện tích Al trừ đi các lỗ trong bản mã chân cột dành cho neo
- fc – cường độ chịu nén thiết kế của bê tông; GB50010, Bảng 4.1.4-1
- fcc = 0.85 fc – cường độ chịu nén thiết kế của bê tông không cốt thép; GB50010, Bảng 4.1.4-1
- ω – hệ số phân phối tải trọng nén; ω = 0.75 đối với phân phối tải trọng không đều, ω = 1.0 đối với phân phối tải trọng đều
Truyền lực cắt
Lực cắt tại bản mã chân cột được giả định truyền từ cột xuống móng bê tông bằng:
- Ma sát giữa bản mã chân cột và bê tông / vữa
- Chốt chịu cắt
- Bu lông neo
Neo
Lực kéo trong neo bao gồm lực bẩy và được xác định bằng phân tích phần tử hữu hạn.
Neo không được kiểm tra trong phần mềm.
Các nút liên kết được phân loại theo độ cứng thành:
- Ngàm cứng – các nút liên kết có sự thay đổi không đáng kể về góc ban đầu giữa các cấu kiện,
- Liên kết bán cứng – các nút liên kết được giả định có khả năng cung cấp mức độ hạn chế uốn đáng tin cậy và xác định,
- Khớp – các nút liên kết không phát sinh mô men uốn.
Không có ranh giới rõ ràng giữa các loại nút liên kết trong GB 50017, do đó, các nút liên kết được phân loại theo EN 1993-1-8 – Điều 5.2.2.
- Ngàm cứng – \( \frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} \ge k_b \)
- Liên kết bán cứng – \( 0.5 < \frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} < k_b \)
- Khớp – \( \frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} \le 0.5 \)
trong đó:
- Sj,ini – độ cứng ban đầu của nút liên kết; độ cứng nút liên kết được giả định là tuyến tính đến 2/3 của Mj,Rd
- Lb – chiều dài lý thuyết của cấu kiện được phân tích; đặt trong thuộc tính cấu kiện
- E – mô đun đàn hồi Young
- Ib – mô men quán tính của cấu kiện được phân tích
- kb = 8 đối với khung mà hệ giằng giảm chuyển vị ngang ít nhất 80%; kb = 25 đối với các khung khác, với điều kiện ở mỗi tầng Kb/Kc ≥ 0.1. Giá trị kb = 25 được sử dụng trừ khi người dùng đặt "hệ giằng" trong Thiết lập tiêu chuẩn.
- Mj,Rd – khả năng chịu mô men thiết kế của nút liên kết
- Kb = Ib / Lb
- Kc = Ic / Lc
Thiết kế theo khả năng chịu lực là một phần của kiểm tra động đất và đảm bảo rằng nút liên kết có đủ khả năng biến dạng.
Các liên kết phải có khả năng truyền an toàn lực cần thiết để tạo ra khớp dẻo trong cấu kiện tiêu tán năng lượng. Cấu kiện tiêu tán năng lượng được người dùng lựa chọn cùng với hệ số liên kết ηj lấy theo GB 50017-2017, Bảng 17.2.9. Hệ số liên kết ηj được phân chia giữa hệ số vượt cường độ γov và hệ số hóa bền biến dạng γsh; ηj = γovγsh. Hệ số hóa bền biến dạng γsh do người dùng xác định, và được khuyến nghị là γsh = 1,1 đối với dầm trong khung chịu mô men và γsh = 1,0 đối với các cấu kiện tiêu tán năng lượng khác. Nên chọn giá trị ηj an toàn hơn; ví dụ: ηj = 1,35 đối với dầm tiêu tán năng lượng từ thép cấp Q345 trong khung chịu mô men cho cả kiểm tra mối hàn và bu lông.
Hệ số liên kết ηj theo Bảng 17.2.9
Biểu đồ vật liệu của cấu kiện tiêu tán năng lượng