欧洲规范规定了锚栓和混凝土基础的几种破坏模式,并根据荷载类型进一步细分。在 IDEA StatiCa Connection 中,目前已经可以对锚栓进行评估,但存在一些限制,部分评估需要手动完成。

与此同时,之前无法考虑混凝土块中的钢筋。随着 IDEA StatiCa Detail 3D 的推出,这一情况正在改变,它带来了更多可能性。IDEA StatiCa Detail 3D 并不像标准中针对素混凝土定义的那样提供常规评估方式。然而,通过有限元分析,我们可以验证配筋混凝土能够满足指定荷载,在这种情况下,可以防止混凝土发生与上述条件相对应的破坏。两款软件可独立运行、单独使用,但得益于 Connection 与 Detail 之间的关联,也可以仅将 Detail 用作补充计算工具。
现在,让我们逐一介绍欧洲规范中的各项条件,以及这些软件为我们提供的可能性。
拉力
欧洲规范将第一种荷载类型(拉力)划分为 6 种可能的锚栓或混凝土块破坏情况(a、b、c、d、e、f),以及针对配筋基础的另外两种情况(g、h)。
下图示意性地展示了可以用 Connection 软件评估哪种破坏类型,以及使用配筋混凝土(因而在 Detail 中进行分析)能够涵盖哪些行为。IDEA StatiCa Connection 使用欧洲规范(EN 1992-4-7.2.1)中的经验公式进行锚栓设计 (CBFEM),而 IDEA StatiCa Detail 完全基于有限单元法 (3D CSFM)。因此,两款软件中有一些评估选项是重叠的,但始终采用不同的方法。

由于软件所采用方法的本质区别,Connection 中只能考虑素混凝土,而 Detail 中只能考虑配筋混凝土基础。

IDEA StatiCa Detail 3D 分析的主要假设和限制条件请参见文章 已知限制。
a) 钢材破坏
两款软件均可对受拉锚栓单独发生的钢材破坏进行验证。在 Connection 中,锚栓的抗拉承载力按照以下公式进行校核:

在 Detail 中,锚栓将根据项目设置中所选的欧洲规范(1992-4 或 1993-1-8)进行校核。此行为从 25.1.1 版本开始适用。

在旧版本中,锚栓按照普通钢筋的方式进行校核,即根据针对特定材料定义的应力-应变曲线,并采用最大 5% 的极限应变值(该值基于拉力刚化效应计算得出,详情请参阅理论背景)
b) 混凝土锥体破坏
混凝土锥体破坏可在 Connection 中进行验证。然而,在 Connection 中,软件只能考虑素混凝土。

因此,如果发生混凝土锥体破坏,建议使用 IDEA StatiCa Detail,该软件可对整个配筋混凝土块进行分析。混凝土的抗拉强度被保守地忽略,这意味着锥体破坏的承载能力在很大程度上取决于所配置的钢筋数量。在下图中,可以看到主应力方向,它表明了上述锥体的形状。在图片右侧,可以看到混凝土应力的数值,这些数值将与极限值进行比较评估。

c) 拔出破坏
该规范校核仅在特定情况下适用于 Connection(见本文第一张图片)。对于后锚固机械锚栓,还需要进行额外的评估。

在 Detail 中,可以设置所谓的粘结型锚栓,并根据其技术参数指定设计粘结强度。锚栓随后将根据这些参数进行验证。(仅适用于配筋混凝土。)

d) 粘结式紧固件的拔出与混凝土组合破坏
此类破坏只能在 Detail 中检测到,在该软件中,混凝土应力和锚固区域采用 3D CSFM 进行评估。Detail 中拔出与混凝土组合破坏机制基于上述原则,其评估是混凝土强度和锚固校核的一部分。(仅适用于配筋混凝土。)
e) 混凝土劈裂破坏
在 Connection 中无法进行此项评估。对于 Detail 而言,劈裂破坏通常是素混凝土才会出现的问题,配置钢筋可以防止其发生。同时,在 Detail 软件中可以查看受压或受拉钢筋以及受压混凝土的应力和应变。

f) 混凝土鼓出破坏
对于素混凝土,可以在 Connection 中按照欧洲规范进行经验性规范校核。

对于配筋结构构件,可以使用 Detail。混凝土鼓出破坏包含在混凝土强度分析中,此时拉应力仅由钢筋传递(如上文多次提及)。
配筋混凝土块的附加校核:
对于配筋基础,还需要进行额外的钢筋评估。钢筋的钢材破坏和钢筋的锚固破坏是 Detail 中钢筋评估的一部分。
g) 钢筋的钢材破坏
h) 钢筋的锚固破坏
剪力荷载
欧洲规范将第二种荷载类型(剪力)划分为 4 种可能的锚栓或混凝土块破坏情况(a、b、c、d),以及针对配筋基础的另外两种情况(e、f)。

下图示意性地展示了可以用 Connection 软件评估哪种破坏类型,以及使用配筋混凝土(因而在 Detail 中进行分析)能够涵盖哪些行为。 IDEA StatiCa Connection 使用欧洲规范(EN 1992-4-7.2.2)中的经验公式进行锚栓设计(CBFEM)。由剪力引起的所有破坏类型均可在 Connection 软件中涵盖。

在 IDEA StatiCa Detail 3D 中,剪力可通过摩擦、锚栓或抗剪键传递。需要说明的是,此处仅对基础进行评估。其他钢结构部件(如抗剪键、焊缝)需要在 Connection 或其他软件中进行校核。同样需要强调的是,此处仅需要配筋混凝土。
a) 无杠杆臂的钢材破坏
受剪锚栓在无杠杆臂情况下的钢材破坏可在 Connection 中进行验证。在 IDEA StatiCa Connection 中,锚栓的抗剪承载力按照以下公式进行校核:

在 Detail 中,锚栓同样根据项目设置中所选的欧洲规范(1992-4 或 1993-1-8)进行校核。此行为从 25.1.1 版本开始适用。 对于旧版本,Detail 中无法进行此项评估。
b) 有杠杆臂的钢材破坏
受剪锚栓在有杠杆臂情况下的钢材破坏仅可在 Connection 中进行验证。在 IDEA StatiCa Connection 中,锚栓的抗剪承载力按照以下公式进行校核:

Detail 中无法进行此项评估。
c) 混凝土撬出破坏
受剪锚栓的混凝土撬出破坏仅可在 Connection 中进行验证。在 IDEA StatiCa Connection 中,锚栓的抗剪承载力按照以下公式进行校核:

随后,在 Detail 软件中评估通过底板传递的混凝土抗剪承载力。
d) 混凝土边缘破坏
受剪锚栓的混凝土边缘破坏仅针对素混凝土在 Connection 中进行验证。在 IDEA StatiCa Connection 中,锚栓的抗剪承载力按照以下公式进行校核:

混凝土边缘破坏可在 Detail 中进行校核(仅适用于配筋混凝土)。
配筋混凝土块的附加校核:
对于配筋基础,还需要进行额外的钢筋评估。钢筋的钢材破坏和锚固破坏是 IDEA StatiCa Detail 中钢筋评估的一部分。
e) 附加钢筋的钢材破坏
f) 附加钢筋的锚固破坏
结论
在诸如靠近边缘的锚固以及其他素混凝土无法满足所需荷载的情况下,这一优势体现得最为明显。请注意,锚栓和抗剪键仍需在 Connection 中进一步评估,但这两款软件工具结合使用,可提供一套完整的解决方案。
由于所采用的方法及软件的设计方式,Detail 软件仅适用于配筋基础。
