介绍
Detail 3D 本质上是现有 IDEA StatiCa Detail 软件的扩展。它新增了一种 3D 模型类型，并随之引入了一种用于计算三维空间中应力场的方法，称为 3D CSFM（协调应力场法）。计算和校核均针对承载能力极限状态实现。
在介绍 Detail 3D 的功能描述之前，有必要先指出理论背景文档的存在，您可以在其中阅读有关各个模型实体及计算本身的更多技术细节。
第一步，用户可以在初始界面（向导中）选择新的模型类型，其中提供了多个模板，当然也可以选择从头创建模型。
与 2D 模型一样，您可以在右侧部分编辑初始设置，例如设计规范、材料和混凝土保护层。
创建空白模型或基于模板的模型后，可使用与 2D 建模环境相似的选项。
顶部功能区中提供了处理多个项目条目的选项，以及现已标准化的撤销/重做按钮、标签视图选项、图库控件、计算设置和模板管理控件。
这是一个很棒的测试
我想知道它是如何工作的——我说得对吗？
它还会初始化树形结构，其第一个条目默认命名为 DRM1，包含当前项目条目的默认设置。在树形结构上方，您可以找到用于操作模型的工具。
建模
模型实体
在 Detail 软件中，我们将以下内容纳入模型实体类别：
- 构件
- 支座
- 传力装置
只能输入一个构件，可定义为矩形或多边形形状。矩形形状由三个尺寸定义，而对于多边形选项，则通过坐标将二维空间中的形状输入表格中，然后可提取到空间中。要定义多边形的一般形状，可以在表格中逐一填写坐标，也可以从电子表格程序（如 Microsoft Excel）中复制粘贴。
面支座用于支撑模型。这种支座类型可以通过两种方式指定——两种几何类型。
- 整个表面
- 折线
在这两种情况下，都需要选择一个参考表面，当然还需要定义自由度。支座可以定义为弹性支座，并且对于垂直于指定表面的方向，可以使用仅受压类型。在下图中，我们可以看到在整个表面 4 号上输入的支座，且仅受压选项已关闭。
对于折线输入的第二个选项，可使用与构件输入相同的表格。同样，您可以使用复制粘贴功能，也可以手动输入坐标。输入的形状可以沿参考表面通过 X 和 Y 坐标移动，或通过输入角度进行旋转。
请注意，可以指定折线，使坐标原点位于所需形状的重心处。此时位置将参照该重心通过 X 和 Y 坐标确定。
基础支座的刚度
在建模过程中，可以考虑两种情况。如果我们对锚固到结构进行建模，可以假设支座具有无限刚度。
在锚固到基础块的情况下，必须正确定义刚度。此外，支座必须定义为仅受压。
z 方向的数值（刚度 Kz）根据相应的土壤类型从文献中获取。具体示例可参见教程。
这些数值取决于相关地区文献的建议。或者，也可以从岩土工程师那里获取这些数值。
在水平方向（Kx 和 Ky）上，情况则不那么直接。我们的一般建议是使用约为 Kz 值 1/10 的数值，并结合工程判断。
更精确的方法是采用迭代过程，我们的建议正是由此得出的。
首先，将 Kx 和 Ky 设置为非常低的数值（出于计算原因，不建议直接将数值设为零），例如设为 0.1，然后检查钢筋应力。
由于这些低数值会导致不切实际的位移，因此应逐步增大刚度，以更好地反映实际情况。目标是获得更符合实际的位移值，同时使底边钢筋拉应力保持接近原始值，偏差小于 5%。
传力装置
传力装置包含两个实体：底板和单个锚栓。让我们从底板开始。要指定位置，必须选择参考面和参考边。这些定义了测量 X 和 Y 距离的坐标原点。有两种形状定义选项：矩形和多边形。
底板通过接触与混凝土构件连接，该接触可传递压应力，如果用户选择，也可以传递剪应力。可以选择三种剪力传递机制：
- 摩擦
- 锚栓
- 抗剪键
软件不允许组合这些剪力传递机制。
对于摩擦选项，需要输入摩擦系数的设计值。对于抗剪键选项，需要输入钢型钢（包括几何形状和位置）。
底板的所有可能配置可以在以下文章中找到：底板选项。
底板可以传递点荷载或一组力。对于点荷载，模型可以在底板上任意位置施加六个内力（Fx、Fy、Fz、Mx、My 和 Mz）。对于一组力，用户可以在表格中输入力的位置、大小和方向，从而实现在底板上的一般布置。需要注意的是，底板是点荷载作用，其上表面没有焊接任何加劲板或构件。因此，为了正确分布荷载，使用相对刚性、厚度相对较大的底板非常重要。另一种选择是使用树根段，可以解决板刚度的问题。
可以添加第二个传力装置——单个锚栓，并与底板互相连接，例如创建一个由四个锚栓锚固的柱底板（见下图）。也可以在不使用底板的情况下单独建模锚栓。
有关与底板互相连接的更多信息，请参见理论背景。
在位置和几何形状方面，锚栓的参考基准为混凝土块的表面和边，包括与底板相同的相对位置确定方式。当然，也可以指定锚栓在混凝土内的长度以及混凝土表面以上的长度。
锚栓有两种实现方式：
- 现浇
- 粘结型锚栓
对于现浇钢筋，粘结强度根据 EN 1992-1-1 第 8.4.2 节确定。此外，可以像常规钢筋一样为此类锚栓指定锚固类型。
对于粘结型锚栓，可以直接输入粘结强度，该数值可从所用粘结砂浆的技术数据表中获取。请注意，必须输入粘结强度的设计值。以下文章将帮助您找到该数值。
查看所有锚栓选项，请参见文章：单个锚栓选项
锚栓与底板之间互相连接的行为详细说明请参见理论背景。
加载与组合
加载
荷载工况的定义方式与二维钢筋混凝土构件相同。这意味着每个荷载工况都可以被指定为永久荷载类型或可变荷载类型。永久荷载工况首先施加到模型上，计算成功后再施加可变荷载工况。
荷载脉冲类型
每个荷载工况最多可以添加 4 种荷载脉冲。
面荷载的定义方式与面支座的定义相同。这意味着可以通过两种方式指定：整个曲面和多段线。对于面荷载，荷载强度当然是按三个总体方向输入的。
力组是一种荷载实体，允许通过表格在模型上任意位置指定三个方向的力。它可以参照底板或混凝土块的表面。对于表格输入，同样可以使用来自电子表格程序的复制粘贴功能。
自重应包含在每个模型中。例如，承受弯矩作用的混凝土基础不会那么容易发生倾覆。
点荷载可以通过总体位置的六个内力 Fx、Fy、Fz、Mx、My 和 Mz 直接施加到底板上。
在使用底板时，若将该力直接施加到真实的、可变形的底板上，可能会导致底板、锚栓和混凝土上出现不真实的应力重分布。因此，更合适的做法是使用第二种选项——树根段。
树根段
树根段代表底板上方一段短的柱子，被建模为壳单元结构，其行为如同内力与底板之间物理上精确的接口。系统使用标准截面数据库。
6 分量内力组（力和弯矩）施加在树根段底面的单一点上——即柱脚位置。
约束将力传递到树根段顶面，然后这些力自然地通过树根段重分布到底板、锚栓和混凝土中。
这种方法保留了柱与底板之间真实的刚度相互作用，无需任何人工重分布或人为假设。
树根段功能已在IDEA StatiCa 25.1 版本中发布。
组合
由于 IDEA StatiCa Detail 中的分析是非线性的，因此采用所谓的非线性组合。这意味着不会单独计算各个荷载工况，然后再将结果相加。相反，在计算之前，会先将相同荷载类型的荷载工况（当然按照组合中定义的相应系数）叠加在一起，然后再对各个组合分别进行计算。这也是为什么至少存在一个组合是开始计算的先决条件。
只能定义用于承载能力极限状态（ULS）的组合。
钢筋
模型可使用 Group of bars 3D 进行配筋。此钢筋类型包含许多选项，下文将逐一介绍。因此，可以指定 4 种钢筋形状定义方式：
- By two points（通过两点）
- On surface edge（沿表面边缘）
- On surface edge on more edges（沿多条表面边缘）
- On polyline（沿折线）
对于以上每种元素，您当然都可以指定直径和材料，包括钢筋两端的锚固类型。
By two points（通过两点）的形状定义不言自明。您需要输入两组笛卡尔坐标 X、Y、Z。
On surface edge（沿表面边缘）定义方式提供了大量控制选项，可将钢筋定位到所需位置。您可以在多个层中输入钢筋，每层中包含多根钢筋，并指定层内及层间的间距。当然，还需要指定参考表面和边缘。接下来，您必须指定表面保护层（Surface cover），它定义了与参考表面（下图中的表面 [1]）之间的距离；以及边缘保护层（Edge cover），它定义了插入件与侧表面（下图中的表面 [4]、[5] 和 [2]）之间的距离，可设置为 From settings（来自设置）或 User input（用户输入）。当前 Project item 的默认保护层值（From settings）可在树的第一个节点中找到（默认名称为 DRM1）。这在本文开头已进行了定义。边缘保护层可为每个 Group of bars 单独设置。
最后，对于此类型的输入，还可以编辑边缘上的位置（Position on edge）。例如，如下图所示，可以指定钢筋配置，使用户定义的边缘保护层（Edge cover）仅应用于底面 [5]。侧表面则通过起始和末端的延伸（Extension）进行控制。
另一种定义方式是On surface endge on more edges（沿多条表面边缘）。此处可以指定放置钢筋的边缘或表面列表，并为每个表面指定保护层列表，如下图所示。
与前一种方式相同，保护层也可以使用 From settings（来自设置）选项进行指定。同样，可以使用表面保护层（Surface cover）将钢筋从参考表面偏移，并指定层的数量（Number）和间距（Distance）。此外，还可以从第一条边缘（First edge）和最后一条边缘（Last edge）延长或缩短两端。
最后一种钢筋定义方式是On polyline（沿折线）。与上述模型实体相同，钢筋可以使用从电子表格程序中复制的坐标列表进行指定。在这种情况下，还会额外提供一个显示钢筋的 3D 场景，以便更好地进行定位，并可绕两个轴进行旋转。
Detail 中导入来自 Connection 的锚固
素混凝土块中的锚固可以在 IDEA StatiCa Connection 中建模并进行规范校核。对于某些情况，例如靠近边缘的锚固，由于可能存在的破坏模式，设计是不充分的，需要附加钢筋。虽然 Connection 软件中不提供此功能，但可以直接切换到 Detail 软件继续进行设计。
3D Detail 专注于解决混凝土块中的锚固问题，并对锚固元件和混凝土块本身进行分析。此外，Connection 和 Detail 软件之间实现了直接链接，以简化操作流程。设计符合欧洲规范或 AISC 规范的锚固的 Connection 用户，可以通过一次点击将模型从 Connection 导入到高级 3D Detail 中。
- 仅允许导入锚固模型。如果 Connection 模型中没有混凝土块，则导出到 Detail 的功能将被禁用（"RC check"）。
- Connection 中的模型必须已经完成计算。如果没有可用的计算结果，导出图标（"RC check"）将被禁用。要使用导出功能，还需要拥有有效的混凝土应用程序许可证。否则，导出选项将再次被禁用。
- 导入/导出仅允许一个混凝土块。
- 某些锚栓类型不支持导入，我们也不建议导出所谓的边缘锚固。有关限制条件的详细说明，请参见以下文章： 3D Detail 已知限制
节点导入内容包括
- 混凝土块
- 锚栓
- 底板
- 荷载
根据 Connection 中相应设置而设定的附加信息和参数：
- 剪力传递方式（通过锚栓、抗剪键和摩擦力）
- 材料
- 锚固类型
- 末端锚固类型
- 摩擦系数
可导出的锚栓的可能配置和类型，请参见以下文章：
从 Connection 导出到 Detail 的步骤
首先，根据欧洲规范/AISC 规范在 Connection 中创建锚固模型，然后点击"计算"按钮。
当计算结果存在后，即可启用基础导出功能。点击功能区中的"RC Check"按钮，将弹出对话框，要求指定新建 Detail 文件的位置和名称。
成功导出后，Detail 中的项目即被创建。混凝土块和底板的几何形状、锚栓的位置和属性以及荷载都会自动传输到 Detail 中。混凝土块底面的面支座会被自动创建。
注意：只需检查 Z 方向的设置即可。（对于基础底座，我们使用仅受压的地基刚度设置；对于延续结构，也可以启用受拉支座）。
此过程中最棘手的部分是荷载的导入。对于 Connection 中每一个已计算的荷载效应，Detail 中都会自动创建相应的荷载工况和承载能力极限状态组合。
- 底板由焊缝中的力加载，这些力被建模为力组。对于底板本身的加载，导入的荷载由力组表示，该力组遵循 Connection 模型中底板与钢构件之间焊缝中的应力。
- 锚栓的建模和加载与底板相互独立，它们承受轴向的点荷载。锚栓的荷载在场景中以一对方向相反的箭头表示。一个箭头表示仅作用在锚栓顶部的拉力。另一个箭头表示作用在底板上的压力。
由于锚栓直接由力加载，默认情况下"轴力传递"复选框未被勾选。
注意：下图不适用于现浇板，因为对于现浇板，轴力传递会在导出后被正确校核。原因可参见理论背景。
- 剪力根据 Connection 中的设置，通过以下选项之一传递——锚栓、抗剪键或摩擦力。如果剪力通过锚栓传递，可以通过取消勾选"剪力传递"复选框来关闭特定锚栓。
- 如果设置了摩擦力或抗剪键，模型中将永远不考虑锚栓中的剪力。（即使复选框被勾选也是如此。）
然后，使用上述工具添加所需的钢筋，并计算模型。请勿忘记根据制造商参数，为胶粘（后锚固）锚栓设置设计粘结强度。
同时建议检查指定荷载是否会使混凝土块发生倾覆。倾覆可以通过自重或足够的压力法向力来防止。如果合力竖向力为正（混凝土块将脱离支座抬起），计算也会失败。
由于混凝土不能承受拉力，底部钢筋与支座之间的保护层将会剥离。
关于作用在底板或锚栓上的导入力（如下图所示）的详细说明，可参见理论背景。
从 Connection 到 Detail 的单向同步
Connection 软件提供了一个"更新现有项目"功能，用于将 Detail 项目与最新的 Connection 数据进行同步，从而无需从头重新创建模型。
更新过程会同步以下数据：
- 混凝土块：几何形状和材料
- 底板/预埋板：几何形状和材料
- 锚栓/紧固件：几何形状和材料
- 荷载数据：荷载工况、荷载脉冲和组合
设置不会被导入/同步，因此必须始终正确设置规范。
更新过程中，最初从 Connection 创建的实体处理方式如下：现有实体将使用新数据进行更新，Connection 中不再存在的实体将被删除，Connection 中的新实体将被添加到 Detail 项目中。直接在 Detail 中创建的实体保持不变，包括负体积、切割、布尔运算、钢筋、板、锚栓和荷载工况。
更新前，系统会要求创建备份，备份会自动存储在同一文件夹中，以确保能够恢复到之前的状态。
该工作流程支持 Connection 和 Detail 中的多个项目条目。可以复制一个 Connection 项目条目以创建变体，然后将其与相应的 Detail 项目同步。对于包含多个项目条目的 Detail 项目，同样支持更新，从而确保所有相关数据保持一致。
注意：该功能在 IDEA StatiCa 24.1 版本中针对欧洲规范首次发布。此后通过实现 AISC 规范、增加锚固元件选项以及完善限制条件，逐步进行了改进。本文所述的完整功能自 26.0 版本起适用。具体更改内容可参见发布说明。
Results
结果的显示方式与2D Detail非常相似。然而，也存在一些主要差异，尤其是在混凝土结果和锚栓结果方面。在下一节中，我们将介绍所有可用的结果，重点关注上述差异。在校核选项卡中，您可以查看4种类型的结果：
- 汇总
- 基于规范的强度和锚栓校核
- 钢筋锚固
- 其他附加结果
汇总结果中的应力流显示了混凝土中压力主应力的矢量以及钢筋和锚栓的承载比，为您提供基本概览。
混凝土、钢筋和锚栓的强度校核
在强度校核中，您可以显示混凝土的应力和应变重分布。在结果工具栏的顶部功能区中，您可以控制要显示的内容。也可以显示比值σc,eq/σlim和ε/εlim ，以及塑性应变、三轴度水平σc3/σlim，以及混凝土主应力的方向。强度中的所有结果都与承载能力极限状态相关。
注意：您可能会注意到，在受压底板正下方，等效主应力σc,eq为零。请阅读定义σc,eq的理论背景部分。或者您也可以阅读这篇验证文章，其中使用知名的三轴试验解释并验证了这一现象：三轴应力——主动约束效应
材料可以在属性中切换。
钢筋的校核以非常类似的方式进行，我们同样将极限值与计算所得的应力/应变进行比较——σs/σlim，以及εs/εlim.
对于锚栓，我们有两种校核。一种与钢筋的校核相同——比较极限值——σs/σlim，以及εs/εlim.
注意：您可能会注意到，每个锚栓都在多个位置进行验证，这些位置是自动计算得出的极端情况。
根据设计规范对锚栓进行规范校核
此外，我们还提供基于设计规范的校核（EN、ACI/AISC、AUS），这些校核是根据标准以经验方式进行的。所考虑的具体标准可以在设置中查看，也可以根据所使用的锚固类型（与混凝土直接接触的底板、灌浆底板以及带有间隙的底板）以及基于区域实践所需的标准来选择不同的标准。
已实现的规范： EN 1992-4、EN 1993-1-8、EN 1994-1-1、ACI318-19、AISC 360-16、AS3600、AS 5216、AS 4100
标准设置可以在项目设置中更改，章节将根据创建项目时所选的标准显示。从Connection导入时，建议检查是否设置了相同的标准。
在理论背景章节——承载能力极限状态校核中，每项校核都进行了详细说明，包括所使用的所有公式。
钢筋锚固
锚固校核为您提供有关钢筋和锚栓上的粘结应力和总力的信息。
面支座反力
反力和荷载部分包括显示面支座反力的选项。反力可以通过两种模式查看：
- 强度——在混凝土块的支承面上使用等值线带显示面反力，以说明反力在支座区域上的分布情况。
- 合力——每个支座的合力反力以箭头形式显示在支座的重心处，表示大小和方向。
对于这两种模式，反力都可以在支座的整体坐标系（GCS）或局部坐标系（LCS）中显示。
属性网格中新增了一个表格，列出了各个支座的汇总反力，同样可以以整体坐标或局部坐标显示。
此外，反力分布还可以在用户创建的截面视图中进行可视化显示。
其他高级结果
最后但同样重要的是，您可以在软件中查看辅助结果——变形、配筋率和混凝土张量值。第一种类型，变形，可以显示承载能力极限状态非线性模型的放大变形。
配筋率显示了用于计算拉力刚化效应的数值。
混凝土张量值可让您显示混凝土中主应力的强度及其方向。
结果截面同样可以使用。
通过 Section 结果和应力校核研究模型行为
截面结果可以深入了解混凝土构件内部的应力。可以创建任意数量、任意平面的截面。
对于三维模型，可以选择显示混凝土的结果 - 截面结果。要定义或修改截面，需要使用视图控制中的截面按钮，该按钮位于场景右上角。
然后您只需打开截面按钮，结果就会通过指定的截面显示出来。
或者也可以将视图从三维切换到二维，以更清晰地显示所选截面。
应力校核
为了更好地理解结果以及 3D Detail 中所实现的理论，图标系统得到了显著改进。在“强度”部分下的混凝土应力评估中，您会看到新的图标，更重要的是，还有解释基本理论的工具提示。这些工具提示对应于理论背景。
已在 IDEA StatiCa 24.0.2 版本中发布
报告
与我们软件的标准做法一致，所有结果均可打印为自动生成的报告，其中包括理论背景、用户段落等更多内容。
