简介
在本文开始之前,让我们先明确该软件的适用范围。在当前版本中,我们仅针对钢结构锚固于简单钢筋混凝土块体的情况开发了相应工具并验证了解决方案。
以下内容分为两部分:软件及方法本身的限制,以及从 IDEA StatiCa Connection 导入时的限制。
软件的限制
钢筋混凝土
3D CSFM(协调应力场法)并非针对素混凝土或配筋率极低的混凝土设计。在这种情况下,计算结果可能存在误导性,或导致非线性计算不收敛。
详情请参阅理论背景。
软件中仅需建模钢筋混凝土构件的主要原因在于混凝土的抗拉强度可忽略不计。因此所有拉应力都必须由钢筋来传递。
第二个原因是:在 IDEA StatiCa Detail 3D 中,未采用断裂力学方法。该模型不模拟明确的裂缝扩展,也未采用混凝土的断裂力学参数(G_f、K_IC、断裂面形状)。混凝土被建模为具有水平塑性段的延性材料——一旦达到极限压应力,应力保持恒定,仅应变持续增大直至达到规定限值。因此,Detail 3D 能够反映 D 区应力和应变的塑性重分布,但无法明确模拟由断裂力学控制的脆性破坏机制(例如素混凝土的纯剪破坏、单一主导裂缝的失稳扩展等)。

总而言之,您的模型应符合国际标准中对钢筋混凝土的定义。请遵循详细的构造规定,以获得正确的结果。
承载能力极限状态
所有计算和规范校核均仅针对承载能力极限状态(ULS)实现。材料的定义方式以及计算方法本身在正常使用极限状态(SLS)下必须有所不同。您可以在 Detail 2D 中看到这一差异。
压力软化
首先,让我们明确什么是压力软化:当混凝土同时承受严重的受拉开裂(即存在较大的横向拉应变)时,其受压强度和刚度会降低。
在承载力由穿过严重开裂混凝土的压杆(压力对角线)控制的情况下,如果将 Detail 3D 的计算结果直接解读为实际极限承载力,则该软件往往会高估承载力(即结果略偏于不安全)。
基于上述原因,该 3D 模块仅适用于验证锚固于简单钢筋混凝土块体中的强度。
虽然可以通过在小面积上设置支座来对例如承台进行建模,但由于软化效应显著(尤其是在与冲切相关的问题中),此类验证结果并不可靠。在薄板上放置柱子的情况以及其他类似情况中,也可能出现同样的问题。

对于这些情况,需要引入混凝土软化效应,而目前该功能仅在 2D 模块中提供。因此,3D 模块只能用于校核不受该效应影响的破坏模式。
锚栓校核
锚栓单元被定义为能够传递法向拉力或压力以及剪力,同时考虑抗弯刚度,具体描述见理论背景。
我们支持依据相关标准进行基于规范的校核(仅限 EN 标准),因此 IDEA StatiCa Detail 可独立用于锚栓评估(锚栓、钢筋、混凝土)。
已实现的规范:EN 1992-4、EN 1993-1-8、EN 1994-1-1
如需验证其他节点组件(焊缝、板件等),您需要使用 IDEA StatiCa Connection,在该软件中还可以对素混凝土进行完整的锚栓校核。Connection 中的锚固——连同所施加的荷载——可以导出至 Detail 中,用于进一步的钢筋设计。
对于 ACI 和澳大利亚规范,剪力以及剪力与拉力组合工况下的锚栓规范校核尚未实现,因此在进行锚栓的全面规范校核时,始终需要同时使用这两款软件。
倾覆
如果荷载输入导致模型发生倾覆,模型将持续计算直至不收敛或达到某一判定准则。这通常需要较长时间,最终您将得到如下结果:

系统会显示已传递荷载的百分比。此外,在辅助结果中会显示极端变形。
解决方法:建议首先将默认网格尺寸的倍数设置为较大值(4-5)来对任意模型进行计算。该倍数可在“设置”->“网格设置”中找到。这样计算速度会很快,您可以借此判断倾覆是否是问题所在。
需要检查是否已包含混凝土块体的自重,因为自重可以防止模型发生倾覆。请注意,从 Connection 软件导入时,自重不会自动录入模型——详情见下文。
从 Connection 导入的限制
接触
一般而言,不支持通过与另一钢板接触来导入作用在底板上的力。这既适用于边缘-表面接触,也适用于表面-表面接触类型。详情请参阅本文。

通过构件锚固
只有通过底板锚固的模型才能正确导入 Detail 软件。对于构件直接连接到混凝土块体的模型,带锚栓的构件连接板会在导入时不带荷载。

自重不会自动添加
自重不会自动计算/添加。必须在 Detail 项目中手动加入自重。这主要会影响锚固至基础的验证——如上文所述,若未考虑自重,可能导致基础发生倾覆。
导出时不支持的锚固类型
Detail 中不支持带钩锚栓。导出文件中将改用锚板代替。
锚板被建模为一个直接连接在锚栓杆身上的板壳单元,仅通过压力接触将荷载传递至混凝土。该板件本身按线性建模,不考虑塑性,也不进行承载力校核。由于锚栓杆身的粘结强度为零,全部荷载均通过锚板传递至混凝土。有关锚栓类型的更多信息,请参阅文章:单锚定义。
不支持的锚栓类型组合
Detail 软件不支持将栓钉或钢筋与其他锚栓类型组合使用。这些锚栓类型不会包含在输出结果中。有关板件选项的更多信息,请参阅文章:锚固板选项。
导入荷载与用户输入荷载的组合
导入荷载与用户输入荷载不能在同一模型中组合使用。原因见理论背景中的说明。锚栓在导入时与底板处于断开状态。如果您创建用户自定义荷载工况,显然荷载将无法正确传递。
解决方法:复制导入的项目条目,删除所有导入的荷载,将所有锚栓与底板互相连接,然后即可输入您的自定义荷载工况。
多个混凝土块体
Detail 中仅支持单个混凝土块体。不过,可以通过负体积、切割平面和切割操作对混凝土块体进行修改。因此,可以对更复杂的形状进行建模,例如台墩、基础条形扩展、开孔旁的锚固等。
也可以从 Connection 中导入两个独立的混凝土块体,这两个块体将作为两个模型实体导入 Detail 中,随后可通过切割操作进一步修改。

同一块体中包含多个底板
支持在同一块体中导出多个底板,但不建议导入所谓的边缘锚固。

在 Connection 软件中,混凝土采用温克尔地基模型进行简化建模。而底板上方的钢结构部分则进行了详细建模,包括材料的塑性。为了对底板下方钢筋混凝土进行更详细的验证,可以将底板、锚栓和荷载导出至 Detail 软件。在该软件中,混凝土按塑性材料建模。
锚栓在导出时轴向断开,各锚栓间的荷载由一对大小相等、方向相反的力代替(这正是由于底板上方钢结构部分缺乏刚度所致)。因此,即使混凝土块体角部的覆盖层进入塑性状态,锚栓中的轴力也不会随之改变。同样,底板的焊缝在导出时也是断开的,连接关系由大小相等、方向相反的力代替。因此,在混凝土角部发生塑性化的情况下,焊缝上的应力也不会发生变化。
由此可见,导出后,虽然作用在底板上的所有力都处于平衡状态,但变形条件并不能得到满足。
本说明适用于当前 25.1.2 版本。在此前的版本中情况可能有所不同,因为我们正在逐步消除这些限制。有关各版本的更多信息,请参阅版本更新说明。
