本文适合深入理解相关问题，以及解决 midas Civil – IDEA StatiCa 导入过程中的非标准情况。本文是全面涵盖从 midas Civil 向 IDEA StatiCa BIM 导入内力问题的三篇系列文章之一。其他两篇文章如下：
- Midas Civil BIM 链接 – 计算模型的准备 – 本文定义了使用 BIM 链接的原则，特别是在 midas Civil 中准备计算模型的指南。
- 用于三跨后张预应力桥梁设计的 Midas Civil BIM 链接 – 将预应力三跨 T 形梁桥计算模型结果导入 IDEA StatiCa BIM 的实际示例。
1. midas Civil 中的组合
Midas Civil 使用叠加型（Add）和包络型（Envelope）组合。每位 midas 用户都知道，组合以"层"的方式处理。在第（N-1）层中定义的每个叠加型或包络型组合，均可用于在第 N 层的叠加型或包络型组合中定义一组组合项。标准的正常使用极限状态和承载能力极限状态组合就是以这种方式逐层建立的。重要的是，在包络型组合中，荷载效应不进行任何求和运算，而是始终从指定的荷载工况和前一层定义的荷载组合中评估最大值和最小值。
2. IDEA StatiCa BIM 中的组合
现在，让我们介绍 IDEA StatiCa BIM 中荷载工况组合的基本逻辑。BIM 应用程序使用四种基本组合类型：
- 欧洲规范（6.10）
- 欧洲规范（6.10 a,b）
- 包络型
- 线性型
2.1. 规范相关组合
规范相关组合的行为与包络型组合相同（见下文）。BIM 应用程序会根据规范条文和相关公式自动生成荷载系数和组合系数。对于欧洲规范，承载能力极限状态组合使用公式 6.10 或 6.10a,b，正常使用极限状态标准组合使用公式 6.14b，频遇组合使用公式 6.15b，准永久组合使用公式 6.16b。然而，荷载系数和组合系数是在 midas Civil 中定义的组合内输入的。因此，从 midas Civil 导入数据时，规范相关组合并不适用，它们用于从其他程序向 IDEA StatiCa BIM 导入内力。
2.2. 线性组合
荷载工况的线性组合是一种简单的求和组合，将组合中各荷载工况的内力进行算术求和。线性组合等同于 midas Civil 中的叠加型（Add）组合。
2.3. 可变荷载工况的包络组合
另一方面，IDEA StatiCa BIM 中包络型组合与 midas Civil 中包络型组合在处理荷载工况时的含义存在显著差异。IDEA StatiCa BIM 中荷载工况的包络组合，是根据组合规则和荷载工况分组（荷载工况组）生成的线性组合的包络。因此，在包络组合内，首先生成一组各自求和的线性子组合，然后从该组合集中评估最大值和最小值，即最大最小包络。
如前所述，在 midas Civil 中，包络型组合中的内力值从不进行叠加，而是始终直接从荷载工况和组合中评估最大值和最小值。然而，当在 IDEA StatiCa BIM 中正确使用包络型组合和荷载工况组时，其行为与 midas Civil 中的包络型组合相同。我们将在后文详细说明。
首先，通过一个示例说明 BIM 应用程序中包络组合的功能。但在此之前，需要解释荷载工况组的概念。为了在 IDEA StatiCa BIM 中创建包络组合，各荷载工况被归类为所谓的荷载工况组。每个荷载工况组（以及其中包含的所有荷载工况）都有一个重要参数，称为类型。荷载工况组的类型定义了各工况之间的相互关系，从而决定在求和线性组合（进而构成包络）中哪些工况会与哪些工况组合，哪些不会。
IDEA StatiCa BIM 区分七种组：
- 永久型
- 标准型
- 互斥型
- 疲劳，互斥型
- 偶然，标准型
- 偶然，互斥型
- 地震，互斥型
本文仅讨论前三种组。
永久型组
永久荷载工况的值始终包含在线性组合中，因此出现在每个线性组合中。
标准型组
标准型组中的荷载工况可以单独出现、全部同时出现，或仅其中一部分出现在各线性子组合（包络由此评估）中。所有可能的荷载工况"共存"变体均自动生成。
示例 1：标准型可变荷载工况的包络
考虑两个可变荷载类型的荷载工况，归类于标准型荷载工况组。下表列出了不同的线性组合。从表中可以看出，对于标准型，包络将由四个线性子组合构成。
互斥型组
对于互斥型组的荷载工况，每个线性组合中仅使用一个荷载工况。
示例 2：互斥型可变荷载工况的包络
考虑两个可变荷载类型的荷载工况，归入同一互斥型荷载工况组。下表列出了各线性组合。从表中可以看出，对于互斥型组，包络将包含三个线性子组合。
将包络型组合应用于互斥型组的荷载工况时，每个线性子组合仅包含一个荷载工况，并自动添加一个空的零组合（后文将再次提及）。从 midas Civil 用户的角度来看，关键在于：将包络组合应用于互斥型荷载工况组，所得结果与在 midas Civil 中对相同荷载工况组应用包络组合的结果相同。尽管组合逻辑略有不同，但通过正确设置组合，IDEA StatiCa BIM 中可获得与源 midas Civil 文件相同的结果。
为完整起见，还应补充说明：来自两个不同互斥型荷载组的包络组合，其行为与 midas Civil 中的包络组合不同，因为在线性子组合中，第一个互斥型组和第二个互斥型组各只能同时出现一种状态。因此，在单个包络组合中，必须确保所有可变荷载工况均位于同一个互斥型组内。
2.4. 永久荷载工况与可变荷载工况混合集合的包络组合
在 IDEA StatiCa BIM 软件中，永久荷载工况在包络组合中始终叠加到可变荷载工况的包络上。BIM 应用程序采用此逻辑以确保与其他程序（如 Scia Engineer）的兼容性。
相比之下，midas Civil 中的包络型组合始终作为"纯包络"（数学上评估最大值和最小值，不进行叠加）处理荷载工况集合，无论所包含的荷载工况是永久荷载还是可变荷载。因此，对相同的混合荷载工况集合进行包络组合，midas Civil 与 IDEA StatiCa BIM 的结果将有所不同。下面通过示例加以说明。
示例 3：一个组合中可变荷载工况与永久荷载工况的包络
现在考虑三个荷载工况。荷载工况分配到两个组中。第一组为永久型，包含荷载工况 LC 1。另外两个荷载工况 LC 2 和 LC 3 为可变荷载，分配到第二个荷载工况组，类型为标准型或互斥型。下表再次列出了 BIM 应用程序中这些荷载工况的各线性组合，具体取决于分配给第二组可变荷载工况的类型。
从表中可以清楚地看出，永久荷载工况包含在每个线性（求和）子组合中，包络随后由此评估。这引出了在 midas Civil 中创建组合的规则——不要对同时包含永久荷载工况和可变荷载工况，或仅包含永久荷载工况的荷载工况集合使用包络组合！该规则易于遵守，同样，只要在 midas Civil 中正确准备计算模型，结果将完全一致。
2.5. 同号荷载工况的包络组合
当对内力符号相同的一组可变荷载工况进行包络评估时，midas Civil 与 BIM 应用程序之间存在另一个差异。换言之，在某一特定截面，各荷载工况的内力始终具有相同的符号。当然，符号可能沿结构长度方向发生变化。
例如，考虑同一互斥型组中的三个荷载工况，在给定截面的弯矩值为：{20 kNm、30 kNm、40 kNm}。BIM 应用程序将评估最大弯矩为 40 kNm，最小弯矩为零。这是因为，如前所示，在评估可变荷载的包络组合时，会自动加入一个额外的"空"零组合，代表结构上未施加任何可变荷载的状态。
另一方面，midas Civil 在评估包络组合时严格遵循数学逻辑，将最小值评估为 20 kNm，最大值评估为 40 kNm。换言之，是否考虑结构上不施加任何荷载工况的情况由用户决定，用户可以通过在包络组合中添加一个零（空）荷载工况来轻松实现。这样，IDEA StatiCa BIM 与 midas Civil 中包络组合的结果将完全一致。当然，这种情况较为罕见，因为桥梁分析中大多数可变荷载的包络组合是由各截面内力符号不同的荷载工况构成的（例如 Wind_Y+；Wind_Y-）。在这些情况下，IDEA StatiCa BIM 与 midas Civil 中的包络组合结果相同，无需在 midas Civil 的组合中添加零荷载工况。基于上述分析，适用以下规则：如果 midas Civil 包络组合中各荷载工况的所有内力符号相同，则必须在包络组合中添加一个零荷载工况。
2.6. 由组合和荷载工况构成的线性组合与包络组合
BIM 应用程序采用 midas Civil 的组合规则，因此也必须执行线性组合和包络组合（如前所定义，低一层级），与 midas Civil 相同。与处理荷载工况不同，在处理组合时，线性组合和包络组合的逻辑与 midas Civil 中的叠加型和包络型组合完全相同。这意味着对于由组合派生的包络，BIM 应用程序始终以纯数学方式（最大和最小效应）评估包络，不再区分标准型或互斥型组。
根据第 2.4 节的内容，读者可能会想：如果从 midas Civil 传入的包络组合由混合元素集（即荷载工况和组合）构成，BIM 应用程序将如何评估？下面再次通过示例加以说明。
示例 4：由组合和荷载工况集合构成的包络
考虑三个荷载工况 LC 1、LC 2 和 LC 3，它们属于同一类型，因此在 BIM 应用程序中均位于同一互斥荷载组中。此外，在 midas Civil 中考虑一个叠加型组合 C1。在 midas Civil 中，由集合 {C1; LC1; LC2; LC3} 定义包络组合 C2_env。BIM 应用程序中的包络组合 C2_env 将以纯包络方式评估，即：
- maxC2 = max{C1; LC1; LC2; LC3}
- minC2 = min{C1; LC1; LC2; LC3}
不会发生第 2.4 节所述的元素叠加情况（即包络集合由互斥荷载组和永久荷载工况构成的情形）。
现在分析另一种桥梁分析中常见的永久荷载与包络组合的情况，由于 BIM 应用程序处理包络组合中永久荷载的特殊性，这种情况可能引发疑问。该示例涉及考虑永久荷载的上限值和下限值，例如下限值系数为 1.0，上限值荷载系数大于 1.0（通常为 1.35 或 0.85 × 1.35 = 1.15）。
示例 5：永久荷载上限值与下限值的包络考虑
在 midas Civil 中考虑一个恒载工况、一个温度包络组合 Temp_env 和一个移动荷载包络 MVL。根据设计规范（欧洲规范），需要考虑两种承载能力极限状态荷载组合：
- 1.0×恒载 + 0.9×Temp_env + 1.35×MVL
- 1.35×恒载 + 0.9×Temp_env + 1.35×MVL
有两种正确的组合设置方式，可使 midas Civil 与 IDEA StatiCa BIM 的结果一致。
第一种方案是在 midas Civil 中创建两个独立的叠加型组合，它们将作为线性组合传入 BIM 应用程序，从而避免第 2.4 节所述的问题。
上述方案的缺点是会导致 midas Civil 中承载能力极限状态叠加型组合数量翻倍，一次系数为 1.0，另一次为 1.35。因此，用户通常会为恒载准备一个包络组合。为正确构建包络，使用"辅助"叠加型组合，组合规则如下：
- 叠加型组合 Dead_1.0 – 恒载工况，系数 1.0
- 叠加型组合 Dead_1.35 – 恒载工况，系数 1.35
- 包络组合 Dead_env – 两个元素：{Dead_1.0; Dead_1.35}
对于第 3 个组合，使用由组合构成的包络，因此在 IDEA StatiCa BIM 中将正确评估为最大/最小包络，而不同于由两个永久工况构成包络的情况（后者在 BIM 应用程序的包络组合中会被叠加）。Dead_env 随后在 Midas Civil 的叠加型组合中使用，与第一种方案相比，承载能力极限状态组合数量减少了一半。
3. 施工阶段分析中永久型荷载工况的处理
如上所述，BIM 应用程序处理永久型荷载工况的特殊性在于，即使在包络组合中，它们也始终进行算术求和。如果在 midas Civil 中使用施工阶段分析，处理永久荷载工况时可能出现另一个问题，以下将对此进行说明。
例如，midas Civil 中预应力桥梁的分析分两步进行：
- 施工阶段 – 施工阶段分析，包括预应力和流变效应。
- 后施工阶段（Post CS 或已完成阶段） – 对已完成结构的有限元模型进行可变荷载（温度、风、交通、沉降等）的静力分析。
以下荷载工况为施工阶段分析的结果：
- 恒载
- 架设荷载
- 钢束主效应
- 钢束次效应
- 徐变次效应
- 收缩次效应
例如，永久荷载仅包含在一个荷载工况（恒载）中，该工况代表施工结束时（最终阶段）所有阶段累积永久荷载的总和。另一方面，导入 IDEA StatiCa BIM 后，累积恒载状态将按施工阶段拆分为增量工况——每个阶段的开始和结束各一个。这样做是为了使 BIM 应用程序能够"复现"结构的分阶段计算，并正确设置预应力程序和 IDEA StatiCa RCS 校核的初始截面状态。IDEA StatiCa BIM 中各增量工况的命名规则为：阶段开始（第一步）命名为 DL<阶段名称>[F]，阶段结束（最后一步）命名为 DL<阶段名称>[L]。所有这些工况归入名为"恒载"的荷载工况组，如下图所示。
类似地，其他荷载工况（钢束主效应、钢束次效应等）在 IDEA StatiCa BIM 中也被拆分，并在导入后分配到相应的荷载工况组。所有这些代表施工阶段分析结果的组，均为永久型。BIM 应用程序中的各工况将自动分配到从 midas Civil 导入的组合中。例如，在 midas Civil 组合中使用系数为 1.35 的累积恒载工况时，在 IDEA StatiCa BIM 中，该工况将自动替换为整组增量工况 DL<阶段名称>[F] 和 DL<阶段名称>[L]，系数均为 1.35。
然而，当 PostCS 分析中的荷载工况（可变荷载——温度、风等）在导入 BIM 应用程序后被错误地指定为永久型时，就会出现问题。这种情况最常见于 midas Civil 中 PostCS 荷载工况的类型被错误设置为恒载或用户自定义类型（USER）。IDEA StatiCa BIM 随后将这些永久荷载工况视为施工阶段分析的结果，并尝试在代表分阶段施工各步骤的组合中"查找"它们。由于这些工况并不存在于其中，IDEA StatiCa BIM 无法确定其位置，在进行截面校核时将生成错误信息："该组合不适用于截面设计，因为该组合中包含的永久荷载工况与施工阶段中定义的永久荷载工况不对应。"
通过在 midas Civil 中正确设置各荷载工况的类型，可以轻松避免上述错误。即永久荷载工况（Permanent load case）仅用于施工阶段分析，可变荷载工况（Transient load case）用于 Post CS 分析。这样，导出到 IDEA StatiCa BIM 后，永久型将仅保留给分阶段施工的结果，上述问题将不会出现。
