Eurocode 规定了锚栓和混凝土基础的若干种破坏模式,并按荷载类型进一步划分。在 IDEA StatiCa Connection 中,我们此前已能校核锚栓,但存在一些限制,部分验算必须手动完成。

同时,此前无法考虑混凝土块中的钢筋。IDEA StatiCa Detail 3D 改变了这一点,带来了更多可能性。IDEA StatiCa Detail 3D 不提供标准中针对素混凝土所定义的那类验算。但通过有限元分析,我们可以验证钢筋混凝土能够承受给定荷载,并且在此情况下,它将防止与这些条件相对应的混凝土破坏。两款软件可独立运行、单独使用;借助 Connection 与 Detail 之间的链接,也可以将 Detail 仅用作补充计算。
下面我们逐条梳理 Eurocode 的条件,以及两款软件所提供的功能。
拉力
Eurocode 将第一类荷载(拉力)划分为锚栓或混凝土块的 6 种可能破坏情形(a、b、c、d、e、f),并为钢筋混凝土基础另增 2 种(g、h)。
下图示意性地展示了哪些破坏类型可以用 Connection 软件校核,以及采用钢筋混凝土后哪些性能可以涵盖,即在 Detail 中进行分析。IDEA StatiCa Connection 采用 Eurocode( EN 1992-4-7.2.1)中的经验公式进行锚栓设计 (CBFEM(基于组件的有限元模型)),而 IDEA StatiCa Detail 则完全基于有限单元法 (3D CSFM(协调应力场法))。因此,部分校核项目在两款软件中有所重叠,但所用方法始终不同。

由软件所采用方法的特性决定,Connection 中只能考虑素混凝土,而 Detail 中只能考虑钢筋混凝土基础。

IDEA StatiCa Detail 3D 分析的主要假定和限制,请参见文章 已知限制。
a) 钢材破坏
两款软件均可单独验算受拉锚栓的钢材破坏。Connection 按下列公式校核锚栓的抗拉承载力:

在 Detail 中,锚栓按项目设置中所选的 Eurocode(1992-4 或 1993-1-8)进行校核。此行为自 25.1.1 版本起适用。

在较早版本中,锚栓按普通钢筋进行校核,依据为各材料定义的应力-应变曲线,极限应变最大取 5%(根据拉力刚化效应计算,详见理论背景)
b) 混凝土锥体破坏
混凝土锥体破坏可在 Connection 中验算。但在 Connection 中,软件只能考虑素混凝土。

因此,当混凝土锥体发生破坏时,宜转入 IDEA StatiCa Detail,对整个钢筋混凝土块进行分析。分析中偏保守地忽略混凝土的抗拉强度,这意味着锥体破坏的承载力在很大程度上取决于所配置的钢筋数量。下图可见主应力方向,其指示了上述锥体的形状。右侧显示混凝土应力值,并与极限值进行对比校核。

c) 拔出破坏
该规范校核在 Connection 中仅适用于特定情形(见本文第一张图)。对于后锚固机械锚栓,还需要进行补充验算。

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。随后将基于这些参数对锚栓进行校核。(仅适用于钢筋混凝土。)

d) 粘结紧固件的拔出与混凝土组合破坏
这种破坏只能在 Detail 中检测,其中采用 3D CSFM 校核混凝土应力和锚固区域。Detail 中的拔出与混凝土组合破坏机制基于上述原理,其校核属于混凝土强度和锚固校核的一部分。(仅适用于钢筋混凝土。)
e) 混凝土劈裂破坏
无法在 Connection 中校核。对于 Detail,劈裂破坏通常是素混凝土的问题,配置钢筋可防止其发生。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) 混凝土侧向崩裂破坏
对于素混凝土,可在 Connection 中按 Eurocode 进行经验性的规范校核。

对于钢筋混凝土结构构件,可使用 Detail。混凝土侧向崩裂破坏包含在混凝土强度分析中,其中拉应力仅由钢筋承担(如上文多次所述)。
钢筋混凝土块的附加校核:
对于钢筋混凝土基础,需要进行附加的钢筋验算。钢筋的钢材破坏和钢筋的锚固破坏属于 Detail 中钢筋验算的一部分。
g) 钢筋的钢材破坏
h) 钢筋的锚固破坏
剪力荷载
Eurocode 将第二类荷载(剪力)划分为锚栓或混凝土块的 4 种可能破坏情形(a、b、c、d),并为钢筋混凝土基础另增 2 种(e、f)。

下图示意性地展示了哪些破坏类型可以用 Connection 软件校核,以及采用钢筋混凝土后哪些性能可以涵盖,即在 Detail 中进行分析。 IDEA StatiCa Connection 采用 Eurocode( EN 1992-4-7.2.2)中的经验公式进行锚栓设计 (CBFEM(基于组件的有限元模型))。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,仅校核基础和锚栓。其他钢构件(如抗剪键、焊缝)需在 Connection 或其他软件中校核。同样必须强调,仅要求为钢筋混凝土。
a) 无杠杆臂的钢材破坏
Connection 可验算受剪锚栓无杠杆臂的钢材破坏。IDEA StatiCa Connection 按下列公式校核锚栓的抗剪承载力:

在 Detail 中,锚栓同样按项目设置中所选的 Eurocode(1992-4 或 1993-1-8)进行校核。此行为自 25.1.1 版本起适用。 较早版本的 Detail 无法进行该验算。
b) 有杠杆臂的钢材破坏
Connection 和 Detail 均可验算受剪锚栓有杠杆臂的钢材破坏。IDEA StatiCa Connection 按下列公式校核锚栓的抗剪承载力:

在 Detail 中,锚栓按项目设置中所选的 Eurocode 进行校核。校核中所用的相关公式可参见理论背景。
c) 混凝土撬出破坏
受剪锚栓的混凝土撬出破坏仅在 Connection 中验算。IDEA StatiCa Connection 按下列公式校核锚栓的抗剪承载力:

随后在 Detail 软件中校核混凝土通过底板传递的抗剪承载力。
d) 混凝土边缘破坏
受剪锚栓的混凝土边缘破坏在 Connection 中仅针对素混凝土进行验算。IDEA StatiCa Connection 按下列公式校核锚栓的抗剪承载力:

混凝土边缘破坏可在 Detail 中校核(仅适用于钢筋混凝土)。
钢筋混凝土块的附加校核:
对于钢筋混凝土基础,需要进行附加的钢筋验算。钢筋的钢材破坏和锚固破坏属于 IDEA StatiCa Detail 中钢筋验算的一部分。
e) 附加钢筋的钢材破坏
f) 附加钢筋的锚固破坏
结论
其最显著的优势体现在靠近边缘的锚固等情形中,即素混凝土无法满足所需荷载的情况。需要注意的是,锚栓和抗剪键仍需在 Connection 中进一步校核,但这两款软件结合使用,可提供完整的解决方案。
由于方法及软件的设计方式所限,Detail 软件仅适用于钢筋混凝土基础。




