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,我们此前已能对锚栓进行评估,但存在一定局限性,部分评估需手动完成。

与此同时,混凝土块的钢筋无法纳入计算。随着 IDEA StatiCa Detail 3D 的推出,这一情况正在改变,它提供了更多可能性。IDEA StatiCa Detail 3D 并不提供我们在针对素混凝土定义的规范中所习惯的评估方式。然而,通过有限元分析,我们可以验证钢筋混凝土能否满足指定荷载,并在此过程中防止混凝土发生与上述条件相对应的破坏。两个软件相互独立,可单独使用,但借助 Connection 与 Detail 之间的链接,也可仅将 Detail 用作补充计算。
现在,让我们逐一梳理欧洲规范的各项条件以及各软件所提供的可能性。
拉力
欧洲规范将第一类荷载(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哪种破坏类型可通过 Connection 软件进行评估,以及使用钢筋混凝土(即在 Detail 中进行分析)可覆盖哪些行为。IDEA StatiCa Connection 采用欧洲规范(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,两个软件在某些评估选项上存在重叠,但始终采用不同的方法。

由于软件中所实现方法的本质,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 分析的主要假设和局限性在文章 已知局限性 中有所说明。
a) 钢材破坏
仅受拉力锚栓的钢材破坏在两个软件中均可验证。Connection 中按以下公式校核锚栓抗拉承载力:

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

在旧版本中,锚栓像普通钢筋一样进行校核,基于各材料定义的应力-应变图,同时使用最大 5% 的极限应变值(基于拉力刚化效应计算,详见 理论背景)
b) 混凝土锥体破坏
混凝土锥体破坏可在 Connection 中验证。但在 Connection 中,软件只能考虑素混凝土。

因此,若混凝土锥体发生破坏,应进一步使用 IDEA StatiCa Detail,该软件可对整个配筋块体进行分析。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由指定的钢筋用量决定。在下图中,可以看到主应力方向,其指示了上述锥体的形状。右侧部分显示了混凝土应力值,并与限值进行了比较。

c) 拔出破坏
此规范校核仅在 Connection 中适用于特定情况(见本文第一张图)。后锚固机械锚栓需进行额外评估。

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

d) 粘结紧固件的组合拔出与混凝土破坏
此破坏模式只能在 Detail 中检测,其中使用 3D CSFM(协调应力场法)对混凝土应力和锚固区域进行评估。组合拔出与混凝土破坏机制在 Detail 中基于上述原则,其评估是混凝土强度和锚固校核的一部分。(仅适用于钢筋混凝土。)
e) 混凝土劈裂破坏
在 Connection 中无法进行评估。对于 Detail,劈裂破坏通常是素混凝土的问题,使用钢筋可防止其发生。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) 混凝土侧向爆裂破坏
对于素混凝土,可在 Connection 中按欧洲规范进行经验性规范校核。

对于配筋结构构件,可使用 Detail。混凝土侧向爆裂破坏在混凝土强度分析中予以涵盖,其中拉应力仅由钢筋承担(如上文多次提及)。
钢筋混凝土块的附加校核:
对于配筋基础,需进行额外的钢筋评估。钢筋的钢材破坏和钢筋的锚固破坏均属于 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
欧洲规范将第二类荷载(剪力)划分为锚栓或混凝土块的 4 种可能破坏情况(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哪种破坏类型可通过 Connection 软件进行评估,以及使用钢筋混凝土(即在 Detail 中进行分析)可覆盖哪些行为。IDEA StatiCa Connection 采用欧洲规范(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))。Connection 软件可涵盖由剪力引起的所有破坏类型。

在 IDEA StatiCa Detail 3D 中,剪力可通过摩擦、锚栓或抗剪键传递。需要指出的是,仅对基础进行评估,其他钢构件(如抗剪键、焊缝)需在 Connection 或其他软件中进行校核。同样需要强调的是,仅适用于钢筋混凝土。
a) 无杠杆臂的钢材破坏
受剪锚栓无杠杆臂的钢材破坏在 Connection 中进行验证。IDEA StatiCa Connection 中按以下公式校核锚栓抗剪承载力:

在 Detail 中,锚栓同样按项目设置中所选的欧洲规范(1992-4 或 1993-1-8)进行校核。此行为从版本 25.1.1 开始适用。 旧版本中 Detail 不支持此评估。
b) 有杠杆臂的钢材破坏
受剪锚栓有杠杆臂的钢材破坏仅在 Connection 中进行验证。IDEA StatiCa Connection 中按以下公式校核锚栓抗剪承载力:

Detail 中无法进行此评估。
c) 混凝土撬出破坏
受剪锚栓的混凝土撬出破坏仅在 Connection 中进行验证。IDEA StatiCa Connection 中按以下公式校核锚栓抗剪承载力:

混凝土通过底板的抗剪承载力随后在 Detail 软件中进行评估。
d) 混凝土边缘破坏
受剪锚栓的混凝土边缘破坏仅在 Connection 中针对素混凝土进行验证。IDEA StatiCa Connection 中按以下公式校核锚栓抗剪承载力:

混凝土边缘破坏可在 Detail 中进行校核(仅适用于钢筋混凝土)。
钢筋混凝土块的附加校核:
对于配筋基础,需进行额外的钢筋评估。附加钢筋的钢材破坏和锚固破坏均属于 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
最显著的优势体现在靠近边缘的锚固以及素混凝土无法满足所需荷载的其他情况中。需要注意的是,锚栓和抗剪键仍需在 Connection 中进行进一步评估,但两款软件结合使用,可提供全面的解决方案。
由于方法和软件设计方式的原因,Detail 软件仅适用于配筋基础。
