根据 CBFEM 的焊缝模型
IDEA StatiCa 在其求解器中采用了一种独特的方法——CBFEM（基于组件的有限元模型）。CBFEM 中使用的焊缝模型已根据多种钢结构设计规范进行了描述和验证。承载力和变形能力也与主要试验研究成果进行了对比。
在数值模型中处理焊缝有多种方式。大变形使力学分析更加复杂，可以采用不同的网格描述、不同的动力学和运动学变量以及本构模型。通常，会使用不同类型的二维和三维几何模型，以及适用于不同精度等级的有限单元。最常用的材料模型是基于冯·米塞斯屈服准则的常规率无关塑性模型。设计模型中不考虑焊接引起的残余应力和变形。
荷载通过基于拉格朗日公式的力-变形约束传递至对侧板件。该节点称为多点约束（MPC），将一块板边缘的有限单元节点与另一边缘或表面相关联。有限单元节点并非直接连接。这种方法的优点在于能够连接不同密度的网格。该约束允许对连接板件的中面进行偏移建模，从而反映实际焊缝构造和焊喉厚度。焊缝中的荷载分布由 MPC 推导得出，因此应力在焊喉截面处计算。这对于焊缝下方板件的应力分布以及 T 形件的建模至关重要。
在我们的理论背景文档中，您可以找到关于 CBFEM 方法如何描述和验证焊缝的更多信息。
如果您想进一步了解 CBFEM 的总体情况，完整的通用理论背景无疑是最佳起点。
根据规范和标准的焊缝
根据 AISC 的焊缝
角焊缝根据 AISC 360 第 J2 章进行校核。CJP 坡口焊缝的强度假定与母材相同，不进行校核。正如大多数 IDEA StatiCa 用户已经习惯的那样，校核所需的所有数值均以表格形式输出。
在焊缝构造方面，将对最小和最大焊缝尺寸以及焊缝的足够长度进行校核。最大焊缝尺寸根据 AISC 360-16 – J2 进行校核。最小焊缝尺寸根据表 J2.4 进行校核。 参数的详细说明可参见本文。
为确保您的设计完整且准确，IDEA StatiCa 的计算结果正在根据 AISC 要求进行全面测试和验证：
根据欧洲规范的焊缝
角焊缝根据 EN 1993-1-8 进行校核。在这种情况下，结构工程师关注的是设计承载力和焊缝承载比。
焊缝中的塑性重分布用于自动避免焊缝单元中的应力奇异性，并将应力沿焊缝长度进一步重新分布。
同样重要的是，需注意以下前提：对接焊缝的强度假定与母材相同，不进行校核。
如需进一步了解根据欧洲规范的焊缝校核，我们的理论背景文档同样可以提供帮助。
根据欧洲规范的焊接节点验证：
- 搭接接头中的角焊缝
- 翅板节点中的角焊缝
- 角板节点中的角焊缝
- 焊接门式刚架檐口弯矩节点
根据其他规范的焊缝
大多数用户已经知道，IDEA StatiCa 目前支持根据八种国家规范和标准对钢结构节点进行校核。除上述 AISC 和欧洲规范外，以下是 CBFEM 在其余规范中处理焊缝的方式：
- 根据 AS（澳大利亚）的焊缝校核 + 焊缝构造
- 根据 SP（俄罗斯）的焊缝校核 + 焊缝构造
- 根据 GB（中国）的焊缝校核 + 焊缝构造
- 根据 HKG（香港）的焊缝校核 + 焊缝构造
- 根据 IS（印度）的焊缝校核 + 焊缝构造
BIM 链接中的焊缝传递
在使用 IDEA StatiCa BIM 链接在 CAD 软件中建立钢结构节点模型时，焊缝处理曾存在一些薄弱环节。2020 年 10 月发布的 IDEA StatiCa 20.1 版本带来了多项改进，以简化结构工程师的工作并加快设计流程。
推荐焊缝的导出
有时，在 CAD 软件的建模过程中，部分焊缝可能被遗漏或未能正确导入。针对此类情况，现在提供了添加推荐焊缝的选项。选择此选项后，系统将对可能缺失的焊缝进行检查。此类焊缝随后将与其余构件一同添加并导入。
缺失焊缝检查
为避免节点出现奇异性，将节点传递至 IDEA StatiCa 后，建议检查节点中是否存在缺失焊缝。为此，我们新增了一项实用工具，可自动帮助用户找出节点中未焊接的部分。该功能可识别并列出所有相关板件和板件边缘，并允许添加缺失的焊缝。
您可以通过在场景右侧实体树中的操作上单击鼠标右键来进入此功能。
总结
IDEA StatiCa 中的节点设计包含经过验证的 CBFEM（基于组件的有限元模型）焊缝模型，支持规范校核、真实应力重分布以及不同密度网格板件的连接。每种设计规范均通过一组算例验证了结果的有效性。有限单元模型自动生成，相较于通用有限单元法程序具有显著优势。近期，还新增了多项改进以加快从 CAD 软件导入节点的流程。
焊缝是组装钢结构节点的重要方式，但结构工程师需要一款精确、高效的工具来进行设计和规范校核。这正是在您的项目中使用 IDEA StatiCa 的原因。
如果您希望提升节点设计技能，不妨尝试我们的 IDEA StatiCa Campus 在线培训？