问题包括：
- 焊缝中的塑性分布是否被允许，且符合规范要求？
- IDEA 中焊缝的建模方式是否会导致承载力偏高？
- IDEA 如何处理 EN 1993-1-8 第 4.9 条的要求——即不应依赖焊缝的延性？
- IDEA 如何处理焊缝应具有足够强度、在相邻母材发生整体屈服之前不发生断裂的要求？
本文将对上述问题逐一作出解答。
焊缝的实际行为
首先了解焊缝的真实行为将有所帮助。然而，角焊缝在各种荷载组合下的真实应力分布或应变分布难以精确确定。此外，焊缝附近母材及焊缝本身的材料性能也不能视为均匀一致。因此，为深入了解焊缝的破坏行为，全球范围内已开展了大量试验研究。
以下面这个沿纵向受力的搭接节点为例。与沿纵向受力的螺栓节点类似，应力分布不会均匀。尽管如此，定性上仍可判断应力分布的规律：最大应力出现在端部。
图 1 - 搭接节点中剪应力的非均匀分布
当荷载进一步增大时，焊缝表现出一定的变形能力，局部屈服可能发生（图 2）。
图 2 - 搭接节点中发生局部屈服时剪应力的非均匀分布
欧洲规范方法
不同的焊缝构造和荷载组合可能导致不同的应力分布。欧洲规范的设计计算规则以半经验方法为基础。与其在微观尺度上检验破坏机制，不如在宏观尺度上对整体焊缝进行校核。基于塑性理论假定了一种简化破坏模型，通过与试验结果反算，确定了破坏准则（焊缝公式）。
EN 1993-1-8 第 4.5.3 条规定了确定角焊缝设计承载力的两种方法：方向法和简化法。简化法是方向法的简化形式。在方向法中，单位长度焊缝所传递的力被分解为平行于焊缝纵轴的分量、垂直于焊缝纵轴的分量，以及垂直于焊喉平面的法向分量和切向分量。当以下两个方程同时满足时，焊缝的设计承载力即为足够：
其中：
| σ⊥ | 垂直于焊喉的法向应力 |
| τ⊥ | 垂直于焊缝轴线的剪应力 |
| τ || | 平行于焊缝轴线的剪应力 |
| fu | 被连接较弱部分的名义极限抗拉强度 |
| βw | 取决于母材抗拉强度的相关系数 |
| γM2 | 螺栓和焊缝的分项安全系数 = 1.25 |
在静力荷载结构的焊缝计算中，允许假定沿焊缝厚度和长度方向的应力均匀分布。但这里也隐含地假定塑性应变可以发生，以实现应力重分布。所需的变形能力随焊缝长度的增加而增大。然而，极限应变仍被认为是有限的，因此在某些情况下需要考虑有效宽度 beff，例如横向板（或梁翼缘）焊接到 I 形截面支承构件未加劲翼缘的节点（图 3）。
图 3 - 未加劲 T 形节点的有效宽度
CBFEM（基于组件的有限元模型）方法
相比之下，IDEA StatiCa 所采用的 CBFEM（基于组件的有限元模型）方法中，焊缝由多个相邻的较小单元组成，焊缝的厚度、位置和方向均被考虑在内。各单元的应力和应变可以相互不同。因此，模型中自动形成非均匀应力分布，这比规范中理想化的均匀应力分布更为真实（图 4）。
图 4 - IDEA 中焊接梁柱节点的板件和焊缝应力
然而，IDEA 所采用的材料模型的目标并非完美还原现实。残余应力和焊缝收缩均被忽略。材料模型及其塑性极限应变值的选取，旨在使 IDEA 模型中焊缝的总承载力与规范计算结果吻合良好。为此，IDEA StatiCa 进行了大量验证。在 CBFEM 专著（由布拉格捷克技术大学 Frantisek Wald 教授等人撰写）及后续研究中，对 IDEA 计算与规范计算或试验加载焊缝的结果进行了大量对比（见图 5）。我们网站上可以找到许多关于此主题的验证文档——支持中心验证
图 5 - Kleiner（2018）试验的剪应力-变形曲线与 CBFEM（基于组件的有限元模型）结果对比
结果表明，所采用的应变限值使焊缝的总承载力偏于安全，且与相关规范计算结果吻合良好。这正是 IDEA 模型中焊缝塑性重分布被认为可接受的原因。若焊缝中不存在塑性，则永远无法接近按规范手算所得的承载力。
EN 1993-1-8 第 4.9 条的附加要求
EN 1993-1-8 第 4.9(4)-(6) 条进一步规定了节点焊缝的附加要求。这些规则背后的理念是：应防止节点在无充分预警的情况下发生破坏。即使能够证明焊缝中可以发生塑性应变，且焊缝原则上具有足够的强度来抵抗由一般（静力）计算确定的作用力，仍可能存在实际作用力超出预期、导致整个节点在无充分预警的情况下破坏的情形。这是因为焊缝的总伸长量在绝对意义上仍可能很小。充分的预警效果可通过以下方式实现：设计节点时使被连接板件在焊缝断裂之前先发生屈服。这可通过规定最小焊缝厚度与板件厚度之比来实现。因此，IDEA StatiCa 包含构造校核，以验证模型中的焊缝对于给定板件厚度是否具有足够的焊缝厚度。
IDEA 所实施的具体规则基于即将发布的新版欧洲规范概念版（FprEN 1993-1-8:2023(E)）第 6.9(4) 条，该条规定：为满足足够的延性，焊缝的设计承载力至少应等于：
- 1.1 fy/fu 乘以最弱被连接板件的设计承载力
- 但不需要超过最弱被连接板件的设计承载力
以下面的标准 T 形节点为例（图 6）：
图 6 - 作用于被连接板件的法向力等于板件屈服力的 T 形节点
其中 Fs,d 的大小取为 Fs,d = fy,plate ∙ t ∙ l，由此推导出 IDEA 中双面角焊缝构造校核所用的以下公式：
其中：
| a | 焊缝厚度 |
| t | 被连接板件厚度 |
| fy,plate | 被连接板件的屈服强度 |
| fu,plate | 被连接板件的抗拉强度 |
| fu,weld | 焊缝的抗拉强度 |
| βw | 取决于母材抗拉强度的相关系数 |
| γM2 | 螺栓和焊缝的分项安全系数 = 1.25 |
| γM0 | 板件承载力分项安全系数 = 1.0 |
对于以下标准钢材等级，可得到以下最小焊缝厚度与板件厚度之比（表 1）。
表 1 - 满足延性要求的最小焊缝厚度
| 钢材等级 | 1.1 ∙ fy,plate/fu,plate | 最小焊缝厚度 |
| S235 | 0.72 | a ≥ 0.33 ∙ t |
| S275 | 0.70 | a ≥ 0.34 ∙ t |
| S355 | 0.80 | a ≥ 0.46 ∙ t |
对于单面角焊缝，推导所得值须乘以 2。当所采用的焊缝厚度不满足最小值时，IDEA 用户将收到警告（图 7）。当焊缝焊喉厚度小于 3.0 mm 时，用户还将收到错误提示，因为这不符合 EN 1993-1-8 第 4.5.2(2) 条的规定。
图 7 - IDEA 中焊缝厚度过小时的警告提示
尽管如此，在某些情况下，可以论证无需满足延性要求的最小焊缝厚度规定。例如，主要传递压力的柱底板节点焊缝，或者能够证明整体结构中存在其他部分无论如何都会以充分预警的方式发生破坏。程序应始终被视为一种工具，最终设计决策应由工程师运用其专业判断作出。