钢结构节点屈曲分析

屈曲通常不是节点中的重要问题。但应验证不存在屈曲问题，且仅采用几何线性分析的强度分析结果是正确的。

IDEA StatiCa Connection 可对节点模型进行线性屈曲分析。分析结果以屈曲模态的形式呈现。对每个屈曲模态，均计算完美模型发生屈曲时的临界荷载。临界荷载以作用于节点荷载的倍数表示。用户可根据屈曲模态和临界荷载倍数确定安全的屈曲设计。

部分规范，例如欧洲规范（EN 1993-1-1，第 5.2.1 条），建议结构杆件模型的临界荷载倍数大于 15。若临界荷载倍数大于 15，规范不要求对构件进行屈曲校核。

对于节点，情况有所不同，规范未提供具体建议。局部屈曲的设计须采用其他方式处理。一般而言，局部屈曲可分为三类：

1. 连接各构件的板件
2. 节点中的加劲板——加劲板、肋板、短加腋
3. 闭口截面和薄壁截面

第 1 类板件的屈曲影响整个构件的屈曲形态。因此，建议对这些板件采用与相应构件相同的规则，即考虑安全临界荷载倍数不低于 15。工程师应验证节点的实际构造与用于整体结构屈曲分析的模型边界条件相符。

第 2 类板件影响节点的局部屈曲。对于此类板件，临界荷载倍数 15 的安全界限偏于保守，但规范中缺乏具体指导。相关指导由 研究论文 提供，建议安全临界荷载倍数界限取 3。

第 3 类板件和构件的屈曲问题较为复杂，需对每种具体情况进行单独评估。

对于临界荷载倍数小于建议值（第 1 类取 15，第 2 类取 3）的板件，不能采用塑性设计。在此情况下，需采用其他方法进行节点设计：

• 按相关设计规范进行规范校核，例如欧洲规范或 AISC Specification 或 Design Manual
• EN 1993-1-5 附录 B 中的通用方法——非均匀构件，利用 MNA 和 LBA 的结果确定细长板件的屈曲承载力
• 在 IDEA StatiCa Member 软件中进行含初始缺陷的几何和材料非线性分析

IDEA StatiCa Connection 中线性屈曲分析的结果并非最终校核结论。规范未提供充分的指导，评估需依赖工程判断，而 IDEA StatiCa 提供了标准设计软件所不具备的独特工具。

节点板作为桁架的延伸——第 1 类板件示例，当临界屈曲系数大于 15 时可忽略屈曲

第 2 类板件屈曲形态示例，当临界屈曲系数大于 3 时可忽略屈曲

用于屈曲分析的模型所采用的支撑条件与用户在应力-应变分析类型（EPS）中设置的不同。承重构件保持完全支撑。分析类型设置为 N-Vy-Vz-Mx-My-Mz 的梁模型类型（在应力-应变分析类型中可自由移动）在屈曲分析中为完全支撑。其他所有梁分析类型均约束弯矩和轴力，但允许侧向自由移动。

• 模型类型 N-Vy-Vz-Mx-My-Mz：屈曲模型中的支撑：N-Vy-Vz-Mx-My-Mz
• 模型类型 N-Vy-Vz：屈曲模型中的支撑：N-Mx-My-Mz
• 模型类型 N-Vz-My：屈曲模型中的支撑：N-Mx-My-Mz
• 模型类型 N-Vy-Mz：屈曲模型中的支撑：N-Mx-My-Mz

假定在刚性节点情况下，用户设置弯矩，短梁段的屈曲不具相关性。另一方面，在铰接节点情况下，用户仅设置轴力和剪力而不设置弯矩，但铰接构件的屈曲具有相关性，因此对屈曲系数有贡献。见下图。"Model"表示应力-应变分析类型中的模型，"Buckling"表示屈曲分析中的模型。