简介
IDEA StatiCa Member 处理从整体三维有限元分析模型中"截取"的结构区段。因此，程序将边界条件的定义交由工程师自行判断。
在 IDEA StatiCa Member 中，您可以在相关构件端部定义边界条件。软件提供以下输入选项：
a) 支座 – 支座定义应与整体三维有限元模型保持一致
b) 相关构件端部力 – 对应标准三维有限元程序计算所得的内力
不能仅输入相关构件端部力而不设置支座。程序采用更精细的模型（例如，考虑构件的局部偏心和实际长度），因此 GMNIA 分析中施加的初始缺陷可能导致平衡条件无法满足，进而可能形成机构。
建议根据结构工程师的判断设置合理的支座。
c) 支座 + 相关构件端部力 – 根据结构工程师判断设置最低限度的合理支座 + 叠加整体三维有限元程序计算所得的内力。
整体模型中的内力
从整体模型中截取一段结构区段。截取位置完全由用户自行判断确定。模型应具有对称性，本算例即体现了这一点。
图 01 主梁弯矩和剪力
图 02 主梁整体变形
图 03 主梁正应力
边界条件对 IDEA StatiCa Member 的影响
边界条件对结构行为具有重大影响。用户在 IDEA StatiCa Member 中建立结构区段模型时，应充分考虑结构的整体行为。
边界条件应根据整体模型的行为来选取。平动或转动均不应受到额外约束，以免产生附加应力。忽视这些规则将对三种可用分析类型的结果产生重大影响：材料非线性分析（MNA）、线性屈曲分析（LBA）以及考虑初始缺陷的几何与材料双重非线性分析（GMNIA）。
以下要点列出了重要规则：
- 若在相关构件端部施加内力（N、V、M），则导出后模型处于平衡状态。
- 边界条件用于约束 MNA、LBA 和 GMNIA 分析后产生的附加反力。
- 若无边界条件，模型无法进行计算。
图 04 相关构件端部内力
算例 1：正确的边界条件及相关构件端部内力
本模型采用与整体模型对应的边界条件，即铰支座（图 05）。通过在相关构件端部施加内力，所得内力图与整体模型一致（图 06）。
图 05 铰支座及相关构件端部内力
图 06 Member 软件中的弯矩图
等效应力和变形结果表明，边界条件和内力图（图 06）与结构整体模型（图 03）吻合。由于采用板壳模型并考虑了横隔板与主梁之间节点的实际刚度，等效应力结果略高于整体有限元线性分析结果（图 03）。
图 07 材料非线性分析所得等效应力
线性屈曲分析（LBA）结果显示，第一阶临界荷载系数为 2.66，对应屈曲模态为横隔板屈曲（图 08）。第二阶临界荷载系数与第一阶接近，为 3.14（图 09），对应模态为主梁腹板局部屈曲。屈曲模态和临界荷载系数受节点刚度、主梁刚度及边界条件的共同影响。
图 08 第一阶屈曲模态
图 09 第二阶屈曲模态
算例 2： 错误的边界条件及相关构件端部内力
若相关构件端部的边界条件设置不正确（图 10），所得内力将与正确结果完全不同（图 11）。这已表明边界条件选取有误，截取的结构区段行为与整体模型（图 01）存在差异。
图 10 刚性边界条件及相关构件端部内力
所得内力和应力与整体模型完全不同。边界条件对横隔板内力也产生了一定影响（图 11 与图 06 对比）。由于平动和转动（Rx）受到约束，内力重分布情况与图 06 不同。
图 11 Member 软件中的弯矩图
图 12 材料非线性分析所得等效应力
第一阶屈曲模态的临界荷载系数为 2.70（图 13），略高于算例 1（图 08），这是由模型中不同边界条件所致。该模态表现为横隔板屈曲，可以看出，其应力和内力与图 06 大致相同，因此第一阶屈曲模态形状相似，临界荷载系数也接近。边界条件对区段模型中与相关构件间接相连部分的影响较小。相比之下，第二阶屈曲模态（图 14）与图 09 完全不同，临界荷载系数为 6.23，屈曲发生在横隔板上翼缘。
仅从 LBA 结果来看，模型似乎是正确的。然而，整体结构的实际行为与此完全不同，因此采用此类边界条件的方法不可取。
图 13 第一阶屈曲模态
图 14 第二阶屈曲模态
算例 3： 正确的边界条件但相关构件端部无内力
图 15 铰支座及相关构件端部无内力
正确的边界条件（与整体模型一致）但相关构件端部未施加任何内力（图 15），将导致弯矩呈三角形分布（图 16）。从内力图可以明显看出，该行为与整体模型不符。图 16 中横隔板内力呈现出一个有趣的现象——其内力与第一个模型（图 06）完全相同。由此可以得出结论：若边界条件定义正确，即使相关构件端部未施加任何内力，对间接相连构件的 MNA 分析仍可正确执行。
图 16 Member 软件中的弯矩图
图 17 材料非线性分析所得等效应力
第一阶屈曲模态与第一个模型（图 08）一致，因此可以认为 GMNIA 分析将正确执行。第二阶屈曲模态与第二个模型（图 14）相似，原因在于相关构件端部缺少内力输入。
图 18 第一阶屈曲模态
图 19 第二阶屈曲模态
结论
- 整体模型、结构区段的变形及其内力和应力是确定正确边界条件的关键依据。
- 边界条件影响相关构件的受力行为。
- 即使相关构件端部未施加内力，只要边界条件定义合理，MNA、LBA 和 GMNIA 分析仍可正确执行。
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