建筑物中的剪力墻，除造型需要部分成弧形外，大部分都是平直的，適合用板殼元模擬。對(duì)局部弧形剪力墻，通常用精化的平板單元來(lái)近似模擬曲面，在單元足夠精化的情況下，計(jì)算結(jié)果也比較精確[6-9]。該單元的基本特征是其剛度矩陣，平板殼單元的剛度矩陣是平面應(yīng)力單元與彎曲單元的剛度矩陣的直接疊加。如果直接將普通膜單元與板單元進(jìn)行線性疊加，則存在著兩個(gè)問(wèn)題：一是計(jì)算精度較低，可通過(guò)構(gòu)造旋轉(zhuǎn)自由度或添加附加位移形函數(shù)的方法來(lái)解決；二是一般旋轉(zhuǎn)自由度構(gòu)造法構(gòu)造的膜單元，在與板元結(jié)合后，用平板殼單元進(jìn)行某些剪力墻結(jié)構(gòu)的分析時(shí)，問(wèn)題變得難以求解[10,11]。這種 ALLMAN型膜單元在大型有限元軟件中得到了廣泛的應(yīng)用[12]，但是在分析中，這種膜單元除了上述兩個(gè)問(wèn)題外，還存在多余的零能模式[13]。針對(duì)上述問(wèn)題，本文在 ALLMAN型膜單元的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，利用 ANSYS提供的 UPFs二次開發(fā)功能，實(shí)現(xiàn)改進(jìn)膜單元的 FORTRAN子函數(shù)與 ANSYS標(biāo)準(zhǔn)分析模塊對(duì)接，并以弧形墻單元為例進(jìn)行測(cè)試。檢測(cè)內(nèi)容包括特征值檢測(cè)、片斷檢測(cè)、高階片斷檢測(cè)、自由度協(xié)調(diào)檢測(cè)。分析結(jié)果表明，改進(jìn)后的膜元可以通過(guò)小片檢驗(yàn)，并與板元結(jié)合應(yīng)用于弧形墻結(jié)構(gòu)分析，具有較高的計(jì)算精度。為進(jìn)一步驗(yàn)證改進(jìn)后的膜單元在墻梁連接性能分析中的精度，對(duì)單肢剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值對(duì)比計(jì)算。分析結(jié)果表明，采用改進(jìn)后的膜單元計(jì)算壁梁連接問(wèn)題，其精度與其它處理方法相當(dāng)，但數(shù)據(jù)準(zhǔn)備較為簡(jiǎn)單，是一種可靠和有效的膜單元。早期構(gòu)造具有旋轉(zhuǎn)自由度的1 ALLMAN型膜單元時(shí)，十分重視膜單元轉(zhuǎn)角自由度的物理意義，通常將計(jì)算該單元轉(zhuǎn)角自由度所需的附加位移場(chǎng)設(shè)置為三次函數(shù)。但是，數(shù)值試驗(yàn)已經(jīng)證明，這種方法所構(gòu)造的膜單元列式比較復(fù)雜，精度較低[14]。對(duì)于這一問(wèn)題，多年來(lái)的研究也取得了很大的進(jìn)展，其中最有代表性的是 ALLMAN提出的旋轉(zhuǎn)自由度的構(gòu)造方法。利用 ALLMAN提出的新的轉(zhuǎn)角自由度構(gòu)造方法，可以構(gòu)造三角單元，而具有旋轉(zhuǎn)自由度的三角單元的精度則介于六節(jié)點(diǎn)線性應(yīng)變?nèi)菃卧腿?jié)點(diǎn)常應(yīng)變?nèi)菃卧g。此方法成功的關(guān)鍵是合理地確定了邊中點(diǎn)位置的節(jié)點(diǎn)位移和角節(jié)點(diǎn)位移之間的關(guān)系，見公式(1)?；?ALLMAN的工作原理， COOK將轉(zhuǎn)角自由度構(gòu)造方法從一個(gè)三節(jié)點(diǎn)三角形擴(kuò)展為一個(gè)任意形狀的四節(jié)點(diǎn)四邊形單元[15]。這種方法的最大優(yōu)點(diǎn)是比傳統(tǒng)的四節(jié)點(diǎn)薄膜單元更精確，而且能方便地與四節(jié)點(diǎn)板元進(jìn)行組合，其精度一般也較高。但是這種構(gòu)造方法將存在一個(gè)多余的零能量模式。為此，本文在 ALLMAN膜單元的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)。