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。對局部弧形剪力墻，通常用精化的平板單元來近似模擬曲面，在單元足夠精化的情況下，計算結(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，則存在著兩個問題：一是計算精度較低，可通過構(gòu)造旋轉(zhuǎn)自由度或添加附加位移形函數(shù)的方法來解決；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，問題變得難以求解[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問題外，還存在多余的零能模式[13]。針對上述問題，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)分析模塊對接，并以弧形墻單元為例進(jìn)行測試。檢測內(nèi)容包括特征值檢測、片斷檢測、高階片斷檢測、自由度協(xié)調(diào)檢測。分析結(jié)果表明，改進(jìn)后的膜元可以通過小片檢驗，并與板元結(jié)合應(yīng)用于弧形墻結(jié)構(gòu)分析，具有較高的計算精度。為進(jìn)一步驗證改進(jìn)后的膜單元在墻梁連接性能分析中的精度，對單肢剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值對比計算。分析結(jié)果表明，采用改進(jìn)后的膜單元計算壁梁連接問題，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，十分重視膜單元轉(zhuǎn)角自由度的物理意義，通常將計算該單元轉(zhuǎn)角自由度所需的附加位移場設(shè)置為三次函數(shù)。但是，數(shù)值試驗已經(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]。對于這一問題，多年來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)點線性應(yīng)變?nèi)菃卧腿?jié)點常應(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位置的節(jié)點位移和角節(jié)點位移之間的關(guān)系，見公式(1)?；?ALLMAN的工作原理， COOK將轉(zhuǎn)角自由度構(gòu)造方法從一個三節(jié)點三角形擴(kuò)展為一個任意形狀的四節(jié)點四邊形單元[15]。這種方法的最大優(yōu)點是比傳統(tǒng)的四節(jié)點薄膜單元更精確，而且能方便地與四節(jié)點板元進(jìn)行組合，其精度一般也較高。但是這種構(gòu)造方法將存在一個多余的零能量模式。為此，本文在 ALLMAN膜單元的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行了改進(jìn)。