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，可通過構造旋轉自由度或添加附加位移形函數(shù)的方法來解決；二是一般旋轉自由度構造法構造的膜單元，在與板元結合后，用平板殼單元進行某些剪力墻結構的分析時，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型膜單元的基礎上進行了改進，利用 ANSYS提供的 UPFs二次開發(fā)功能，實現(xiàn)改進膜單元的 FORTRAN子函數(shù)與 ANSYS標準分析模塊對接，并以弧形墻單元為例進行測試。檢測內容包括特征值檢測、片斷檢測、高階片斷檢測、自由度協(xié)調檢測。分析結果表明，改進后的膜元可以通過小片檢驗，并與板元結合應用于弧形墻結構分析，具有較高的計算精度。為進一步驗證改進后的膜單元在墻梁連接性能分析中的精度，對單肢剪力墻結構進行了數(shù)值對比計算。分析結果表明，采用改進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，但數(shù)據(jù)準備較為簡單，是一種可靠和有效的膜單元。早期構造具有旋轉自由度的1 ALLMAN型膜單元時，十分重視膜單元轉角自由度的物理意義，通常將計算該單元轉角自由度所需的附加位移場設置為三次函數(shù)。但是，數(shù)值試驗已經(jīng)證明，這種方法所構造的膜單元列式比較復雜，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展，其中最有代表性的是 ALLMAN提出的旋轉自由度的構造方法。利用 ALLMAN提出的新的轉角自由度構造方法，可以構造三角單元，而具有旋轉自由度的三角單元的精度則介于六節(jié)點線性應變三角單元和三節(jié)點常應變三角單元之間。此方法成功的關鍵是合理地確定了邊中點位置的節(jié)點位移和角節(jié)點位移之間的關系，見公式(1)?；?ALLMAN的工作原理， COOK將轉角自由度構造方法從一個三節(jié)點三角形擴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)點板元進行組合，其精度一般也較高。但是這種構造方法將存在一個多余的零能量模式。為此，本文在 ALLMAN膜單元的基礎上對其進行了改進。