建筑物中的剪力墙，除造型需要部分成弧形外，大部分都是平直的，适合用板壳元模拟。对局部弧形剪力墙，通常用精化的平板单元来近似模拟曲面，在单元足够精化的情况下，计算结果也比较精确[6-9]。该单元的基本特征是其刚度矩阵，平板壳单元的刚度矩阵是平面应力单元与弯曲单元的刚度矩阵的直接叠加。如果直接将普通膜单元与板单元进行线性叠加，则存在着两个问题：一是计算精度较低，可通过构造旋转自由度或添加附加位移形函数的方法来解决；二是一般旋转自由度构造法构造的膜单元，在与板元结合后，用平板壳单元进行某些剪力墙结构的分析时，问题变得难以求解[10,11]。这种 ALLMAN型膜单元在大型有限元软件中得到了广泛的应用[12]，但是在分析中，这种膜单元除了上述两个问题外，还存在多余的零能模式[13]。针对上述问题，本文在 ALLMAN型膜单元的基础上进行了改进，利用 ANSYS提供的 UPFs二次开发功能，实现改进膜单元的 FORTRAN子函数与 ANSYS标准分析模块对接，并以弧形墙单元为例进行测试。检测内容包括特征值检测、片断检测、高阶片断检测、自由度协调检测。分析结果表明，改进后的膜元可以通过小片检验，并与板元结合应用于弧形墙结构分析，具有较高的计算精度。为进一步验证改进后的膜单元在墙梁连接性能分析中的精度，对单肢剪力墙结构进行了数值对比计算。分析结果表明，采用改进后的膜单元计算壁梁连接问题，其精度与其它处理方法相当，但数据准备较为简单，是一种可靠和有效的膜单元。早期构造具有旋转自由度的1 ALLMAN型膜单元时，十分重视膜单元转角自由度的物理意义，通常将计算该单元转角自由度所需的附加位移场设置为三次函数。但是，数值试验已经证明，这种方法所构造的膜单元列式比较复杂，精度较低[14]。对于这一问题，多年来的研究也取得了很大的进展，其中最有代表性的是 ALLMAN提出的旋转自由度的构造方法。利用 ALLMAN提出的新的转角自由度构造方法，可以构造三角单元，而具有旋转自由度的三角单元的精度则介于六节点线性应变三角单元和三节点常应变三角单元之间。此方法成功的关键是合理地确定了边中点位置的节点位移和角节点位移之间的关系，见公式(1)。基于 ALLMAN的工作原理， COOK将转角自由度构造方法从一个三节点三角形扩展为一个任意形状的四节点四边形单元[15]。这种方法的最大优点是比传统的四节点薄膜单元更精确，而且能方便地与四节点板元进行组合，其精度一般也较高。但是这种构造方法将存在一个多余的零能量模式。为此，本文在 ALLMAN膜单元的基础上对其进行了改进。
