板單元,殼單元,膜單元以及面單元的區別與聯系 附膜單元與殼單元的區別下載

1. 板單元Plate和殼單元Shell

這兩者在STAAD中表示相同的事情,即3節點(三角形)或4節點(四邊形)單元,均需要指定厚度才能讓單元帶有結構屬性。區別在于,圖形界面上是用Plate表達,而文本命令里是Shell來表達。

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在STAAD中,板單元有兩個結構屬性:薄膜(面內)效應和彎曲(面外)效應。彎曲效應可以通過聲明為平面應力單元來關閉,這樣板單元就退化成膜單元了。而面內效應是無法關閉的。

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2. 板單元Plate和面單元Surface

在STAAD V8i里有一種特殊的單元叫做Surface,我們中文可以稱之為面單元,新版的STAAD CE已經放棄了這種單元,其在V8i版本里的主要作用是用來算剪力墻內力和配筋的。

因此,如果要對包含墻、板或者面板類構件的結構建模,在STAAD中有兩種選擇:

方案a: 使用由多個板單元Plate組成的集合為面板建模,這里稱之為有限元網格。也就是上述三角形單元和/或四邊形單元的組合。

方案b: 將其作為一個單獨的物理對象建模,這里稱之為面Surface,或者面單元。

方案a 通過使用STAAD中的網格生成工具來實現。

在方案b 中,面單元在分析過程中,STAAD自動將其轉換為有限元網格。這里網格類型(單元數、單元類型、單元大小等)的基本信息在定義面時就已經設置好了,而由此生成網格的細節在很大程度上被屏蔽了。此外,所有分析結果都是針對該面單元,而不是由其組成的單個板單元。

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換句話說,一個面單元僅僅是一個表示板單元集合的對象。當程序經過分析階段時,它將面細分為板單元。從分析的角度看,板單元和面單元是一回事。區別在于對結果的解釋。對于板單元,報告應力,而對于面單元,則報告力。另一個顯著的區別是STAAD報告面的面內力矩MZ,但板的面內力矩MZ未報告。

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3. 對比算例

下面算例從左到右分別建了單個10mX10m板單元,網格劃分成10X10的10mX10m板單元,以及單個10mX10m面單元,四個角點固支,荷載均是10KN/m^2的面壓,分別考核位移和應力。

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從位移圖可以看出,如果單個板單元不進行劃分,由于板完全約束而沒有位移;單個面單元位移趨勢與10X10網格劃分的板單元一致,但無法通過節點數值表達出來。

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從應力圖可以看出,如果單個板單元不進行劃分,由于板沒有變形而沒有應力;單個面單元應力云圖與10X10網格劃分的板單元一致;雖然面單元無法表達節點應力數值,但是其可以表達兩個方向不同位置處的內力數值,這正好便于剪力墻的配筋設計,V8i版本中的美標剪力墻設計模塊正是利用這個工具來進行配筋計算的。

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4. 結束語

一般來說,建議使用板來模擬基礎板,高架板,樓板和壁板,面單元只能用于剪力墻建模。

值得注意的是,如果模型使用Surface面單元來模擬樓板等復雜樓面,勢必會影響計算速度,這時就不得不替換成Plate板單元來計算。這種錯誤的模擬方式不僅在多數客戶建模中出現,而且也在PKPM軟件的STAAD模型導出接口中出現,大家務必引起注意。

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