Although a high computational accuracy can be obtained when a membrane element with rotational degrees of freedom is used for the numerical analysis of wall-beam connection of high-rise building, this method often leads to some weak analysis results because of the vague relation between rotational degrees of freedom and displacement field compared with beam or slab element. In this paper, a constraint relation was established between the rotational displacement field with independent interpolation and the rotational angle of rigid body through adopting a penalty function method, and then an improved membrane element with rotational degrees of freedom was constructed based on the work of Allman. The improved membrane element was added in the standard analysis module of ANSYS through using a second development interface named UPFs (User Programming Features). Also, a curved wall was adopted as the example to test the performance of improved membrane element. The preliminary results show the improved membrane element can pass most of patch tests with no extra zero energy mode. To further verify the performance of improved membrane element used for the analysis of wall-beam connection, a high-rise building with coupled shear walls was also adopted to compare the numerical analysis results produced by four different simulation elements. The results show the improved membrane element is a reliable and superior type with some advantages including simple data preparation, convenient programming and insensitive penalty parameter.

Хотя высокая вычислительная точность может быть получена при использовании мембранного элемента с вращательными степенями свободы для численного анализа соединения стены и балки высотного здания, этот метод часто приводит к некоторым слабым результатам анализа из-за расплывчатой связи между вращательными степенями свободы и полем смещения по сравнению с балкой или элементом плиты. В настоящей работе было установлено ограничительное отношение между полем вращательного смещения с независимой интерполяцией и углом поворота твердого тела путем применения метода штрафных функций, а затем на основе работы Аллмана был построен усовершенствованный мембранный элемент с вращательными степенями свободы. Усовершенствованный мембранный элемент был добавлен в стандартный модуль анализа ANSYS с помощью второго интерфейса разработки под названием UPFs (User Programming Features). Кроме того, изогнутая стенка была принята в качестве примера для проверки производительности улучшенного мембранного элемента. Предварительные результаты показывают, что усовершенствованный мембранный элемент может пройти большую часть испытаний патча без дополнительного режима нулевой энергии. Для дальнейшей проверки работоспособности усовершенствованного мембранного элемента, используемого для анализа соединения стен-балок, было также принято высотное здание со связанными сдвиговыми стенами для сравнения результатов численного анализа, полученных с помощью четырех различных имитационных элементов. Результаты показывают, что усовершенствованный мембранный элемент является надежным и превосходным типом с некоторыми преимуществами, включая простую подготовку данных, удобное программирование и нечувствительный штрафной параметр.

• An improved membrane element for high-rise building with shear walls
  • 1. Introduction
  • 2. Methods
    • 2.1. ALLMAN Membrane Element
    • 2.2. ALLMAN-based Improved Membrane Element
  • 3. Results and Discussion
    • 3.1. Performance test for a curved wall
    • 3.2. Case study for a high-rise building with coupled shear walls
  • 4. Conclusions

Инженерно-строительный журнал / Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. — Санкт-Петербург: СПбПУ, 2017-. — Периодичность: 8 раз в год. — Выходит с 2017 г. (с № 5). — Электрон. журнал. — Свободный доступ из сети Интернет (чтение, печать, копирование). — Текст: электронный

Инженерно-строительный журнал: специализированный научный журнал / Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Инженерно-строительный институт. — Санкт-Петербург: СПбПУ, 2008 -. № 7 (91), 2019. — 1 файл (15,1 Мб). — Свободный доступ из сети Интернет (чтение, печать, копирование). — Электрон. журнал. — <URL:http://elib.spbstu.ru/dl/2/j21-90.pdf>.