板單元的面內(nèi)厚度和面外厚度

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1、板單元面內(nèi)厚度及面外厚度的含義在MIDAS程序中，厚度數(shù)據(jù)是用來定義板單元和墻單元截面特性的。因?yàn)镸IDAS中可以通過輸入截面特性來定義截面，所以可以模擬截面形狀不規(guī)則的墻單元或者板單元。要理解程序中板單元的面內(nèi)厚度和面外厚度的含義，首先要明白什么是面內(nèi)和面外。下面先以墻單元為例進(jìn)行說明。如下圖所示，在計(jì)算彎矩Mz作用效應(yīng)時(shí)使用的是面外厚度；在計(jì)算軸力和彎矩My作用效應(yīng)時(shí)使用面內(nèi)厚度。同理，對(duì)于板單元，簡(jiǎn)單的說，按一般建模習(xí)慣，即板單元的軸線與X軸平行，板單元的厚度方向與Z軸平行，此時(shí)可以理解為在考慮板單元所受X方向的作用力或彎矩Mz作用效應(yīng)時(shí)

2、使用的是板內(nèi)厚度，在考慮彎矩My作用效應(yīng)時(shí)使用的是面外厚度。綜上，面內(nèi)厚度是計(jì)算單元在平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)剛度時(shí)采用的厚度，面外厚度是計(jì)算板單元在平面外運(yùn)動(dòng)剛度時(shí)采用的厚度。從本質(zhì)上講，面內(nèi)剛度對(duì)應(yīng)膜單元?jiǎng)偠?，即平面?nèi)兩軸向剛度和垂直平面的扭轉(zhuǎn)剛度；面外剛度對(duì)應(yīng)板單元?jiǎng)偠龋雌矫鎯?nèi)的兩個(gè)彎曲剛度和垂直平面的剪切剛度。對(duì)于均勻?qū)嶓w板來說面內(nèi)厚度和面外厚度是相同的，而對(duì)于空心板或者截面形狀不規(guī)則的板來說，面內(nèi)厚度和面外厚度采用的是等效厚度。下面以一空心板為例說明如何計(jì)算板的面內(nèi)厚度和面外厚度。板截面為450*75，中部6個(gè)圓孔,直徑為50，如下圖：根據(jù)板截面

3、面積相等的原則計(jì)算面內(nèi)等效厚度的方法如下：(450*75-6*3.1415926*25*25)/450=48.82根據(jù)板截面抗彎剛度相等的原則計(jì)算面外等效厚度的方法如下：1/12*450*75*75*75-1/8*3.1415926*25*50*50*50*6=1/12*450*h*h*h得h=71回到實(shí)際工程當(dāng)中，通常所說的樓板平面內(nèi)的剛度無限大，是指在水平荷載（地震和風(fēng)等）作用下，板結(jié)構(gòu)在水平面內(nèi)可以視為剛體，在該平面內(nèi)的每一點(diǎn)的位移都是相等的，此時(shí)它的截面高度可以認(rèn)為是整個(gè)樓的面寬或進(jìn)深。而平面外方向就是指樓板的結(jié)構(gòu)厚度，結(jié)構(gòu)厚度通常僅僅

4、為十幾厘米，和整個(gè)樓的面寬或進(jìn)深的十幾米或幾十米相比，就小多了。剛性樓板一般指平面內(nèi)剛度無限大，平面外剛度為零的板，即忽略了豎向剛度，因此，要考慮樓面梁的翼緣效應(yīng)。彈性板是假定無平面內(nèi)剛度，而平面外剛度是真實(shí)的，如厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，可以采用厚板彎曲單元模擬。而要真實(shí)計(jì)算彈性樓板的面內(nèi)剛度和面外剛度，采用殼單元模擬是最符合實(shí)際情況的，可應(yīng)用于任何工程。但實(shí)際上，在采用這種模擬方法時(shí)，部分樓面豎向荷載將通過樓面的面外剛度直接傳遞給豎向構(gòu)件（柱、墻等），導(dǎo)致梁的彎矩減小，相應(yīng)的配筋也減小，與實(shí)際情況有差別，這種方法可應(yīng)用于模擬板柱結(jié)構(gòu)。對(duì)于彈性膜結(jié)構(gòu)，

5、需要真實(shí)的計(jì)算平面內(nèi)剛度而忽略平面外剛度，可以采用平面應(yīng)力膜單元模擬。可用于模擬工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)、體育場(chǎng)館結(jié)構(gòu)、樓板局部開大洞結(jié)構(gòu)及平面弱連接結(jié)構(gòu)。（附注：以上內(nèi)容為本人在網(wǎng)上查閱相關(guān)資料總結(jié)所得，如有理解不當(dāng)之處，敬請(qǐng)指正，最后，在此感謝諸位原作者！）2013年3月7日