板单元的面内厚度和面外厚度.doc

板单元面内厚度及面外厚度的含义在MIDAS程序中，厚度数据是用来定义板单元和墙单元截面特性的。因为MIDAS中可以通过输入截面特性来定义截面，所以可以模拟截面形状不规则的墙单元或者板单元。要理解程序中板单元的面内厚度和面外厚度的含义，首先要明白什么是面内和面外。下面先以墙单元为例进行说明。如下图所示，在计算弯矩Mz作用效应时使用的是面外厚度；在计算轴力和弯矩My作用效应时使用面内厚度。同理，对于板单元，简单的说，按一般建模习惯，即板单元的轴线与X轴平行，板单元的厚度方向与Z轴平行，此时可以理解为在考虑板单元所受X方向的作用力或弯矩Mz作用效应时使用的是板内厚度，在考虑弯矩My作用效应时使用的是面外厚度。综上，面内厚度是计算单元在平面内运动刚度时采用的厚度，面外厚度是计算板单元在平面外运动刚度时采用的厚度。从本质上讲，面内刚度对应膜单元刚度，即平面内两轴向刚度和垂直平面的扭转刚度；面外刚度对应板单元刚度，即平面内的两个弯曲刚度和垂直平面的剪切刚度。对于均匀实体板来说面内厚度和面外厚度是相同的，而对于空心板或者截面形状不规则的板来说，面内厚度和面外厚度采用的是等效厚度。下面以一空心板为例说明如何计算板的面内厚度和面外厚度。板截面为450 * 75，中部6个圆孔,直径为50，如下图：根据板截面面积相等的原则计算面内等效厚度的方法如下：(450*75-6*3.1415926*25*25)/450=48.82根据板截面抗弯刚度相等的原则计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 回到实际工程当中，通常所说的楼板平面内的刚度无限大，是指在水平荷载（地震和风等）作用下，板结构在水平面内可以视为刚体，在该平面内的每一点的位移都是相等的，此时它的截面高度可以认为是整个楼的面宽或进深。而平面外方向就是指楼板的结构厚度，结构厚度通常仅仅为十几厘米，和整个楼的面宽或进深的十几米或几十米相比，就小多了。刚性楼板一般指平面内刚度无限大，平面外刚度为零的板，即忽略了竖向刚度，因此，要考虑楼面梁的翼缘效应。弹性板是假定无平面内刚度，而平面外刚度是真实的，如厚板转换层结构，可以采用厚板弯曲单元模拟。而要真实计算弹性楼板的面内刚度和面外刚度，采用壳单元模拟是最符合实际情况的，可应用于任何工程。但实际上，在采用这种模拟方法时，部分楼面竖向荷载将通过楼面的面外刚度直接传递给竖向构件（柱、墙等），导致梁的弯矩减小，相应的配筋也减小，与实际情况有差别，这种方法可应用于模拟板柱结构。对于弹性膜结构，需要真实的计算平面内刚度而忽略平面外刚度，可以采用平面应力膜单元模拟。可用于模拟工业厂房结构、体育场馆结构、楼板局部开大洞结构及平面弱连接结构。（附注：以上内容为本人在网上查阅相关资料总结所得，如有理解不当之处，敬请指正，最后，在此感谢诸位原作者！）2013年3月7日