剪力墙、楼板等平面构件作为建筑结构的重要组成部分,被广泛应用于土木工程领域。在地震等自然灾害作用下,结构往往进入非线性,因此准确而快速的描述这些构件的非线性行为具有重要意义。分层壳单元由于其模型简单,物理意义清晰,被广泛应用于建筑结构的有限元数值模拟中。本文基于隔离非线性有限元法和分层壳单元基本理论,提出了一种高效的分层壳模型分析方法,并将其应用于板、墙构件的数值模拟中。本文主要研究工作内容如下:通过将分层壳单元的截面变形(应变和曲率)分解为线弹性变形和非线性变形,并以单元中面的高斯积分点作为非线性变形插值结点,建立了单元非线性变形场,进一步根据虚功原理和高斯积分点处的内力平衡条件,推导了分层壳单元的隔离非线性控制方程。由单元的控制方程集成得到结构的整体控制方程,整体控制方程左边第一项是一个2×2的分块矩阵,其中右下角的块矩阵代表了结构的材料非线性信息,即将表示结构的非线性刚度矩阵从整体刚度矩阵中“隔离”开来。在每个迭代步中任意单元的高斯积分点进入非线性,右下角的块矩阵中与其对应位置的元素不为零,没进入非线性的与其对应位置的元素为零,对于元素为零的行和列进行消元,可以形成一个规模较小的非线性刚度矩阵,从而在求解结构非线性响应过程中只需要分解规模较小的非线性刚度矩阵,可以避免结构的整体切线刚度矩阵的分解,进而提高了结构非线性分析的计算效率。在结构局部材料非线性阶段,结构中的大部分单元一般处于线弹性状态,仅有小部分单元进入非线性状态,右下角的块矩阵维数较低,可利用Woodbury公式高效的求解结构的整体控制方程。但结构大范围发生材料非线性时,右下角的块矩阵维数较大,甚至超过整体刚度矩阵的维数,此时可采用Woodbury公式和组合近似法联合求解控制方程。依据时间复杂度函数理论的统计分析表明:本文建立的分层壳单元模型分析方法相较于传统变刚度有限元方法在非线性分析效率方面具有显著优势。最后,以梁、板、墙构件为例,对比分析了本文方法的计算结果和传统有限元方法的分析结果,本文方法与传统方法的计算精度相当,但本文方法可以大幅度的提高结构非线性分析的计算效率。