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膜结构设计的技巧

2020-04-22 14:55:03

  膜结构中空间膜条展开成平面膜片,即将膜条的三维数据转化成相应的二维数据,采用几何方法,简单可行。但如果膜条本身是个不可展曲面,就得将膜条再剖分成多个单元,采用适当的方法将其展开。此展开过程是近似的,为保证相邻单元拼接协调,展开时要使得单元边长的变化为极小。从应力状态到无应力状态的转化,即释放预应力、进行应变补偿。膜结构是在预应力状态下工作的,而平面膜材的下料是在无应力状态下进行的,为确定膜材的下料图,需对膜片释放预应力,并进行应变补偿。这里的补偿实际上是缩减,在此基础上加上热合缝的宽度,即可得膜材的下料,上述过程,即为裁剪分析。

膜结构是在预张力作用下工作的,而膜材的裁剪下料是在无应力状态下进行的,因而在确定裁剪式样时,有一个对膜材释放预应力、进行应变补偿的问题。影响膜材应变补偿率的因素可归纳为以下几个方面:

(1)环境温度及材料的热应变性能,尤其是双层膜结构环境温度相差较大时,要特别注意。

(2)膜面的预应力值及膜材的弹性模量和泊松比,这是影响应变补偿率的最直接因素。

(3)热合缝及补强层,热合缝及补强层的性能不同于单层膜,其应变补偿应区别对待。

(4)主应力方向与膜材经、纬向纤维间的夹角,这一问题变的重要是因为膜材是正交异性材料。

在荷载分析中,在每一荷载增量步中对所有的单元进行逐一判别,如发现褶皱单元,可按以下方法处理:

(1)修改结构刚度:回到找形阶段,对曲面进行修正,即通过修改局部区域的边界条件或调整预应力的方法来修正结构的刚度。

(2)修改单元刚度:减小褶皱单元对结构总体刚度的贡献,即修改褶皱单元的刚度矩阵,从而减小自身的实际荷载分担,结果是增加了相临单元的负担。

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