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膜結構設計分析的主要内容

2019-08-07 08:44:15 AM

膜結構的設計分析主要包括形狀确定、荷載分析和裁剪分析三大方面。

1、膜結構的形狀确定

(1)給定預應力分布的形狀确定問題:預先假定膜結構中應力的分布情況,再根據受力合理或經濟原則進行分析計算,得到膜的初始幾何狀态。

(2)給定幾何邊界條件的形狀确定問題:預先确定膜結構的幾何邊界條件,然後計算分析預應力分布和空間形狀。

常用的計算機找形方法有:力密度法、動力松弛法、有限元法。

2、膜結構的荷載分析

膜結構的荷載分析是在形狀分析所得到的外形與初始應力分布的基礎上進行的,檢查結構在荷載組合下的強度、剛度是否滿足預定要求的過程。膜結構的荷載分析基本上都采用非線性有限元法,即将結構離散為單元和結點,單元與單元通過結點相連,外荷載作用在結點上,通過建立結點的平衡方程,獲得求解。

膜結構輕、柔、飄的特點決定了膜結構抗風計算的内容也有自身特點。

(1)靜風壓體型系數的确定

風荷載體型系數是描述風壓在結構上不均勻特征的重要參數,一般結構的體形系數可以從荷載規範查得。但膜結構形狀各異,不能從荷載規範直接獲得風壓體型系數。所以,較大的膜結構基本都要求進行風洞試驗,以獲得比較正确的膜結構的局部風壓淨壓系數和平均風載體形系數。由于風洞試驗要滿足一系列的相似準則,如幾何相似、雷諾數相似等,通常要滿足這些相似條件是不可能的,因此風洞模拟實驗結果有時會超過實測值很多。

(2)脈動風壓系數的确定

膜結構在荷載作用下的位移較大,結構位形的變化會對其周圍風場産生影響,所以膜結構的風動力響應過程是流固耦合過程。這種動力過程的風洞試驗須采用氣動彈性模型,因此實現起來難度較大。近年來發展的“數值風洞”受到越來越多的重視。簡單的說就是将計算流體力學和計算結構力學結合起來,用計算流體力學來模拟結構周圍的風場,用計算結構力學來模拟膜結構,再借助某些參數的傳遞來實現兩者之間的耦合作用,不過,該方法還處試驗階段。