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充氣膜初始形態的概念分析
- 2020-12-03-

?  膜結構忽略其自平衡的預張力, 不承擔任一外部荷載, 只在自重作用下確定其邊界條件及預應力的分布與大小后形成的形態稱為初始形態。初始形態中的形即結構的初始幾何形狀, 態即膜面應力的分布狀態。充氣膜結構是一款柔性結構體系, 只有存在適當預應力時才具有確定的形狀, 其幾何形狀是隨支承一邊界條件和預張力分布狀態而變化的, 因而氣膜結構設計的初要內容就是形狀生成, 即初始形態分析。

  1、確定結構的幾何形狀, 要求形成無褶皺的光滑曲面。膜結構有著特定的非線性方程組迭代的收斂條件與判斷準則, 依據判斷準則對膜面的松弛和褶皺進行判斷與處理。計算中應規避出現主應力有異號或者都小于零的情況, 否則需要調整內壓、膜面應力重新進行計算, 同時注意將索軸向應力保持為正, 規避索單元松弛失效退出工作。

  2、確定膜面預應力, 應盡量使得應力均勻分布。由于充氣膜結構較強的幾何非線性, 荷載作用下會發生較大的位移與變形, 所以需要尋求合理的預應力, 以解決外荷載的影響。內壓是為氣承式膜結構產生預應力的原因, 合理的內壓可以使結構獲得理想的幾何形狀、有著一些剛度, 繼而在外荷載作用下, 膜面不會出現褶皺、局部低沉、凹陷等情況。

  3、有研究人員分析了氣承式的充氣膜結構初期形態下的拉索與膜面之間的接觸問題, 在實現了建立接觸關系的初始形態前提下, 緊后工作即是進行荷載分析, 荷載的分析也是膜結構設計的關鍵。

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