平面骨架膜结构预张力和变形特性研究

发布时间：2020-05-14 13:05

【摘要】：膜结构属于柔性结构,要保持优美造型就要有适当的预张力来支持,因此预张力是设计与施工全过程中务必确保的核心与关键。同时,由于膜材自身的性质,预张力受环境影响非常大,选择预张力时要考虑到许多环境因素。本文以建筑膜结构中的平面骨架膜结构为例,选用PTFE膜材,采用矩形单元和三角形单元两种方案,分别进行有关预张力和变形特性的理论和仿真研究,并设计了合理的张拉方案和张拉装置,进行了预张力的蠕变试验。具体来说,论文的工作主要有以下几个方面:(1)预张力的取值分析关于预张力的选择,本文根据现场安装条件和《膜结构技术规程》中的相关要求,利用ANSYS软件对膜结构的预张力的取值进行了分析,找出两种形式的膜结构预张力的取值范围,并分析了不同预张力下膜结构的受力和变形情况。(2)温度对膜结构预张力和变形特性的影响温度对膜材不但有热膨胀作用,而且使膜材的弹性模量产生变化,本文采用ANSYS软件进行不同温度下膜结构预张力的仿真分析,得出两种形式的膜结构预张力和温度变化的关系,以及在均布载荷下不同温度对膜面变形的影响,找出预张力和膜面变形随温度变化的规律,总结出一种预张力的选取方法,为以后的膜结构设计和安装提供了一些参考。(3)蠕变对膜结构预张力和变形特性的影响本文基于蠕变力学的理论公式,对膜结构选用合适的蠕变本构模型,从预张力和膜面变形两方面进行蠕变的研究,用欧拉法推出平面膜结构的理论公式,并用ANSYS软件进行仿真分析,找出两种形式的膜结构预张力和膜面变形在蠕变下的变化规律,对平面膜结构的设计和安装有一定的参考意义。(4)膜结构单元预张力工程试验在已有的膜单元张拉装置的基础上,通过对比分析,改进出一种新形式的张膜装置,并设计出张膜方案,在张膜完成后,对膜单元进行预张力的蠕变试验,通过和仿真数据的对比,验证了仿真结果的可靠性。
【图文】：

膜结构是空间结构中应用系统内在张力进行结构体系塑造的一种建筑结构。它的主要材料为性能优良的建筑膜材，利用柔性或刚性结构对膜面施加预张力，或向膜腔内充入空气加压，由空气压力支承膜面，从而形成具有一定刚度、能够实现大跨度的空间结构体系，如图 1.1 所示。膜结构集多种学科为一体，具有很高的技术含量，，并且它克服了传统建筑外形单一、施工周期长的缺点，深受建筑师的青睐，在 20 世纪中期兴起以来，很快就风靡世界，被誉为“第四代建筑”[1-2]。a)上海八万人体育场 b)国家游泳中心(水立方)

1 绪论材的结构、分类及特性材的结构是用于膜结构中的薄膜材料，可以分为织物膜材和热塑性化膜材是一种复合材料，是膜结构建筑工程中广泛应用的膜材2 所示，主要由织物基材、涂层、表面涂层、胶黏粘剂组成[织物纤维编织而成，决定膜材的力学特性。涂层附在基材上单面或双面。纤维基布、各涂层之间用胶粘剂胶合，或者采用层附在基材上[8]。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.2

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本文编号：2663395