浅谈大型充气膜结构特性分析与高强膜材试验研究

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1、上海交通大学硕士学位论文大型充气膜结构特性分析与高强膜材试验研究姓名：赵大鹏申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：陈务军20070201大型充气膜结构特性分析与高强膜材试验研究摘要充气膜结构是一类特殊的膜结构体系，气承式膜结构为大跨结构体系发展做出了卓越贡献，大型气囊膜结构近几年在国外也得到了应用与发展，但我国尚无相关研究与应用。高性能织物膜材是实现大型膜结构的基础，但我国尚不能生产，同时对其性能无研究。因此，本文首先对大型充气膜结构的分析方法及基本特性进行了研究，然后对高性能(高强)膜材进行了试验研究。首

2、先，基于Easy软件系统，介绍了相关理论及充气膜结构分析实现方法。充气肋是实现大跨膜结构的一种基本结构支撑单元，本文先从理论解析方面对其承载力与变形进行了研究，然后利用Easyvol进行了数值分析，以及全面的参数分析，如气压、矢高、拱长、荷载大小与加载模式等，并与试验结果进行了比较研究。以2008年奥运会“鸟巢”中央开孔为背景，当采用气囊膜和气承式膜结构时，分别分析了在雪荷载和风吸荷载下膜面的应力、矢高、内压、变形等结构特性参数变化。目前强度最高的C类PVDF/PES主流建筑织物膜的代表产品为：杜肯(B1618

3、和B1092)、法拉利(1302和1502)，主要用于大型受力复杂膜结构。本文采用四种膜材进行了一系列试验研究，主要包括：不同搭接焊缝宽度膜材的单向拉伸试验，得到了膜材的破坏形态、应力-应变曲线、极限抗拉强度和断裂延伸率；膜材的往返荷载试验，得到了膜材在往返荷载作用下的应力-应变曲线及弹性模量(弹性刚度)；法拉利(1302和1502)膜材的徐变试验，得到了其在6小时内的徐变曲线及徐变量。最后，对两种军用充气帐篷篷布进行了试验，包括单向、双向强度拉伸试验。关键词：气囊膜，充气肋，高强膜材，极限强度，弹性模

4、量，徐变STRUCTURALPERFORMANCESANALYSISOFLARGEPNEUMATICMEMBRANESTRUCTUREANDEXPERIMENTONHIGH-STRENGTHFABRICSABSTRACTThepneumaticmembranestructureisaspecialmembranestructuresystem.Asatypeofpneumaticmembrane,theairsupportedmembranehasbeenmadeoutstandingcontributions

5、tothedevelopmentofthelargespanspacestructuresandthelargeairinflatedmembranehasalsobeenappliedanddevelopedoverthepastfewyearsinabroad.Butthecorrelativeresearchesandapplicationsinthisfieldhadnobeenstudieddomestic.Inaddition,thehigh-propertiesfabricmembranesare

6、necessarytoconstructthelargemembranestructures,butthesetextilesstillcannotbeproducedinourcountryandtheirpropertiesthuscannotberesearchthoroughlyeither.Inthispaper,theanalysismethodsandbasicperformancesofthepneumaticmembranestructureswereinvestigated,andtheex

7、perimentalstudiesofthehigh-performance(high-strength)fabricswerecarriedouteither.Firstly,thenumericalmethodandthecorrelatedtheoryareintroducedbrieflyforthepneumaticmembranestructureinvolvedinthesoftwaresystemEasy.Theairarchisabasicstructuralcomponenttorealiz

8、ethelargespanpneumaticmembranestructure.Theloadcarryingcapacityanddeformationareevaluatedwithanalyticaltheory.Meanwhile,thenumericalanalysesareperformedwithEasyVolinvolvedthecomprehensiveparamet