弹性构件支承张拉膜结构协同找形研究

《弹性构件支承张拉膜结构协同找形研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、弹性构件支承张拉膜结构协同找形研究　　摘要：弹性构件支承的膜结构在找形分析，是否进行协同找形是索膜结构设计的一大难点。本文结合算例及工程实际，对协同找形分析的必要性进行比较分析得到一些结论，供设计人员参考。关键词：张拉膜结构，弹性支承，协同找形分析Abstract：Whethertoconsidercooperativeform-findinganalysisoftensionmembranestructurewithelasticsupport,whichisoneofdifficultiesi

2、ndesigningcable-membranestructure.Accordingtothesimpleexamplesandprojectinpractice,tocomparativeanalysisthenecessityofcooperativeform-findinganalysis,someconclusionsaregivenasareferencefordesigners.Keyword：Tensionmembranestructure;Elasticsupporting;Co

3、operativeForm-findingAnalysis;中图分类号：F121.3文献标识码：文章编号：在《膜结构技术规程》[1]CECS7158:2004中规定：“对于可能产生较大位移的支承点，在计算中应考虑支座位移的影响，或与支承结构一起进行整体分析”。因此，研究支承式膜结构找形过程中支承结构与膜结构之间的相互协调作用的问题，具体十分重要意义。1、弹性构件支承的张拉膜结构边界常见处理方法弹性构件支承的张拉膜结构在找形分析阶段，对边界支承点的处理方法主要有以下两种：（1）将膜结构边界支承点看成

4、固定点，不考虑下部支承体系变形对膜结构初始形态的影响。由于没有考虑外部支承结构变形对索膜预应力态的影响，可能导致膜结构出现一定的误差，特别是作为支承体系的索杆结构较柔性时，会导致膜结构刚安装完毕就出现膜褶皱现象的发生。（2）将膜结构和支承体系分离，通过公共节点的位移协调完成膜结构的找形分析。其设计过程如下：首先将膜结构控制点看成固定点进行膜结构找形分析；然后把得到的支座反力传给支承体系，进行索杆结构的内力计算；然后根据支承体系的位移计算结果，对膜结构边界进行调整，然后再次对膜结构进行找形，再把得到

5、的支座反力传给下部支承体系。经过几次反复调整，得到较为理想的索杆膜结构形态。这种设计分析方法，虽然考虑了下部支承体系变形对膜结构找形分析的影响，理论上解决了膜结构褶皱问题，但是该方法找形效率比较低，需要人工反复修改支承条件，效率较低。2、张拉膜协同找形的比较分析7目前，对于索杆与梁柱混合支承的张拉膜协同找形分析的文献不多，笔者曾对基于力密度法的索杆梁膜协同找形[2]进行过初步探索。本文在此基础上，通过通用有限元分析软件ANSYS、文献[2]编写的MFFAP程序及其他膜结构设计软件，对简单算例及实际

6、工程进行计算比较，得出一些可供参考的结论。2.1膜结构设计主要参数的选取在膜结构工程中，张拉膜曲率一般1/8～1/20，膜材的预应力水平一般为破坏应力的1%～5%，工作应力不大于破坏应力的15%，A类膜（PTFE/GF），玻璃纤维织物膜无支承净跨度一般不大于20～25m，经纬向预张力一般为4～8kN/m；C类膜（PVC/PES），聚酯类织物膜无支承净跨度一般不大于15～20m，经纬向预张力一般为1～4kN/m。为便于制作安装和结构受力，张拉膜曲面面积一般应小于500～1000m2。膜结构的边缘索曲

7、率一般1/8～1/12，特殊情况可1/5～1/15。张拉索应力一般为55%的屈服应力[4]。2.2算例1柱支承张拉膜结构找形计算一个柱支承的马鞍形张拉膜结构，膜支承点坐标为（-5，0，4）、（0，5，0）、（5，0，4）、（0，-5，0），膜面经纬向初始预张力，膜柔性边索初始预张力均为30kN。钢柱高4m，采用Q235B圆钢管，取不同截面数据进行对比计算：Case1：P200×10；Case2：P250×10；Case3：P300×10；Case4：P350×10；Case5：P400×10；Ca

8、se76：P600×10；为对比计算结果，Case7：不考虑位移协同进行找形分析。图2-1-1为MFFAP程序对（Case1）找形后的平衡形态，其他各种情况与此相同，只是在柱膜公共节点处的位移有一些差别。图2-1-2所示为ANSYS程序对（Case1）找形后平衡形态。在ANSYS中，膜采用shell41单元模拟，并通过降温法对膜施加预张力；索采用link10单元模拟，通过改变单元实常数中的初始应变对索施加预应力；支承柱采用beam189单元模拟。图2-1-3给出了考察点在各种情况下