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膜结构设计分析的主要内容

    膜结构的设计分析主要包括形状确定、荷载分析和裁剪分析三大方面。

    

    1、膜结构的形状确定

    

    (1)给定预应力分布的形状确定问题:预先假定膜结构中应力的分布情况,再根据受力合理或经济原则进行分析计算,得到膜的初始几何状态。

    

    (2)给定几何边界条件的形状确定问题:预先确定膜结构的几何边界条件,然后计算分析预应力分布和空间形状。

    

    常用的计算机找形方法有:力密度法、动力松弛法、有限元法。

    

    2、膜结构的荷载分析

    

    膜结构的荷载分析是在形状分析所得到的外形与初始应力分布的基础上进行的,检查结构在荷载组合下的强度、刚度是否满足预定要求的过程。膜结构的荷载分析基本上都采用非线性有限元法,即将结构离散为单元和结点,单元与单元通过结点相连,外荷载作用在结点上,通过建立结点的平衡方程,获得求解。

    

    膜结构轻、柔、飘的特点决定了膜结构抗风计算的内容也有自身特点。

    

    (1)静风压体型系数的确定

    

    风荷载体型系数是描述风压在结构上不均匀特征的重要参数,一般结构的体形系数可以从荷载规范查得。但膜结构形状各异,不能从荷载规范直接获得风压体型系数。所以,较大的膜结构基本都要求进行风洞试验,以获得比较正确的膜结构的局部风压净压系数和平均风载体形系数。由于风洞试验要满足一系列的相似准则,如几何相似、雷诺数相似等,通常要满足这些相似条件是不可能的,因此风洞模拟实验结果有时会超过实测值很多。

    

    (2)脉动风压系数的确定

    

    膜结构在荷载作用下的位移较大,结构位形的变化会对其周围风场产生影响,所以膜结构的风动力响应过程是流固耦合过程。这种动力过程的风洞试验须采用气动弹性模型,因此实现起来难度较大。近年来发展的“数值风洞”受到越来越多的重视。简单的说就是将计算流体力学和计算结构力学结合起来,用计算流体力学来模拟结构周围的风场,用计算结构力学来模拟膜结构,再借助某些参数的传递来实现两者之间的耦合作用,不过,该方法还处试验阶段。


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