2016-12-20
张拉膜施工时遇到特殊问题

张拉膜施工时遇到特殊问题

张拉膜结构建筑在设计和施工中,总是会遇到特殊问题,主要有膜结构几何非线性问题、材料非线性与各向异性、膜结构采光顶的徐变问题、与支承结构的协同计算、膜面褶皱的处理问题等。

1、材料非线性与各向异性

张拉膜结构基于以下原因,织物膜材从本质上应是非线性的:经纬向纤维本身的性能是非线性的;纤维间的约束与经纬向纤维应力比有关;涂层是受使用时间长短的影响;膜材表面涂层的性能是非线性的;由于编织原因,经纬向纤维在初始状态是松弛的,而涂层对纤维受拉变直又有约束作用。

2、张拉膜结构几何非线性问题

尽管张拉膜结构的形状选择有不同的理论和方法,但荷载状态的分析大都采用非线性有限元法,即将结构离散为单元和节点,单元与单元通过节点相连,外荷载作用在节点上,通过建立节点的平衡方程反复迭代进行求解。

由于张拉膜结构的求解问题具有小应变、大变形的特点,所以在推导有限元方程时,要考虑位移高阶项对应变的影响,也就是要考虑几何刚度的影响。

根据以上各影响因素,张拉膜结构膜材的应力-应变曲线在应力较大时,呈现出很强的非线性。同时也呈现出很强的正交异性性能,一些膜材的经纬向变形能力相差5倍左右。由于设计中所采用的预张力及工作应力远远小于膜材的拉伸强度,因此在设计应力范围内,可近似地认为膜材是在线弹性范围内工作,在计算中经纬向应采用各自相应的弹性常数。