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膜結構工程設計中常見的一些問題

我國膜結構雖然從二十世紀八十年代才開始 ,但 20 年來取得了可喜的成績 ,已建成了近 20 個大型膜結構工程[2 ] 。然而進步的同時 ,我們也發現了很多問題 :設計、計算精度不夠 ,結構安全度無法準確衡量 ,監理施工驗收無從把握等。

1 膜材的影響

膜材是非線性材料 ,雖然在初始應力狀態下應變很小 ,可簡化為正交異性的線彈性材料 ,但在大風及大雪作用下 ,膜材應力很可能超過膜材的線彈性范圍 ,如果仍按線彈性材料進行分析 ,卸載后將產生很大的殘余變形。

2 初應力的影響

膜結構是柔性結構 ,主要靠膜面的初應力和形狀的變化來抵抗外荷載。沒有初應力就沒有剛度。初應力的合理選擇至關重要 ,初應力給的過大 ,會使支撐結構反力增大 ,從而增加工程造價 ,同時由于膜材非線性的影響 ,膜面拉應力的增大 ,膜材卸載后將產生較大的殘余變形。另一方面 ,如果初應力給得過小 ,剛度不夠 ,膜面在荷載作用下易產生松弛。這種現象在實際中比較常見。

3 初應力釋放及收縮補償值的影響

在膜結構的裁剪分析中 ,必須將空間的有初應力的膜曲面展開為平面的無應力狀態 ,而通常膜曲面在空間上是不可展的。目前有兩種方法 :一種是在應力狀態下將空間曲面展成平面 ,再釋放應力 ;另一種是在展開成平面的同時釋放應力。這兩種方法都有誤差 ,無法定量估計。由于在實際工程中膜材料的材料特性很少精確給出 ,往往只能根據工程經驗給定一個收縮補償值 ,這樣勢必產生較大的誤差。

4 施工過程的影響

施工過程是將膜由平面無應力狀態張拉成空間預應力狀態 ,不同的張拉順序對膜結構這種非線性結構會帶來不同的應力分布 ,而且目前現場也沒有比較準確的測力器 ,對于張拉后是否張拉到了找形時的預應力水平往往由經驗比較豐富的工作人員用手拍拍來判斷 ,這將帶來較大的誤差。