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膜結構建筑荷載系數分析
2022-08-02 14:48:08 評論：2 點(diǎn)擊：560
大家好，我們在日常安裝搭建膜結構建筑的時(shí)候不論是汽車(chē)車(chē)棚還是體育場(chǎng)看臺或是景點(diǎn)建筑，對于其荷載能力是需要進(jìn)行一個(gè)分析，且分析需要全
大家好，我們在日常安裝搭建膜結構建筑的時(shí)候不論是汽車(chē)車(chē)棚還是體育場(chǎng)看臺或是景點(diǎn)建筑，對于其荷載能力是需要進(jìn)行一個(gè)分析，且分析需要全面否則很容易導致危險事故的發(fā)生，那么我們應該從哪些方面進(jìn)行分析呢？下面我們一起來(lái)看一下吧。
1、荷載分析的內容和方法
膜結構的荷載分析是在形狀分析所得到的外形與初始應力分布的基礎上進(jìn)行的，檢查結構在各種荷載組合下的強度、剛度是否滿(mǎn)足預定要求的過(guò)程。
膜結構的找形有不同的理論方法，但荷載分析基本上都采用非線(xiàn)性有限元法（NonlinearFiniteElementMethod），即將結構離散為單元和結點(diǎn)，單元與單元通過(guò)結點(diǎn)相連，外荷載作用在結點(diǎn)上，通過(guò)建立結點(diǎn)的平衡方程，獲得求解。
由于索膜結構是大變形問(wèn)題，在推導有限元方程時(shí)，需考慮位移高階項對應變的影響，即考慮幾何非線(xiàn)性。當然，膜材本身也是非線(xiàn)性的，在工程應用上時(shí)，材料的非線(xiàn)性問(wèn)題一般不予考慮。
2、風(fēng)荷載作用
膜結構區別于傳統結構的兩個(gè)顯著(zhù)特點(diǎn)是輕和柔。輕，意味著(zhù)結構自身重量和慣性力小，自重不是主要荷載，地震力可以忽略不計，而風(fēng)是主要荷載；柔，意味著(zhù)結構無(wú)抗彎剛度，結構對外荷載的抵抗是通過(guò)形狀改變來(lái)實(shí)現的，表現出幾何非線(xiàn)性特征。膜結構的特點(diǎn)決定了膜結構是風(fēng)敏感結構，抗風(fēng)設計在膜結構設計中處于主要地位。
膜結構輕、柔、飄的顯著(zhù)特點(diǎn)決定了膜結構抗風(fēng)計算的內容也有自身特點(diǎn)。
（1）靜風(fēng)壓體型系數的確定
風(fēng)荷載體型系數是描述風(fēng)壓在結構上不均勻特征的重要參數，一般結構的體形系數可以從荷載規范查得。但膜結構形狀各異，不能從荷載規范直接獲得風(fēng)壓體型系數。所以，較大的膜結構基本都要求進(jìn)行風(fēng)洞試驗，以獲得比較正確的膜結構的局部風(fēng)壓凈壓系數和平均風(fēng)載體形系數。由于風(fēng)洞試驗要滿(mǎn)足一系列的相似準則，如幾何相似、雷諾數相似等，通常要完全滿(mǎn)足這些相似條件是不可能的，因此風(fēng)洞模擬實(shí)驗結果有時(shí)會(huì )超過(guò)實(shí)測值很多。
（2）脈動(dòng)風(fēng)壓系數的確定
膜結構在荷載作用下的位移較大，結構位形的變化會(huì )對其周?chē)L(fēng)場(chǎng)產(chǎn)生影響，所以膜結構的風(fēng)動(dòng)力響應過(guò)程是流固耦合過(guò)程。這種動(dòng)力過(guò)程的風(fēng)洞試驗必須采用氣動(dòng)彈性模型，因此實(shí)現起來(lái)技術(shù)難度較大。近年來(lái)發(fā)展的“數值風(fēng)洞”技術(shù)受到越來(lái)越多的重視。這種技術(shù)簡(jiǎn)單的說(shuō)就是將計算流體力學(xué)（CFD）和計算結構力學(xué)（CSD）技術(shù)結合起來(lái)，用計算流體力學(xué)來(lái)模擬結構周?chē)娘L(fēng)場(chǎng)，用計算結構力學(xué)來(lái)模擬膜結構，再借助某些參數的傳遞來(lái)實(shí)現兩者之間的耦合作用，不過(guò)，該方法還處試驗階段。
（3）風(fēng)振動(dòng)力分析
風(fēng)力可分成平均風(fēng)和脈動(dòng)風(fēng)兩部分。平均風(fēng)的周期較長(cháng)，其對結構的作用性質(zhì)相當于靜力。脈動(dòng)風(fēng)的周期較短，其對結構的作用為動(dòng)力性質(zhì)。當結構的剛度較小，自振頻率較低時(shí)，在脈動(dòng)風(fēng)荷載的作用下可能產(chǎn)生較大的變形和振動(dòng)，所以在設計索膜這類(lèi)小剛度結構時(shí)，應進(jìn)行風(fēng)振動(dòng)力計算。索膜結構具有振型頻譜密集、非線(xiàn)性特征和三維效應不可忽略等特點(diǎn)，針對高層和橋梁結構的風(fēng)振分析方法不能直接應用。索膜結構的響應與荷載呈非線(xiàn)性關(guān)系，對于索膜結構定義荷載風(fēng)振系數或陣風(fēng)系數在理論上也是不正確的。
（4）空氣動(dòng)力失穩
膜結構是風(fēng)敏感結構，存在空氣動(dòng)力失穩（AerodynamicInstability）的問(wèn)題。從本質(zhì)上看，結構空氣彈失穩是由于結構在振動(dòng)過(guò)程中從與氣流的振型耦合中吸收能量，當吸收能量大于耗散能量時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生能量累積，當這種能量累積達到某一閥值（臨界風(fēng)速）后，結構就會(huì )從一種低能量（穩定）的振動(dòng)形式躍遷到另一種高能量（不穩定）的振動(dòng)形式上去。所以，膜結構存在設計風(fēng)速作用下的動(dòng)力失穩問(wèn)題，幸運的是至今還沒(méi)有這方面破壞的膜結構實(shí)例。
3、膜面褶皺問(wèn)題
結構上的褶皺（Drape）是指因膜面在一個(gè)方向上出現壓應力導致膜材屈服而產(chǎn)生的褶皺現象，而結構松弛是指膜面在兩個(gè)方向上都呈現無(wú)張力狀態(tài)，故松弛的膜面不能承受任何荷載。
 
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