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山東幸福膜結(jié)構(gòu)工程有限公司
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膜結(jié)構(gòu)停車棚計(jì)算中的幾個(gè)問題
來源：www.wyoga.com.cn 發(fā)布時(shí)間：2021年07月14日
把艱辛的勞作看作是生命的必然，即使沒有收獲的希望也心平氣和的繼續(xù)。本期讓我們跟隨小編的腳步來詳細(xì)的了解一下關(guān)于膜結(jié)構(gòu)停車棚計(jì)算中的幾個(gè)問題的相關(guān)知識(shí)，希望我們的分享能夠讓您較好的了解膜結(jié)構(gòu)停車棚。
1.幾何非線性問題
盡管膜結(jié)構(gòu)停車棚的找形有不同的理論和方法，但荷載態(tài)的分析大都采用非線性有限元法，即將結(jié)構(gòu)離散為單元和結(jié)點(diǎn)，單元與單元通過結(jié)點(diǎn)相連，外荷載作用在結(jié)點(diǎn)上，通過建立結(jié)點(diǎn)的平衡方程反復(fù)迭代求解。
由于膜結(jié)構(gòu)的求解問題具有小應(yīng)變、大變形的特點(diǎn)，因此在推導(dǎo)有限元方程時(shí)需考慮位移高階項(xiàng)對應(yīng)變的影響，亦即考慮幾何剛度的影響。
2. 材料非線性與各向異性
基于以下原因，織物膜材從本質(zhì)上講是非線性的：經(jīng)緯向纖維本身的性能是非線性的；纖維間的約束與經(jīng)緯向應(yīng)力比有關(guān)；涂層的性能是非線性的，并受時(shí)間的影響；由于編織，經(jīng)緯向纖維在初始狀態(tài)是松弛的，而涂層對纖維受拉變直又有約束作用。因此，膜材的應(yīng)力—應(yīng)變曲線在應(yīng)力較大時(shí)呈現(xiàn)很強(qiáng)的非線性（如圖 3 所示），同時(shí)呈現(xiàn)很強(qiáng)的正交異性性能, 一些膜材的經(jīng)緯向變形能力相差達(dá) 5 倍左右。
由于設(shè)計(jì)中所采用的預(yù)張力及工作應(yīng)力遠(yuǎn)小于膜材的抗拉強(qiáng)度（通常預(yù)張力不超過 5%的抗拉強(qiáng)度，工作應(yīng)力不超過 20%的抗拉強(qiáng)度），在設(shè)計(jì)應(yīng)力范圍內(nèi)，可近似認(rèn)為膜材是在線彈性范圍內(nèi)工作。計(jì)算中經(jīng)緯向采用各自相應(yīng)的彈性常數(shù)。
3. 徐變問題
徐變是指結(jié)構(gòu)在高應(yīng)力作用下，隨著時(shí)間的推移在構(gòu)件中產(chǎn)生的塑性變形。松弛則是指在構(gòu)件兩端固定的情況下，由于徐變變形而導(dǎo)致其應(yīng)力隨時(shí)間的增長而逐漸降低的過程。徐變和松弛是相互關(guān)聯(lián)的，它揭示了材料的粘彈性力學(xué)性能隨時(shí)間的變化規(guī)律。徐變的特點(diǎn)是：（1）開始階段發(fā)展較快；（2）預(yù)應(yīng)力越大，松弛損失就越大；（3）應(yīng)力損失與構(gòu)件材料有關(guān)；（4）與溫度的高低有關(guān)。
國外一些實(shí)測資料顯示，索結(jié)構(gòu)由于徐變所導(dǎo)致的預(yù)張力損失可達(dá)到 10％－25％左右；膜面因徐變所導(dǎo)致的預(yù)張力損失隨膜材的種類和品牌不同而不同。為消除由于徐變所帶來的預(yù)張力損失，施工時(shí)，可對索和膜實(shí)施適當(dāng)?shù)某瑥埨?；或者在結(jié)構(gòu)施工一段時(shí)間后（通常為半年到一年左右），對結(jié)構(gòu)實(shí)施二次張拉。對采用 PVC 膜材料的工程，二次張拉尤其有必要。
松弛不僅與材料的徐變效應(yīng)有關(guān)，還與連接錨固處的滑移、支座移動(dòng)、溫度應(yīng)力、反向荷載等因素有關(guān)。通過荷載效應(yīng)分析，可以調(diào)整索和膜面的形狀及初始預(yù)張力，避免因松弛而導(dǎo)致局部索或膜面退出工作，以保證結(jié)構(gòu)的整體剛度。
4. 與支承結(jié)構(gòu)的協(xié)同計(jì)算問題
膜結(jié)構(gòu)停車棚通常是支承在下部鋼結(jié)構(gòu)上或直接與地錨相連。設(shè)計(jì)時(shí)不但要考慮膜自身的應(yīng)力和變形，還要考慮下部鋼結(jié)構(gòu)和地錨的工作性能。換句話說，膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)與鋼結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行。通常在設(shè)計(jì)膜結(jié)構(gòu)時(shí)，將膜結(jié)構(gòu)與下部支承結(jié)構(gòu)分開計(jì)算，即先將支承點(diǎn)看作不動(dòng)鉸支座對膜結(jié)構(gòu)做內(nèi)力分析，然后再將膜結(jié)構(gòu)計(jì)算的反力值施加到鋼結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)上，計(jì)算下部結(jié)構(gòu)。對于剛性支承體系的膜結(jié)構(gòu)， 剛性邊界或支承構(gòu)件在膜面張力作用下的變形會(huì)引起膜面張力損失；當(dāng)支承點(diǎn)有可能產(chǎn)生較大位移時(shí)，也必須考慮其對膜結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布的影響。 這就需要將膜與下部支承體系一起進(jìn)行整體計(jì)算。需要說明的是，下部支承結(jié)構(gòu)并非越剛越好；相反，在某些情況下，下部支承結(jié)構(gòu)的位移可以促使膜內(nèi)的應(yīng)力重分布，使應(yīng)力趨于均勻，減少可能出現(xiàn)的應(yīng)力集中或褶皺現(xiàn)象。
膜材自重較輕，地震對膜結(jié)構(gòu)的影響較小，故一般可不考慮索、膜構(gòu)件的地震作用。當(dāng)下部支承結(jié)構(gòu)在地震作用下有可能產(chǎn)生較大變形時(shí)，在膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中就必須考慮這一因素的影響。將膜與下部支承體系一起進(jìn)行協(xié)同計(jì)算，有利于對膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震分析。
本期小編講解的內(nèi)容到這就結(jié)束了，大家都了解了嗎?還不了解也沒有關(guān)系，可以聯(lián)系我們，大家也可以繼續(xù)關(guān)注我們的網(wǎng)站，我們竭誠期待與你們的合作！要是還想咨詢更多關(guān)于膜結(jié)構(gòu)停車棚的相關(guān)知識(shí)我們可以繼續(xù)關(guān)注網(wǎng)站進(jìn)行之后的了解。
盡管膜結(jié)構(gòu)停車棚的找形有不同的理論和方法，但荷載態(tài)的分析大都采用非線性有限元法，即將結(jié)構(gòu)離散為單元和結(jié)點(diǎn)，單元與單元通過結(jié)點(diǎn)相連，外荷載作用在結(jié)點(diǎn)上，通過建立結(jié)點(diǎn)的平衡方程反復(fù)迭代求解。
由于膜結(jié)構(gòu)的求解問題具有小應(yīng)變、大變形的特點(diǎn)，因此在推導(dǎo)有限元方程時(shí)需考慮位移高階項(xiàng)對應(yīng)變的影響，亦即考慮幾何剛度的影響。
2. 材料非線性與各向異性
基于以下原因，織物膜材從本質(zhì)上講是非線性的：經(jīng)緯向纖維本身的性能是非線性的；纖維間的約束與經(jīng)緯向應(yīng)力比有關(guān)；涂層的性能是非線性的，并受時(shí)間的影響；由于編織，經(jīng)緯向纖維在初始狀態(tài)是松弛的，而涂層對纖維受拉變直又有約束作用。因此，膜材的應(yīng)力—應(yīng)變曲線在應(yīng)力較大時(shí)呈現(xiàn)很強(qiáng)的非線性（如圖 3 所示），同時(shí)呈現(xiàn)很強(qiáng)的正交異性性能, 一些膜材的經(jīng)緯向變形能力相差達(dá) 5 倍左右。
由于設(shè)計(jì)中所采用的預(yù)張力及工作應(yīng)力遠(yuǎn)小于膜材的抗拉強(qiáng)度（通常預(yù)張力不超過 5%的抗拉強(qiáng)度，工作應(yīng)力不超過 20%的抗拉強(qiáng)度），在設(shè)計(jì)應(yīng)力范圍內(nèi)，可近似認(rèn)為膜材是在線彈性范圍內(nèi)工作。計(jì)算中經(jīng)緯向采用各自相應(yīng)的彈性常數(shù)。
3. 徐變問題
徐變是指結(jié)構(gòu)在高應(yīng)力作用下，隨著時(shí)間的推移在構(gòu)件中產(chǎn)生的塑性變形。松弛則是指在構(gòu)件兩端固定的情況下，由于徐變變形而導(dǎo)致其應(yīng)力隨時(shí)間的增長而逐漸降低的過程。徐變和松弛是相互關(guān)聯(lián)的，它揭示了材料的粘彈性力學(xué)性能隨時(shí)間的變化規(guī)律。徐變的特點(diǎn)是：（1）開始階段發(fā)展較快；（2）預(yù)應(yīng)力越大，松弛損失就越大；（3）應(yīng)力損失與構(gòu)件材料有關(guān)；（4）與溫度的高低有關(guān)。
國外一些實(shí)測資料顯示，索結(jié)構(gòu)由于徐變所導(dǎo)致的預(yù)張力損失可達(dá)到 10％－25％左右；膜面因徐變所導(dǎo)致的預(yù)張力損失隨膜材的種類和品牌不同而不同。為消除由于徐變所帶來的預(yù)張力損失，施工時(shí)，可對索和膜實(shí)施適當(dāng)?shù)某瑥埨?；或者在結(jié)構(gòu)施工一段時(shí)間后（通常為半年到一年左右），對結(jié)構(gòu)實(shí)施二次張拉。對采用 PVC 膜材料的工程，二次張拉尤其有必要。
松弛不僅與材料的徐變效應(yīng)有關(guān)，還與連接錨固處的滑移、支座移動(dòng)、溫度應(yīng)力、反向荷載等因素有關(guān)。通過荷載效應(yīng)分析，可以調(diào)整索和膜面的形狀及初始預(yù)張力，避免因松弛而導(dǎo)致局部索或膜面退出工作，以保證結(jié)構(gòu)的整體剛度。
4. 與支承結(jié)構(gòu)的協(xié)同計(jì)算問題
膜結(jié)構(gòu)停車棚通常是支承在下部鋼結(jié)構(gòu)上或直接與地錨相連。設(shè)計(jì)時(shí)不但要考慮膜自身的應(yīng)力和變形，還要考慮下部鋼結(jié)構(gòu)和地錨的工作性能。換句話說，膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)與鋼結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行。通常在設(shè)計(jì)膜結(jié)構(gòu)時(shí)，將膜結(jié)構(gòu)與下部支承結(jié)構(gòu)分開計(jì)算，即先將支承點(diǎn)看作不動(dòng)鉸支座對膜結(jié)構(gòu)做內(nèi)力分析，然后再將膜結(jié)構(gòu)計(jì)算的反力值施加到鋼結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)上，計(jì)算下部結(jié)構(gòu)。對于剛性支承體系的膜結(jié)構(gòu)， 剛性邊界或支承構(gòu)件在膜面張力作用下的變形會(huì)引起膜面張力損失；當(dāng)支承點(diǎn)有可能產(chǎn)生較大位移時(shí)，也必須考慮其對膜結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布的影響。 這就需要將膜與下部支承體系一起進(jìn)行整體計(jì)算。需要說明的是，下部支承結(jié)構(gòu)并非越剛越好；相反，在某些情況下，下部支承結(jié)構(gòu)的位移可以促使膜內(nèi)的應(yīng)力重分布，使應(yīng)力趨于均勻，減少可能出現(xiàn)的應(yīng)力集中或褶皺現(xiàn)象。
膜材自重較輕，地震對膜結(jié)構(gòu)的影響較小，故一般可不考慮索、膜構(gòu)件的地震作用。當(dāng)下部支承結(jié)構(gòu)在地震作用下有可能產(chǎn)生較大變形時(shí)，在膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中就必須考慮這一因素的影響。將膜與下部支承體系一起進(jìn)行協(xié)同計(jì)算，有利于對膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震分析。
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