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充气膜结构的分析与探讨
- 2020-06-17-

  充气膜结构的原理是通过压力控制系统向膜内充气,使室内外保持一定的压力差,膜体产生一定的预张力从而保证体系的刚度以抵御风、雪的荷载。球仓在施工中则是利用充气薄膜作为模板,不需要任何附加支撑定制的充气薄膜,在作为模板施工完成后,球仓的外表面有一层可以保温、防腐蚀的薄膜,节省了二次装修的费用具有节能、不环境污染的特点。

  充气式膜结构的变形对球仓的末后形态有很大影响,其膜的附着承载力是结构能否实现的关键。膜结构分析采用只具有面内膜刚度而无面外的弯曲刚度单元分析,单元划分的较大尺寸控制在1.0m以下。充气压力为600Pa,风压按基准期10a考虑取值为0.25kNm2。根据分析得出充气膜内部加压600Pa,水平方向较大变形0.32m(高度的1/125)竖向较大变形为0.39m(跨度的1/180)変形相对比较大。水平方向的变形从0点到较大值竖向距离很短也就是易出现“鼓肚”现象。

  充气式膜结构的初个自振频率为2.489(周期为0.4s)为水平振动第2自振频率为3.562Hx(周期为0.28s)为竖向振动。从动力特性来看虽然膜材是柔性材料但是在内压形成的张力作用下具有一定的刚度。

  充气式膜结构在内压的作用下在球面位置应力比较均匀在底部约束部位变化比较大。根据计算结果某工程充气式膜结构内压取值为600Pa。工艺专项对仓体的形状要求比较严格,但充气式膜结构在施加内压后变形比较大,如何控制其变形使之满足要求即膜结构的找形,就是找到一种外形再施加内部压力后其外形和设计要求的一致。

  在该项目中利用 Ansys软件进行了这方向的尝试。找形的主要步骤如下:先是计算充气式膜按设计形状直接加压后变形值,再用设计形状减去该变形值,经过反复该步骤得到的充气膜模型,加压后和设计形状基本一致,较大偏差只67mm。找形完成后的节点坐标可拟合成三维模型,导入相关软件进行放样裁剪。