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膜结构相关剖析软件

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膜结构相关剖析软件

发布日期:2018-07-14 作者: 点击:

3.2 相关剖析软件

  膜结构剖析软件可大致分为三品种型。榜首类是单纯的找形软件,它们多数是从相应规划软件的找形部分分离出来的。像德国的 CADISI 相当于 EASY的找形模块,意大利的 TensoCAD相当于 Forten 找形模块,新加坡的 WinFabric/Lite 是 WinFabric 找形部分。这些软件可供修建师用于找形概念规划。第二类软件包含找形及裁剪两部分,即不只能找出形状还能断定裁剪线,并绘出膜材的下料图,但荷载态的剖析要凭借其它非线性软件完结。像英国的 Patterner 及新西兰的 Surface 等均属此类。第三类软件包含找形、荷载态剖析及裁剪等悉数内容,可生成直接供电脑操控的裁剪机器下料的数据,像德国的 EASY,英国的inTENS,意大利的 Forten32,新加坡的 WinFabric 等。一些闻名的膜结构公司如 Birdair等具有自己开发的专用软件。

4.  核算成果的剖析

4.1  曲面病态的断定与调整

  找形的意图是要得到既契合修建师的外形构思,又契合鸿沟束缚和力学平衡的空间形状。可是并非悉数经过找形得到的形状都是合理的,或是最优的。由于膜结构的形状与膜面内的应力之间存在彼此限制的联络,因而假设在荷载态剖析中出现褶皱过多或变形过大的情况,就阐明膜结构的形状不合理,即存在“病态”区域或曲面是“病态”的。

1. “病态”曲面的断定

  关于“病态”曲面的断定能够从几许﹑应力和刚度三方面来调查。

  几许方面:首要是看外形是否尽可能挨近修建师的外形构思;是否存在较大规划的扁平域(扁平意味着几许刚度低,易发作积水或积雪);曲面的曲率改动是否陡峭(曲率的过大改动,将导致支承条件杂乱且膜面应力会集),等等。

  应力方面:首要是看是否有应力会集现象;应力分区不宜太多,相邻应力分区的应力值相差不宜太大。

  刚度方面:首要是针对受荷情况而言,即受荷时是否因张力消失而出现褶皱,是否在风雪荷载下出现过大的变形。

2. “病态”曲面的调整

  关于病态曲面,可考虑选用以下批改办法:

  几许操控批改法:经过批改支承及鸿沟条件来批改曲面几许,然后批改结构的刚度。

  应力操控批改法:经过批改曲面的预张力散布及数值来批改结构的刚度。

  归纳批改法:一同批改支承及鸿沟条件和膜面预张力,得到新的平衡曲面。

  曲面的病态判别及批改,在某种程度上,就是一个曲面优化的问题。这儿的优化,要结合荷载态剖析的成果(是否有张力消失,变形是否过大)来进行,所以说,找形与荷载态剖析是个屡次重复的进程。

4.2  位移操控和应力操控

  膜结构具有较强的几许非线性,各项荷载效应无法进行线性组合。现在国表里习气上都还选用依据安全系数的容许应力法规划膜结构。规划时需考虑不同的荷载组合,其间恒荷载、初始预张力参加悉数的组合。

1. 位移操控

  膜结构是经过大变形来习气外加荷载的。关于小品类膜结构而言,膜面的容许位移能够取大一些;而中、大跨度的膜结构,一般膜面较为扁平,过大的竖向位移易导致积雪积水,使膜面发作渍斑乃至结构坍毁;水平位移过大也易使人发作不舒适感。别的,要留意防止膜结构因大位移与周围其他物体发作冲突或碰击导致膜面决裂。

2. 应力操控要求

  在各种荷载作用下,膜面各点在经纬方向的最大应力应小于所用膜材的抗拉强度除以相应的安全系数。此外,还应保证在各种荷载组合作用下,悉数索段均处于受拉情况;在长时刻荷载组合(恒荷载、初始预张力)作用下,悉数膜片均处于张力情况。

5.  膜材、索及索具的规划

5.1  膜材的规划
 
  膜材一般存在以下几种失效办法:①膜材内的拉应力超越其经向或纬向抗拉强度,导致膜材被拉断;②由于膜材接缝处或膜与其它结构的衔接处的衔接强度缺乏所导致的开裂;③在膜材装置进程中或由于结构不妥所导致的膜材撕裂。从结构视点讲,对膜材的挑选就是要保证膜材的抗拉强度、衔接强度和抗撕裂强度满意结构规划的要求。

  关于榜首种失效办法,能够经过增大膜材的安全系数来防止。一般在永久性荷载(如自重、预张力)作用下,膜材的安全系数取 8;关于风荷载起操控造用的组合,安全系数取 4;关于雪荷载,安全系数则取 5[4]。由于雪荷载一般会持续一段较长的时刻,能够以为是一种半永久性荷载。由于膜材的经纬向抗拉强度及膜面在各个方向的应力并不相同,上述校核要按方向别离进行。

  关于第二种失效办法,可在接缝核算时加大安全系数、保证必要的接缝宽度来防止。当选用焊接衔接时,一般 PVC 及 PTFE 膜材的接缝宽度为 40 至 60 mm,小品中也有选用 25 mm 的;ETFE 膜材的焊接接缝宽度一般为 10 mm。详细宽度取决于膜面规划应力及焊接加工的质量;接缝强度还与温度相关,温度越高,强度越低。除规划选定外,实践加工时还需试焊、测验接缝强度。

  第三种失效办法,往往与应力会集有关,这也是规划和装置进程中特别要留意防止的。由于膜材的撕裂强度仅为其抗拉强度的非常之一左右, 从国内已有膜结构的工程阅历来看,膜材撕裂是最易发作的工程事端。膜材装置进程中的暂时固定办法不妥是导致膜材撕裂的首要原因之一,此刻的膜材现已打开但没有绷紧,在阵风的作用下极易导致膜材撕裂。规划中所选用的结构办法不妥,也是导致膜材内的应力会集并终究撕裂的原因之一。在膜面与其它构件的衔接处简略发作应力会集,对这些部位应恰当进行补强,即添加鸿沟处膜的层数。此外,由于膜结构的变形比较大,在膜结构与钢结构的衔接部位应保证具有满意的自由度;一同要防止膜面在风作用下与周围其它物体相磕碰或冲突而使膜面受损。

5.2  索及索具的规划

  膜结构用索一般为高强钢丝组成的半平行钢丝索、钢绞线、钢丝绳等。半平行钢丝索是由若干高强度钢丝并拢经节操距扭铰而成,能够充分发挥高强钢丝的强度,弹性模量也与高强钢丝挨近,多用于大跨度修建和重要修建中。钢绞线是由若干钢丝捻铰在一同而成,由于各钢丝之间受力不均匀,其抗拉强度和弹性模量都要低于半平行钢丝索。钢丝绳是由若干股钢绞线沿同一方向环绕而成,其强度和弹性模量又略低于钢绞线;其长处是比较柔软,适用于需求曲折且曲率较大的构件,在一些中小型膜结构中运用较多。

  关于索的功用的评价首要有抗拉强度、伸长率、屈从强度和化学成分等几个方面。一般,高强钢丝的抗拉强度为 1470 N/mm 2 ~1860 N/mm 2 ,伸长率为 5%~6%。关于半平行钢丝索和钢绞线,其弹性模量约为 1.9×10 5  Mpa;钢丝绳的弹性模量视结构及成型工艺不同大多介于 0.7~1.1×10 5  Mpa 之间, 经过预张拉处理后的可达 1.4~1.7×10 5  Mpa。

  索的防腐处理一般有三种办法:钢铰线镀锌、裹以树脂防护套、表面喷涂。镀锌有电镀和热蘸镀两种办法,镀锌厚度约为 25~40 微米,防护有用期与所在环境的恶劣程度有关。树脂防护套构成一个密封的隔离层阻挠了索与外界环境的触摸,所用材料多为高密度聚乙烯(PE)。表面喷涂也是为了构成一种隔离层,所用材料是矿脂化合物或组成蜡,消融后喷涂。关于膜结构用索,国内多选用镀锌钢绞线或镀锌钢丝绳;当钢绞线、钢丝绳显露时,则需选用 PE 护套或其他办法防护。国外膜结构用索多为不锈钢索。

  索具是衔接索与其它结构的重要构件,其力学功用有必要保证:①在索破断拉力的作用下没有显着屈从;②在各种荷载组合和环境改动下,保证安全牢靠;③在动荷载重复作用下不会出现疲惫失效,也不会导致索端头的部分疲惫失效。

  膜结构用索具可选用热铸(如巴氏合金、锌铜合金等)或压接(如套环、异型螺杆等)。索具应作表面镀锌处理,并应进行超声波探伤。索具与索的衔接处应进行密封处理, 还应保证索具与索衔接部分的强度不小于索抗拉强度的 95%。由于不锈钢材料的强度高,用其做成的索具细巧、精美、耐久,条件答应时应优先选用。



  索和索具的强度校核多选用容许应力法。关于索,安全系数一般不小于 2.0,即索的抗拉破断力应不小于其最大作业应力的 2.0 倍。索具的安全系数一般不小于 2.2。

6.  结语

  本文侧重对膜结构荷载态剖析中的一些首要问题进行了讨论,包含荷载取值、特别是风荷载的断定办法;荷载态剖析的办法及需求留意的一些问题;常见的膜结构剖析软件等。事实上,与传统结构的剖析相同,规划人员对核算成果的剖析与评判,往往比核算剖析本身更为重要。文章后半部分介绍了怎么评判核算成果,以及膜、索及索具等构件的规划办法。


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