气承式充气膜结构的索膜接触分析

• 作 者: 王超
• 出 处: 合肥工业大学
• 发表日期: 2014年期
• 关键词: 充气膜结构 有限元法 索膜接触 摩擦 风荷载

充气膜结构是一种依托于建筑科学和材料科学发展进步、融合建筑与艺术的创新型结构形式。凭借丰富的艺术造型和轻质、高强、自洁、透光性等诸多优势,被广泛运用于各类建筑及维护结构。本文对索膜接触的计算分析旨在为实际工程应用提供具有参考价值的数据和建议。文中介绍了充气膜结构的发展历程,结构形式及特点,膜材及索材的特性,综述了充气膜结构近年来在国内外的工程应用概况和理论研究现状,阐明了充气膜结构的工作原理、研究方法。给出了有限单元法理论,运用有限元软件ANSYS建立了索与膜面接触模型。初始形态下,通过改变内压、摩擦系数、膜厚,对气承式充气膜结构进行索膜接触分析,并对比了接触模型与共节点模型分析结果。得到索可以使得结构刚度增大,增强了结构的整体稳定性；合理的内压可以使索与膜面获得比较均匀的预应力；膜厚对接触分析各结果的影响不同,在膜结构设计时应予以考虑；接触模型比共节点模型更合理。柔性的膜结构具有较强的几何非线性,在荷载作用下索和膜之间的相对滑动不可避免。考虑风荷载、风向、风速、内压及摩擦系数的改变,对气承式充气膜结构的索与膜面进行接触分析,并计算自重影响。可得到索施加可以有效预防膜面掀开、膜材撕裂等破坏；迎风面索对结构抵抗外荷载没有突出功效；合理的内压可以有效维持结构形态、抵抗外荷载；不同摩擦系数对索轴力及接触分析的影响不容忽略。