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膜构造车棚规划

  
  膜构造车棚规划首要分成以下四大部份:
  1、膜资料的构成和分类
  2、膜结构的形状断定
  3、膜结构的荷载剖析
  4、膜结构的裁剪剖析
  1、膜结构车棚膜资料的构成和分类
  浅显地讲,膜材即是氟塑料外表涂层与织物布基依照特定的技能粘合在一起的薄膜资料。常用的氟素资料涂层有PTFE(聚四氟乙烯)、PVDF(聚偏氟乙烯)、PVC(聚氯乙烯)等。织物布基首要用聚酯长丝(涤纶PES)和玻璃纤维有两种。
  膜材的粘合即是将涂层与基材合二为一构成全体。建筑构造所用的膜材大多是以压延成型和涂刮成型的。所谓压延成型,即是将选定的软PVC经塑炼后投入压延机,依照所需厚度、宽度压延成膜,当即与布基粘合,再经过轧花、冷却即可制得压延膜材。而涂刮成型,则是将聚氯乙烯糊均匀地涂或刮在布基上,再加热处理即可取得涂刮膜材,遍及的是选用刮刀直接涂刮,也有选用辊式涂刮的。
  依据外表涂层(Coating)和织物基材(Layer)不一样,膜资料分为三大类:
  (1)A类膜材是玻璃纤维布基上敷聚四氟乙烯树脂(PTFE),这种膜材的化学功能极端安稳,露天运用寿命达25年以上,为不燃资料(经过A级防火测验)。
  (2)B类膜资料是玻璃纤维布基上敷硅酮涂层,因为膜材本身功能欠佳,现在根本不再运用。
  (3)C类型膜资料是聚酯长丝布基上涂聚氯乙烯树脂(PVC),这种膜材受天然条件如日晒雨淋等影响较大,通常运用寿命为10年至15年,是难燃资料(经过B1级防火测验)。
  膜资料的性质
  膜作为继木材、砖石、金属、混凝土以后的第五代建筑构造资料,具有明显的本身特性。第一代木材和第三代钢材拉压功能均杰出,第二代砖石和第四代混凝土则只具有杰出的抗压才干,作为第五代的膜资料则只能受拉,没有承压和抗弯曲才干,这是膜的最实质的特征。
  详细地讲,膜材的首要特征如下:
  (1)拉伸功能
  膜材的拉伸功能包含拉伸强度(TensionnStrength)、拉伸模量(ModulusofElasticity)和泊松比(Poisson?sRatio)三个力学目标。膜材本身不能受压也不能抗弯,但具有很高的拉伸强度,所以要使膜构造正常作业就有必要引进预拉力、并构成互反曲面。通常膜资料的拉伸强度都可达100MPa以上。模材应力-应变关系是非线性的,通常选用切线模量作为弹性模量,膜材的弹性膜量约为钢的1/3左右。膜材的泊松比,即横向变形特征,约为0.2左右。因为膜是双向受力构造,规划时有必要以膜材的双轴拉伸试验断定膜的弹性膜量及泊松比。
  (2)撕裂强度
  膜材是张拉构造资料,其撕裂损坏比受拉损坏要严峻很多,所以撕裂强度和抗撕裂功能非常主要。PVC涂覆聚酯长丝织物具有中等的撕裂强度,PTFE涂覆玻璃纤维的资料具有较高的撕裂强度。
  (3)正交异向性
  张拉膜构造曲面需求经向和纬向两个主轴方向反向曲率来确保,一个方向的曲率向下凹,另一个方向有必要向上凸。传统膜材基材是由经﹑纬向纱线织造而成,因此出现很强的正交异性功能,经纬向变形才干相差达3-5倍之多。
  (4)蠕变和松懈
  蠕变和松懈是膜材的另一个主要特性,也是膜起皱和失效的主要因素,在裁剪剖析和加工时需求思考这个要素。聚酯长丝织物在运用的头十年里就会因为蠕变损失50%的预张拉力,相反,玻璃纤维织物要安稳很多。
  (5)非力学性质:安全方面的性质,如耐久性、防火功能、防雷功能等;非安全方面性质,如隔音或音响功能、自洁功能等等。
  因为膜构造的造型请求和膜材本身特性的因素,膜构造规划与其它构造有很大的不一样。膜构造规划包含形状断定(“找形”,FormFinding)、荷载剖析(LoadingCaseAnalysis)和裁剪剖析(CuttingPattern)等三方面内容,下面别离论说。
  膜构造的形状断定
  膜构造的形状断定疑问即是断定初始状况的疑问,在很多专著上被称为“找形”(FormFinding)。膜构造的形状断定疑问有两种类型:
  (1)给定预应力散布的形状断定疑问:预先假定膜构造中应力的散布状况,在依据受力合理或经济原则进行剖析核算,以得到膜的初始几许状况。
  (2)给定几许鸿沟条件的形状断定疑问:预先断定膜构造的几许鸿沟条件,然后核算剖析预应力散布和空间形状。
  番笕泡即是最合理的天然找形的膜构造。最初的找形正是经过皂膜比较来进行,后来开展到用别的弹性资料做模型,经过丈量模型的空间坐标来断定形状,关于简略的外形也能够用几许剖析法来断定,膜构造找形技能的真实开展来自核算机有限元剖析办法的开展。为了寻求膜构造的合理的几许外形,需求经过核算机的多次迭代才干得到。
  常用的核算机找形办法有:力密度法、动力松懈法、有限元法。
  1.力密度法
  索网构造中拉力与索长度的比值定义为力密度(ForceDensity)。力密度法(ForceDensityMethod)是由Linkwitz及Schek提出来的,原先仅仅用于索网构造的找形,将膜离散为等代索网,后来,该办法被用于膜构造的找形。把等代为索的膜构造看成是由索段经过结点相连而成,经过指定索段的力密度,树立并求解结点的平衡方程,可得各自在结点的坐标。
  不一样的力密度值,对应不一样的外形。当外形符合请求时,由相应的力密度即可求得相应的预应力散布值。力密度法也能够用于求解最小曲面,最小曲面时膜内应力处处持平,番笕膜即是最佳的最小曲面的比如。实际上的最小曲面无法用核算机数值核算办法得到,所以工程上常选用指定差错来得到可接受的较小曲面。
  力密度法的优点是只需求解线性方程组,其精度通常能满意工程请求。用力密度法找形的软件有德国EASY(EasyForm)、意大利Forten32、新加坡WinFabric等。
  2.动力松懈法
  动力松懈法(DynamicRelaxationMethod)是一种专门求解非线性系统平衡状况的数值办法,他能够从恣意假定的不平衡状况开端迭代得到平衡状况,最早将这种办法用于索网构造的是Day和Bunce,而Barnes则成功地应用于膜构造的找形。
  力密度法仅仅从空间大将膜离散化,而动力松懈法从空间和时刻两方面将膜构造系统离散化。空间上的离散化是将构造系统离散为单元和结点,并假定其质量集中于结点上。时刻上的离散化,是对于结点的振荡进程而言的。初始状况的结点在激振力效果下开端振荡,这时盯梢系统的动能;当系统的动能到达极值时,将结点速度设置为零,盯梢进程重新开端,直到不平衡力为极小,到达新的平衡停止。动力松懈法 特点是迭代进程中不需求构成刚度矩阵,节省了刚度矩阵的构成和分化时刻,并可在核算进程中修正构造的拓扑和鸿沟条件,该办法用于求解给定鸿沟条件下的平衡曲面。其缺点是迭代过程通常很多。