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电影结构停车棚、景观棚

发布时间:2021-04-10
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膜结构的设计分为三个步骤

(1) 找到初始平衡形状;

(2) 各种荷载组合下的力学分析,确保安全;

(3) 切割和制作。发达国家从20世纪60年代开始提出各种计算方法,

到目前为止,有限元法是比较先进和广泛应用的方法。这种方法是从刚性板壳的大变形理论移植而来的。

从下面的分析可以看出,膜结构不适合用这种平面单元作为只能拉伸的软壳,因为对于刚性壳,这种平面单元可以看作是平面应力单元和板弯曲单元的组合,将这两个单元刚度矩阵结合起来,就可以得到单元刚度矩阵。膜结构作为一种软壳,不能抵抗弯曲。它只能依靠膜表面曲率的变化,使膜表面的内力重新分布,以抵抗垂直于膜表面的外荷载。

如果采用这种只考虑面内应力的板单元,应变的线性部分将不反映面外Z向位移的影响,导致单元不包含Z向节点反力,各单元的静力不平衡。所幸的是,应变的非线性部分考虑了z向位移的影响,通过连续迭代可以近似平衡组合单元的总平衡方程。缺点是需要过大的面内位移才能满足平衡要求。实际上,它只需要在平面外和平面内有一定的位移和曲率变化。

有鉴于此,我国膜结构技术人员在世界上首次采用弯膜机组。应变的线性部分引入了单元的Z向位移、曲率和扭转率。非线性部分仍然保留了Z位移的影响。这样可以方便地满足各单元或组合单元的平衡方程,大大减少迭代次数,变形结果更符合实际情况。

而且由于单元中各点的应力不同,判断是否有褶皱更为准确。最后,各单元的曲率和扭转比可以为判断初始找形是否正确以及切割提供大量有用的信息。

基于曲面有限元的膜结构找形和内力计算方法是一种最小的方法。曲面具有理想的表面形状和应力状态,是膜结构最合理的初始状态。所谓最小曲面是指在给定的边界条件下,面积最小的曲面。

这个表面上任何一点的应力都是相等的。20世纪60年代以来,发达国家提出了许多计算方法,如物理模型法、力密度法、动力松弛法等。

无论在国内还是国外,膜结构的计算模型都采用平板膜单元。这种方法是从刚性板壳的大变形理论移植而来的。

膜结构作为一种只能拉伸的软壳,不适合采用这种平面单元。其缺点是需要过大的面内位移才能满足平衡要求。实际上,它只需要一定的面外和面内位移和曲率变化。

结果表明,在以后的内力计算中,用实际材料常数代入后,前一次找形得到的最小曲面与膜结构的实际形状在视觉上可能相差不大,但在计算中不能忽略,因此计算容易发散或起皱。

这也是其他方法的共同缺点。他们往往将这一连贯过程分为两个阶段:理想化的找形和实际的验算,这并不能保证所有的找形都能与实际的膜材料建立在最小等应力面上。