膜結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)中常見的一些問題

我國膜結(jié)構(gòu)雖然從二十世紀(jì)八十年代才開始 ,但 20 年來取得了可喜的成績 ,已建成了近 20 個(gè)大型膜結(jié)構(gòu)工程[2 ] 。然而進(jìn)步的同時(shí) ,我們也發(fā)現(xiàn)了很多問題 :設(shè)計(jì)、計(jì)算精度不夠 ,結(jié)構(gòu)安全度無法準(zhǔn)確衡量 ,監(jiān)理施工驗(yàn)收無從把握等。

1 膜材的影響

膜材是非線性材料 ,雖然在初始應(yīng)力狀態(tài)下應(yīng)變很小 ,可簡化為正交異性的線彈性材料 ,但在大風(fēng)及大雪作用下 ,膜材應(yīng)力很可能超過膜材的線彈性范圍 ,如果仍按線彈性材料進(jìn)行分析 ,卸載后將產(chǎn)生很大的殘余變形。

2 初應(yīng)力的影響

膜結(jié)構(gòu)是柔性結(jié)構(gòu) ,主要靠膜面的初應(yīng)力和形狀的變化來抵抗外荷載。沒有初應(yīng)力就沒有剛度。初應(yīng)力的合理選擇至關(guān)重要 ,初應(yīng)力給的過大 ,會(huì)使支撐結(jié)構(gòu)反力增大 ,從而增加工程造價(jià) ,同時(shí)由于膜材非線性的影響 ,膜面拉應(yīng)力的增大 ,膜材卸載后將產(chǎn)生較大的殘余變形。另一方面 ,如果初應(yīng)力給得過小 ,剛度不夠 ,膜面在荷載作用下易產(chǎn)生松弛。這種現(xiàn)象在實(shí)際中比較常見。

3 初應(yīng)力釋放及收縮補(bǔ)償值的影響

在膜結(jié)構(gòu)的裁剪分析中 ,必須將空間的有初應(yīng)力的膜曲面展開為平面的無應(yīng)力狀態(tài) ,而通常膜曲面在空間上是不可展的。目前有兩種方法 :一種是在應(yīng)力狀態(tài)下將空間曲面展成平面 ,再釋放應(yīng)力 ;另一種是在展開成平面的同時(shí)釋放應(yīng)力。這兩種方法都有誤差 ,無法定量估計(jì)。由于在實(shí)際工程中膜材料的材料特性很少精確給出 ,往往只能根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)給定一個(gè)收縮補(bǔ)償值 ,這樣勢(shì)必產(chǎn)生較大的誤差。

4 施工過程的影響

施工過程是將膜由平面無應(yīng)力狀態(tài)張拉成空間預(yù)應(yīng)力狀態(tài) ,不同的張拉順序?qū)δそY(jié)構(gòu)這種非線性結(jié)構(gòu)會(huì)帶來不同的應(yīng)力分布 ,而且目前現(xiàn)場(chǎng)也沒有比較準(zhǔn)確的測(cè)力器 ,對(duì)于張拉后是否張拉到了找形時(shí)的預(yù)應(yīng)力水平往往由經(jīng)驗(yàn)比較豐富的工作人員用手拍拍來判斷 ,這將帶來較大的誤差。