膜结构膜面褶皱的处理问题

   褶皱是指膜材在单向拉应力状态下出现的平面外变形。膜结构膜面的褶皱可分为两种:一种是因膜面在一个方向上张力消失导致膜材松弛而产生,称之为结构褶皱;另一种是因膜材生产过程缺陷、热合不当或包装折叠不当而产生,称之为材料褶皱。结构褶皱是临时的,会随膜面重新受拉而消失,而材料褶皱是永久的。通常所说的褶皱是指前者,即结构褶皱。褶皱对膜结构的影响不仅体现在视觉效果上,对结构性能的影响也是不可忽视的。膜结构褶皱的出现将导致膜面预张力的重分布,从而使得膜面某些区域的应力低于设计值,而另一些区域的应力高于设计值。

   当膜结构膜面应力低于设计值时,将导致结构局部刚度降低,易产生微风振动;当膜面应力高于设计值时,将导致膜材产生较大的应变和徐变,甚至发生膜材局部撕裂。此外褶皱还会影响结构的美观和排水性能。因此,应尽量避免膜材在正常使用状态(长期荷载组合)下出现褶皱。在荷载态分析中,可以通过对单元主应力的计算来判别褶皱单元。

设单元主应力为δ1 和δ2 ,且δ1 > δ2,则:
1 ) δ1 > 0, δ2> 0, 单元正常工作;
2 ) δ1 < 0, δ2< 0, 单元退出工作;
3 ) δ1 > 0, δ2< 0, 单元为单向受拉。
   对于第三种情况——单向受拉,可认为将出现褶皱。计算时可采用修改褶皱单元刚度矩阵的方法来减小或忽略褶皱单元对整体刚度矩阵的贡献。如果膜结构在荷载作用下产生较多褶皱,说明膜结构的刚度不足,找形得到的曲面存在”病态”。此时应回到找形阶段,对曲面进行修正,即通过修改局部区域的边界条件或调整预张力的方法来修正结构的刚度。

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