氣枕式ETFE膜結(jié)構(gòu)受力分析

選擇一典型氣枕,根據(jù)拉伸試驗(yàn)測(cè)試的彈性模量計(jì)算氣枕處于不同應(yīng)力狀態(tài)時(shí)的外部荷載,結(jié)果如圖7.2.5所示?？梢?在ETFE膜材應(yīng)力小于22.5N/mm2時(shí),氣枕的受力性能基本是線性的,隨著荷載進(jìn)一步增大,氣枕受力性能呈非線性特征,但仍有較大安全儲(chǔ)備,一般不會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的立刻破壞。綜上所述,可將氣枕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的膜應(yīng)力控制在22.5N/mm2范圍內(nèi)為驗(yàn)證軟件計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)室測(cè)出的材料數(shù)據(jù),建立-2250mm×1265mm的氣枕模型(圖7.2.6),將其固定在鋁合金框架上按正常工作氣壓充氣(200~250Pa),然后逐步加壓來(lái)模擬不同的外部荷載情況。試驗(yàn)過(guò)程中,氣枕在正常氣壓下保持正常形狀,當(dāng)壓力增加到一定程度時(shí)開始緩慢變形,隨著壓力繼續(xù)增大,變形增加變快,最終膜材在很高的荷載下都沒有破壞。這和軟件計(jì)算結(jié)果完全符合,因此采用上述方法計(jì)算出的結(jié)構(gòu)具有足夠的安全度。

氣枕主要承受風(fēng)荷載和雪荷載,其中風(fēng)荷載按照風(fēng)洞試驗(yàn)確定,最大正風(fēng)壓為1.3kN/m2,最大負(fù)風(fēng)壓為—5.31kN/m2,陣風(fēng)系數(shù)折減為原值的0.85倍;雪荷載按100年一遇取0.45kN/m2。設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)調(diào)整膜材厚度,將氣枕內(nèi)壓控制在200~250Pa范圍,矢跨比控制在1/8內(nèi),最不利荷載組合作用下膜材應(yīng)力不超過(guò)22.5N/mm2。圖7.2.7給出了某個(gè)氣枕上層膜在最大負(fù)風(fēng)壓時(shí)的變形圖和應(yīng)力圖,其最大變形為147mm,最大應(yīng)力為18.6N/mm2。該膜片在最大負(fù)風(fēng)壓時(shí)邊界水平反力為7.33kN/m,豎向反力為4.11kN/m。