复杂环境下气枕式ETFE膜结构分析

论文摘要

“水立方”的墙体和屋面采用了气枕式ETFE膜结构形式。水立方是国内的首例气枕膜结构建筑,其设计经验及资料非常少,也几乎没有相关规范,有许多方面还有待于进一步研究。本文以“水立方”为研究背景,选取了几种不同形状的气枕模型,研究了气枕结构的找形特点和过程,提出了二次找形的分析理论;分析了在不规则形状的边界条件下气枕内压对边界连接件的影响规律,得出了气枕密封加固的位置规律;通过分析温度作用对气枕膜结构的影响,得出了温度与内压的关系;通过雪荷载的不均匀分布情况得出膜面初始应力对气枕膜面应力的影响;通过分析气枕在集中荷载作用于不同位置时的承载能力状况,得出上人维修时的注意事项。此外本文还简单讨论了冰雹对气枕结构的冲击作用,以及对气枕结构危害的严重性。希望通过本文对气枕式ETFE膜结构在复杂环境下的这些分析,能对气枕式ETFE膜结构的设计及检查维护提出一定的借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 充气膜结构的分类
• 1.2 膜材的分类及膜材的特性
• 1.2.1 织物膜材及其特性
• 1.2.2 热塑性化合物薄膜
• 1.2.3 ETFE 膜材
• 1.2.4 膜材的徐变与松弛特性
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 国外的研究现状和工程实例
• 1.3.2 国内的工程应用及研究现状
• 1.4 本文研究的主要内容
• 2 膜结构的找形分析理论
• 2.1 概述
• 2.2 力密度法
• 2.2.1 膜面模拟
• 2.2.2 力密度与膜面几何特性
• 2.3 动力松弛法
• 2.4 有限膜单元法
• 2.4.1 基本假定
• 2.4.2 坐标系定义和坐标转换
• 2.4.3 位移函数
• 2.4.4 几何条件
• 2.4.5 物理方程
• 2.4.6 平衡方程
• 2.4.7 迭代过程中皱褶单元的处理
• 3 气枕膜结构的找形分析
• 3.1 引言
• 3.2 肥皂泡理论
• 3.3 二次找形分析概念的提出
• 3.3.1 概述
• 3.3.2 第一次找形分析
• 3.3.3 第二次找形分析
• 3.4 找形分析在ANSYS 中的实现方法
• 3.5 找形算例
• 3.5.1 算例1 与气枕实验进行比较
• 3.5.2 算例2
• 3.6 本章小结
• 4 气枕膜结构的荷载分析
• 4.1 引言
• 4.2 设计荷载组合
• 4.2.1 国内外规范及经验值
• 4.2.2 气枕内压
• 4.3 内压作用下气枕膜面应力对边界连接的影响
• 4.4 雪荷载对气枕膜结构的影响
• 4.4.1 均布雪荷载对气枕结构的影响
• 4.4.2 全跨不均布雪荷载
• 4.4.3 半跨的不均布雪荷载
• 4.5 温度变化对气枕内压的影响
• 4.5.1 外界环境温度对气枕膜结构的影响分析
• 4.5.2 热胀冷缩对气枕的影响
• 4.6 集中力对气枕的影响分析
• 4.7 冰雹对气枕的冲击作用
• 4.8 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 本文主要结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间已发表的学术论文及科研成果