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膜结构自行车棚滑移索单元问题的研究分析
编辑:山东双天金属制品有限公司   时间:2021-02-23

  在实际膜结构自行车棚工程中,索膜结构常常靠施加预拉力以提供刚度,这种预拉力是在施工过程中通过张拉膜和索的端头来完成的。在结构实际的张拉及受力过程中,索和膜之间是可滑动的,这个滑动过程是通过膜面固定不动,而索在膜面上的滑动来实现的,因此结构内力分布较均匀。

  在现有的薄膜结构计算程序中,对索和膜之间的滑动均未作考虑,认为索和膜之间在节点处相互卡紧,索不能在膜面上滑动,这与索和膜的实际的工作原理不相符。因此,有学者将就索与膜间的滑动进行了初步探讨。

  在实际的索膜结构自行车棚中,索和膜之间存在一些摩擦力,因此索膜之间的滑动不能是没摩擦的。解决工程中索膜间滑动的问题,应当依次由两方面进行着手∶

  (1)不考虑索膜间的互相摩擦,解决无摩擦时两者之间的滑动;

  (2)通过试验,测定索膜之间相互摩擦系数,求得摩擦力,再考虑有摩擦时,索膜之间的滑动。

  目前,就悬索结构中的索与索之间的滑移,我国学者曾针对矿山索道、游览索道之中的滑移问题提出过索的变原长计算模型,这种方法以改变力在索上的作用位置来实现索的滑移,当索端部的张力未知时就不适用;也有人利用五个节点的曲线索单元,建立滑移索单元求解模式,来进行求解。但这些理论均只应用于悬索结构中,并且其计算理论也较为繁琐。

  有学者在不考虑索膜之间的相互摩擦,先是着手于解决无摩擦时两者之间的滑动,为越进一步解决实际工程中存在摩擦的索膜之间的滑移提供条件,其针对滑移问题,提出了一种新的方法,把索段细化成为索单元,运用改进之后的二节点直线索单元进行了滑移索单元的计算。推导了滑移索单元的非线性刚度矩阵,阐述了滑移的基本原理及具体的迭代求解方法,并用这种方法编制了静力分析程序,使之应用于滑移索单元的分析。

  针对膜结构自行车棚结构中常用的形式一伞形结构,进行了考虑滑移和不考虑滑移的比较分析,得出了以下结论∶

  (1)对于边索Cable1和脊索Cable2考虑滑移时可显明减低同一根索上各索段之间的内力,使之变得均匀,而此时该索上各节点坐标变化不大。

  (2)根据结构上三个控制点之间的膜单元在考虑滑移与不考虑滑移两种情况时的应力。可看出考虑滑移时膜单元的应力变得均匀,较不考虑滑移时,应力大的单元,当考虑滑移时应力变小;应力小的单元,当考虑滑移时应力变大;从而使应力变得较均匀。

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