气枕式ETFE膜结构受力分析

选择一典型气枕,根据拉伸试验测试的弹性模量计算气枕处于不同应力状态时的外部荷载,结果如图7.2.5所示。可见,在ETFE膜材应力小于22.5N/mm2时,气枕的受力性能基本是线性的,随着荷载进一步增大,气枕受力性能呈非线性特征,但仍有较大安全储备,一般不会导致结构的立刻破坏。综上所述,可将气枕结构设计的膜应力控制在22.5N/mm2范围内为验证软件计算结果和实验室测出的材料数据,建立-2250mm×1265mm的气枕模型(图7.2.6),将其固定在铝合金框架上按正常工作气压充气(200~250Pa),然后逐步加压来模拟不同的外部荷载情况。试验过程中,气枕在正常气压下保持正常形状,当压力增加到一定程度时开始缓慢变形,随着压力继续增大,变形增加变快,最终膜材在很高的荷载下都没有破坏。这和软件计算结果完全符合,因此采用上述方法计算出的结构具有足够的安全度。

气枕主要承受风荷载和雪荷载,其中风荷载按照风洞试验确定,最大正风压为1.3kN/m2,最大负风压为—5.31kN/m2,阵风系数折减为原值的0.85倍;雪荷载按100年一遇取0.45kN/m2。设计时通过调整膜材厚度,将气枕内压控制在200~250Pa范围,矢跨比控制在1/8内,最不利荷载组合作用下膜材应力不超过22.5N/mm2。图7.2.7给出了某个气枕上层膜在最大负风压时的变形图和应力图,其最大变形为147mm,最大应力为18.6N/mm2。该膜片在最大负风压时边界水平反力为7.33kN/m,竖向反力为4.11kN/m。