气枕式ETFE膜结构的找形分析

对气枕式ETFE膜结构的找形分析进行了研究.由薄膜理论导得膜结构的微分方程,并采用弹性力学的扭转分析法进行求解.文中给出了矩形、等边六边形、椭圆形、圆形、等边三角形、完整扇形及任意扇形等ETFE气枕的找形计算公式,这些公式对气枕式ETFE膜结构的设计具有一定参考价值.此外,对ETFE气枕的边缘构件进行了分析,并给出了设计建议.     

荷载作用下气枕式ETFE膜结构受力性能分析

对气枕式ETFE膜结构的受力性能进行了研究,分析了均布荷载作用下ETFE膜结构气枕的膜面位移和内力随荷载变化的规律,分别考察了气枕的初始内压、高跨比、薄膜厚度等参数对气枕位移、膜面应力的影响,给出了其参数变化影响规律.此外,对ETFE气枕的边缘构件进行了受力分析,分别给出了初始形态下和受荷状态下边缘构件的受力特点.通过分析,给出了设计建议.     

ETFE气枕式膜结构

随着ETFE(Ethylene Tetra Fluro Ethylene)膜材的成功研发,凭借其轻质、透光、隔热、抗腐、耐候、自洁等良好的性能而被广泛应用,大量的学者也对其开展研究。ETFE膜材为非织物类膜材,相比织物类膜材其单张膜的抗拉强度较低,常采用气枕的形式多张共同受力,并通过内压使其具有合适的刚度,由此产生的气枕式膜结构具有较好的力学性能和使用性能,逐渐得到广泛的发展并具有良好的前景。提炼出了ETFE气枕式膜结构相比于其它膜结构独有的可调节特性,在服役过程中通过内压改变对受力性能、透光率、隔热性能等的自动调节能力,并对ETFE气枕式膜结构的发展、性能、设计方法与施工技术进行研究与归纳,总结了国内外学者对ETFE气枕式膜结构的研究现状,对工程实践具有一定的指导意义。     

ETFE气枕式膜结构——以空气作为建筑材料的结构

通过介绍20世纪人类在充气式膜结构领域的探索,该文详细分析了ETFE气枕式膜结构这一新型充气式膜结构形式在结构体系方面的诸多优势,并且从生态可持续性领域论述了该结构体系对建设集约型社会所具有的重要意义。     

ETFE薄膜气枕模型试验研究

设计制作了2个不同矢跨比的ETFE薄膜气枕模型,进行了气枕形状测试、加压以及铺砂加压试验,得到了气枕形状坐标以及膜面随气压的变形量。对ETFE薄膜进行单向拉伸试验,测得材料的屈服强度、切线弹性模量和割线弹性模量。利用几何非线性有限元进行了数值分析,将数值结果与试验值进行了比较分析。结果表明:ETFE薄膜可按各向同性材料分析,数值计算结果与试验值吻合较好;在同样内压作用下,气枕矢高较高时膜面位移与膜面应力较小;ETFE薄膜采用割线弹性模量计算得到的膜面位移与试验值比较吻合,采用切线弹性模量计算得到的变形小于试验值。     

ETFE膜结构在安装施工过程中存在问题的分析

本文介绍了ETFE膜结构的特点和类型及其在建筑工程中的应用,通过对ETFE膜结构在施工安装过程中存在问题进行分析,针对其安装施工环节提出了相应的建议。     

ETFE膜结构屋面刍议

建筑外围护的膜结构有骨架式、张拉索膜式以及充气式三种,所用ETFE膜材化学稳定性好,不需其他面层保护,透光性强。国家体育场“鸟巢”的膜材外围护结构,创造性地将钢索复合在膜材背面,既抗风揭,又保持其自然外观。这一使建筑造型多样化的全新的建筑技术表现形式,将获得广泛应用。     

ETFE气枕结构设计--国家游泳中心气枕结构设计简介

应用于2008年北京奥运国家游泳中心工程的ETFE气枕是一种新型的建筑围护结构, 具有材料重量轻、透光性好、美观等优点。本文首先介绍了气枕结构的受力特点, 接着分析了ETFE气枕的找形和各荷载工况下的应力分布和变形, 并对堆积雪荷载、温度、矢跨比及膜厚等参数对结构的影响进行了比较分析, 最后提出了气枕结构的一般设计方法。本文结论对ETFE气枕结构的进一步研究应用具有参考价值。     

ETFE气枕与ETFE薄膜性能高温环境试验研究

根据中东阿布扎比高温、温差大的环境特点,设计了ETFE气枕性能高温环境试验系统,主要包括密封环境模拟室,776mm×776mm气枕模型,环境加热与ETFE气枕压力计算机自动控制系统,温度、位移数据采集系统.研制出试验系统,进行了40℃～80℃温度变化、6个周期18小时下气枕性能测试,然后利用气枕膜片制备试件,进行了ETFE薄膜厚度测试、ETFE薄膜和缝合节点拉伸试验.得到了相应的膜面矢高位移、试件破坏形态、应力应变曲线、极限强度和破断延伸率,对工程设计具有指导参考价值.     

框式ETFE膜结构幕墙的性能分析

ETFE材料重量轻、透光率高、自洁性好、具有阻燃性,是一种可用于建筑围护系统中的新型建筑薄膜材料。根据支撑结构的不同,ETFE幕墙可分为框式薄膜幕墙和点支式薄膜幕墙。运用ANSYS软件对5个框式幕墙模型进行找形和荷载分析,结果表明:幕墙受荷膜面最大应力与荷载值基本呈线性变化关系;跨度为2m的ETFE幕墙的可用高度可以达到100m。     

ETFE气枕力学性能分析及其蒙皮效应研究

利用ANSYS软件对ETFE气枕结构进行找形分析,考虑预应力和内压两个控制因素,给出了三角形、四边形和六边形气枕的找形结果,并推导了四边形和圆形气枕找形的解析式。编制了计算气枕体积的MATLAB程序,并与ANSYS软件联合应用,计算了矩形气枕结构在7种荷载工况下的变形和膜面的应力分布。通过参数分析,得到了膜面应力和矢高、膜厚、矢跨比之间的关系,提出了气枕合理的膜厚、矢跨比,并给出了不同跨度气枕充压建议值,最后对ETFE气枕结构的蒙皮效应进行了研究。研究结果表明：膜面初始预应力宜介于5~8MPa;ETFE膜厚可根据气枕跨度选择单层0.2 mm或双层0.4 mm,矢跨比0.1左右,成形后膜面最大、最小应力分别位于中心区、角点区;ETFE气枕充压的初始内压介于250~1 150 MPa,充压值随跨度增大而减小;初始内压500 Pa常用尺寸（4 m×5 m矩形）的气枕,可抵抗大小与内压相当的正负风压、均布和半跨雪荷载和偶然集中荷载,但在超载工况下,需对气枕充气加压方可继续工作;ETFE气枕具有明显的蒙皮效应。     

ETFE气枕力学性能试验研究及有限元分析

对1个乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)气枕足尺模型进行形态测试、加载测试及自振测试,研究了气枕的静力性能和动力特性.建立了ETFE气枕有限元模型,进行了形态、荷载及模态分析,验证了有限元分析方法的有效性.结果表明:气枕内压对外荷载较为敏感,荷载作用下内压变化幅度随初始内压增加而非线性减小;作用于气枕中部或单侧的荷载较对称荷载会引起更大的变形和内压变化;相同荷载作用下,气枕变形随初始内压增加而非线性减小;在试验内压范围内,测试气枕的基本自振频率位于6 ～ 10 Hz之间,前两阶自振频率间隔较大,2～5阶自振频率分布更为密集,气枕各阶频率均随初始内压升高而非线性增加;在低阶模态中,气枕上、下层膜面呈对称振动;ETFE气枕为低阻尼结构,各阶模态阻尼比随初始内压增加而减小;形态、荷载及模态分析的有限元结果均与试验结果吻合良好,验证了共同作用有限元模型在ETFE气枕静、动力分析中的准确性和适用性.     

气-膜耦合作用下ETFE气枕的静力研究

为了研究气-膜耦合作用机理,对方形乙烯-四氯乙烯共聚物(ETFE)气枕进行静力荷载试验,研究气-膜耦合作用及其随影响因素的变化规律。通过在上膜面均匀铺置沙袋对气枕施加均布荷载,获得膜面位移、内压和膜面矢高。通过与有限元分析结果进行对比,校核试验结果的精确性。并通过将内充气体分别在恒质量和恒压情况下的试验结果进行对比,研究ETFE气枕的气-膜耦合作用特征及其随荷载、初始内压和气枕尺寸的变化规律。结果表明：气-膜耦合作用使气枕的上下膜面协同工作,共同承担外荷载、抵抗变形;随着荷载的增加,气-膜耦合作用逐渐增强;在荷载不变时,气-膜耦合作用随初始内压的升高而减弱,随气枕尺寸的增大而增强。     

ETFE膜结构主要形式及ETFE工程难点

ETFE膜结构具有不同的结构形式,包括单层ETFE、单层ETFE加单向钢索、单层ETFE加双向钢索、单层ETFE加含跨中支座的单向钢索以及ETFE气枕等。结构选型时,应结合边界尺寸、荷载条件、膜材厚度、变形控制等要求综合决定。ETFE做为一种新型的建筑材料,尚未被建筑师普遍熟悉,易造成某些方案不符合ETFE的加工和安装条件。ETFE对钢结构的制作精度以及ETFE自身的安装工艺要求都很高。节点防水处理以及温度的影响是ETFE膜结构需要重视的问题。