【摘 要】
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撕裂是膜结构最主要的破坏形式。在极端荷载下膜材内部的初始缺陷（小裂缝）尖端易出现应力集中,因此膜结构可能在低于承载力设计值的膜面应力下发生撕裂破坏。根据《膜结构技术规程》（CECS 158:2015）目前膜结构设计采用概率极限状态设计法,设计中仅针对结构的强度与挠度验算,对于膜结构缺陷敏感易于破坏的问题仅通过取用较大的抗力分项系数与强度折减系数来保证结构安全。现有的膜材撕裂问题的研究多围绕小试件情
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撕裂是膜结构最主要的破坏形式。在极端荷载下膜材内部的初始缺陷（小裂缝）尖端易出现应力集中,因此膜结构可能在低于承载力设计值的膜面应力下发生撕裂破坏。根据《膜结构技术规程》（CECS 158:2015）目前膜结构设计采用概率极限状态设计法,设计中仅针对结构的强度与挠度验算,对于膜结构缺陷敏感易于破坏的问题仅通过取用较大的抗力分项系数与强度折减系数来保证结构安全。现有的膜材撕裂问题的研究多围绕小试件情况展开,缺乏结构层面上外荷载作用下膜材撕裂过程的模拟。本文将基于研究团队对建筑织物类膜材撕裂性能研究,通过对膜结构撕裂破坏数值模拟方法进行比选、改进与简化,实现膜结构撕裂破坏过程的数值模拟,并对具体的膜结构形式展开撕裂性能研究,主要内容如下:（1）根据织物类膜材弹性-损伤-断裂本构模型,通过编写材料子程序在ABAQUS软件上进行二次开发,利用有限元框架下的单元失效技术,实现膜结构在外荷载作用下撕裂破坏过程的数值模拟,并结合具体算例对模拟方法进行验证。（2）对平面张拉膜结构的撕裂性能展开数值模拟研究。通过参数分析探究初始缺陷参数、材料参数、预张力、结构尺寸等因素对结构承载能力的影响,获得定性结论。（3）采用基于节点的子模型技术对膜结构撕裂模拟过程进行简化,将膜结构撕裂破坏模拟划分为整体受力分析与局部区域撕裂破坏分析两部分,大幅度提高分析效率,并用该方法对鞍形膜结构关键部位的撕裂性能展开研究。（4）在考虑裂尖损伤区的膜材剩余强度预测理论的基础上提出考虑经纬向应力比的容许缺陷尺寸估算方法,进一步简化膜结构撕裂性能的研究过程,并用该方法分析获得鞍形膜结构风雪荷载下最大容许缺陷尺寸与缺陷不利位置。
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