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随着社会的进步,土木工程技术的不断发展,各种大跨度空间结构技术逐渐被应用与推广。膜结构作为大跨度空间结构中的一种,在公共建筑领域中扮演者重要的角色,既给人类提供了宽敞舒适的室内空间,又最大限度地与自然环境相融,既满足了人类对建筑艺术的追求,又降低了成本,取得良好的经济效益。但是,膜结构的自重轻、刚度小和跨度大的特点,使其对外部荷载的反应特别敏感,容易发生振动,甚至可能导致工程事故。所以,研究建筑薄膜在风、雨、冰雹和风卷残物的冲击作用的振动特性,掌握其一般规律,对合理地进行建筑膜结构的设计、施工和维护,防止和减少膜结构工程事故等具有重要意义。 本论文选取了三种实际工程中常用的建筑薄膜材料,设计和制作了冲击荷载施加装置和双轴张拉试验架。对三种膜材试件分别进行八个张力级别的双轴等荷张拉,采用数显式推拉力计测量张力变化,同时对膜面施加集中和均布冲击荷载作用,采用非接触式激光位移传感器测得膜面各特征点的位移变化,通过MATLAB软件得出了膜面各特征点的振动位移时程曲线、速度时程曲线和加速度时程曲线,并计算出了各工况下膜结构的自振频率。验证了正交异性矩形薄膜结构在冲击荷载作用下动力响应理论的适用范围;分别讨论了预张力大小、膜结构形状、膜材弹性模量、冲击荷载作用方向与膜面夹角大小、冲击荷载大小、冲击荷载施加位置这六个主要因素对薄膜结构在冲击荷载下动力响应的影响。得出的主要试验结论如下: ①张拉膜结构受到的预张力越大,其刚度和自振频率越大,最大振动频率为38Hz,在横向冲击荷载作用下,膜面的挠度减小,振幅衰减速度越大,膜面振动的速度和加速度越大;当膜面预张力为4.0~5.0×103KN/m2时,膜面振动的挠度就趋于稳定。 ②平面尺寸相近的正方形和长形膜结构在冲击荷载作用下,长方形膜结构的最大振幅比正方形膜结构的最大振幅大,但它们的整体振动趋势没有较大差异。 ③张拉膜结构在同种冲击荷载作用下,膜材的弹性模量越大,膜面的最大冲击位移越小。 ④张拉膜结构受到的冲击荷载作用越大时,膜面振动的振幅、振动速度和加速度越大;冲击荷载的作用方向与膜面的夹角越大,膜面的瞬间冲击位移越大,膜面振动的振幅、振动的速度和加速度也越大。