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近几十年来,充气可展结构凭借其质量轻盈、受力合理、安装快速、运输方便等特点成为大跨结构、临时性或紧急性的建筑的最佳选择之一,具有广阔应用前景。现阶段,对充气可展结构的研究主要集中在传统静力分析方面,形态及展开过程方面研究较少。 在总结国内外充气可展结构研究现状的基础上,提出了圆柱形充气索膜结构的构形,并重点对其找形过程、展开过程以及荷载态进行研究。主要研究内容如下: 运用薄壳的无矩理论,求得膜面在内部气压作用下的应力和应变的理论解,并根据变形后的几何构形、外荷载以及边界条件,推导出结构变形前的初始几何构形的近似解。基于平衡方程与变形协调方程,推导了在内压作用下索、膜共同工作时膜面与拉索的内力分布。采用了一种基于有限元分析的找形方法—逆迭代找形法,采用非线性有限元软件ABAQUS,以充气膜结构理想状态模型的几何构形为起始形状,得到结构的零应力状态的几何构形。 对显式动态分析软件LS-DYNA和接触非线性问题进行简单介绍,推导充气气压与气体质量的关系。采用LS-DYNA软件对圆柱形充气膜结构进行压平-充气分析,对Z字形折叠和卷曲折叠的圆柱形膜和索膜结构进行了充气展开过程的仿真。比较不同折叠方式的充气展开过程,探讨充气速率大小对结构稳定性的影响。 对圆柱形充气索膜结构进行不同工况下的静力分析,了解其受力特点。在此基础上,对比无索无预应力、有索无预应力、有索有预应力三种结构形式的振动频率,了解预应力对结构刚度的影响。分别改变结构的拉索预应力、拉索直径以及充气内压大小,总结结构在不同参数下,结构最大位移、临界屈曲荷载、拉索内力、充气膜最大第一主应力的变化规律,提出合理的结构参数方案。