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在张拉索-膜结构中,单向受拉的索单元和双向受拉的膜单元,当结构中索的张力值大于索与膜之间的摩擦力时,索就会相对膜发生滑移。由于索和膜材的接触表面都不是绝对的光滑,则对索膜结构进行精确分析应考虑摩擦力及索滑移情况。但由于深入研究得不够,尚在探索,现有的索膜结构分析中很少能够考虑此问题。
本文在查阅国内外文献的基础上,总结了以往关于张拉索-膜结构的研究现状,尤其是关于索与膜材间摩擦问题的研究成果以及研究方法。在此基础上,并考虑利用目前通用的有限元分析程序ANSYS分析张拉索-膜结构的可行性,建立了一个索膜摩擦接触的张拉索-膜结构计算模型,实现了索膜间考虑摩擦滑动问题的模拟分析。
针对有限元分析计算模型,变化其部分结构参数,对比分析各种情况下摩擦力的影响及其变化规律。研究分析包括结构形态确定和加载两个阶段,其中加载阶段主要为静力加载,包括施加向上均布荷载、向下均布荷载以及不对称荷载三种。研究得出了摩擦力的存在对结构中索、膜材和结构形态都存在一定的影响,设计中不可忽视的结论。
索膜结构进行摩擦力影响分析时,一般要用到摩擦系数。鉴于目前仍缺少索膜间摩擦系数的相应资料,本文考虑工程实际应用情况,选用部分具有代表性的膜材进行索膜间摩擦系数的试验研究,给出了可应用于工程分析的建议值。