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本文对三层ETFE气枕膜结构的力学特性进行了研究。首先，对ETFE气枕膜结构的发展与应用、ETFE膜材和气枕结构的特点、ETFE膜结构的研究概况、分析理论进行了全面的分析总结。在此基础上，本文针对在工程应用比较广泛的三层ETFE气枕膜结构进行了以下分析研究工作: 1)基于肥皂泡成型原理，提出了一种气枕形态优化方法，并用ANSYS的APDL编写了相应程序实现该方法。通过对比分析圆形ETFE气枕优化前后的形态与理论形态，验证了优化方法的准确性。利用编制的程序对平面边界的三角形、菱形、六边形、椭圆形ETFE气枕进行了优化分析，并考察了程序对三维边界的菱形和六边形ETFE气枕的优化效果。研究表明，在内部气压与起拱高度一定时，本文提出的找形优化方法可以确定ETFE气枕的最优形状和膜内应力。 2)计算分析了单层ETFE膜的膜面压强与位移的关系，并通过相关试验结果验证了分析结果的合理性。以空气体积不变考虑其约束气体，使用ANSYS的APDL语言编制了相关程序来模拟空气作用。通过对比分析圆形气枕的理论体积与计算体积，验证了体积计算程序的正确性。考察了风荷载、雪荷载作用下三层ETFE气枕的结构工作机理，并着重研究了风荷载作用下三层ETFE气枕的力学特性。研究了形状、跨度、膜层高跨比、气腔气压、膜层厚度等参数对气枕应力分布、膜层位移、膜层分担荷载、气枕承载能力等的影响，并由此得出了三层ETFE气枕的设计调整方法。 3)基于三层ETFE气枕的分析设计比较繁琐复杂，提出将三层ETFE气枕简化为双层ETFE气枕进行设计。分析表明风荷载作用下三层ETFE气枕与双层ETFE气枕的力学特性相似，可以将三层ETFE气枕的中层膜折算成等效厚度的边缘膜层。针对三层ETFE气枕，分析了单位厚度中层膜与上层膜分担荷载比的影响因素，并确定膜层高跨比为主要影响参数。通过数据分析和拟合得到了简化计算公式。运用简化设计方法进行了实例ETFE气枕的设计，用ANSYS校核分析了简化设计结果。分析表明简化设计方法偏于安全，精度较好。