关于膜结构的性能介绍

发布时间: 2014-01-03 09:46 作者: 浏览次数: 399次 字号:

一、膜材料的力学性能

膜结构所用的膜材料为具有高强、阻燃、耐久、自洁等特性的高强复合材料,一般由基布和涂层二部分组成。基布主要采用高强聚脂纤维或玻璃纤维丝编织而成,有平织和绞织等多种编织方法,不同的编织方法影响着膜材料的经纬向力学性能指标,提供膜的抗拉强度和抗撕裂强度等;涂层材料主要有聚四氟乙烯和聚氯乙烯,在一定程度上提高了膜材料各项强度指标,为提高膜材料的耐久、自洁等特性,表面往往有一层氟涂层或硅涂层,提供膜材料的耐火、耐久及防水、自洁等性能,决定着膜材料的物理特性。

膜材料是一种高强柔软的织物,具有较高的抗拉强度,有一定的抗撕裂强度,但其平面内的抗压、抗弯强度几乎为零,抗剪强度也很低,并具有一定的各向异性和材料几何非线性性质,使用时又易发生应力松弛和徐变,因而在膜结构分析计算中如何正确地确定膜材料的各项力学参数及本构关系将是一项极其繁琐而又必不可少的事情。

在实际工程应用时,随着膜材料品种的不同,膜中预应力一般在1~8kN/m,即使在最不利荷载工况下,膜中应力值也只是其抗拉强度的1/4~1/8,为简便设计计算,一般可假定膜材料为正交异性的线弹性材料,由弹性力学理论可知,平面应力正交异性弹性材料的本构关系有如下形式。

式中E1、E2、、分别为膜材料经、纬向的弹性模量和泊松比,G12为膜材料的剪切模量。

二、膜材料的物理性能

随着膜结构分析理论和设计施工经验的不断成熟和完善,膜结构已从众多的现代建筑形式中异军突起,越发地受到人们的青睐,吸引着众多的建筑、结构工程师们来设计建造现代大中小型永久性或半永久性的膜结构建筑。同时也对膜材料的物理性能提出了更多的要求。

1.高强度

膜材料是一种柔性织物,织物内部只有存在一定的应力场,才能获得一定的刚度。因此,对于膜结构而言,任何情况下不允许膜中有无应力状态。在高应力状态下,膜材料的抗拉强度越高,越不易发生徐变和老化;其次,在大跨度膜结构中,膜中应力往往较大,且对膜的安全度要求较高,一般在长期荷载作用下,安全系数取6~8,在短期荷载作用下,安全系数取4。安全系数考虑了以下几种不利因素:膜材料本身的强度和弹性常数有较大的变异性;膜结构计算假定及计算结果的不精确性;膜材料双向应力测试与实际情况的差异;紫外线照射下膜材的老化;动静力下膜材的疲劳;膜材制作和施工过程中的划伤和折叠等。因此,膜结构建筑中的膜材料必须具有较高的抗拉强度及抗撕裂强度。

2.阻燃

膜建筑作为永久性或半永久性建筑,膜材本身必须应完全满足有关建筑材料防火指标的要求。以日本膜结构大国为例:他们早在20世纪80年代就已把膜结构成功地应用于诸多大型公共建筑中,并且玻璃纤维布基涂敷聚四氟乙烯膜材料(PTFE材料)也早已通过了国家防火测试试验,但至今仍没把膜材料作为不燃材料列入国家建筑标准,只是要求针对每个建筑单体膜材通过防火测试,满足要求即可。一般认为PTFE材料是不可燃材料,PVC材料是阻燃材料。

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