摘要：为研究etfe气枕结构的成形方式,引入基于找形分析的零应力态三维裁切和基于材料非线性的平面裁切两种设计方法,对比了两种方法的设计过程,并分别分析了两种方法的设计分析过程和力学模型.通过两个etfe气枕模型充气成形试验和数值模拟,得到了结构的膜面外形和应力分布及其变化规律.结果表明:对于三维裁切成形模型,气枕膜面外形的试验结果与数值模拟最大误差为4 mm,应力的最大值相差0.4 MPa;对于平面裁切成形模型,初次成形时的气枕膜面外形与应力分布的试验与数值相一致,随etfe材料的徐变,膜面升高、应力减小,矢跨比由1/19增大为1/12.试验与分析验证了本文提出的成形设计方法.

摘要：通过2 m×2 m的etfe气枕模型试验,进行了气枕形状测试、充气加压测试和气压一定的加载测试。通过在上下膜面画上一组刻线,测量膜面在充气过程中刻线长度的变化,进而求得膜面应力的变化。基于膜面应力和气枕矢高的试验测试值与几何非线性有限元分析结果比较,验证了etfe气枕有限元模拟方法的正确性。研究表明:由于etfe气枕充气过程中膜材伸展率较大,膜面粘贴应变传感器很难捕捉准确的膜面应力,采用膜面画刻线的方法可以用于测试etfe充气结构的膜面应力;立体裁剪的etfe气枕,充气成形过程中,膜面基本展开时零应力状态下,膜面角部区域已张紧,具有初始应力,因此,角部区域膜面应力测试时需给予初应力补偿;etfe膜材热熔焊缝相当于膜材局部加强,顺焊缝及垂直焊缝的实测应力小于按均匀材料计算的应力,但对整体充气膜面应力的影响很小;膜面应力和气枕矢高的试验测试值与有限元分析值基本吻合。

摘要：etfe气枕广泛用于房屋建筑的屋面结构和围护结构。etfe气枕为柔性结构,通过内充气压获得结构刚度,荷载作用下的变形会引起内充气压的变化,从而使外围薄膜应力和刚度改变,进而影响气枕的变形行为,表现出典型的内充气体与外围薄膜耦合作用的特点。采用商用有限元软件ADINA对风吸力作用下的etfe气枕进行静力有限元分析。通过将内充气体分别在恒质量和恒压情况下的分析结果进行对比,研究气-膜耦合作用的影响及其随荷载、初始内压、矢跨比和气枕尺寸的变化规律。研究成果有助于准确认识气-膜耦合作用特点以及etfe气枕的力学行为,确保etfe气枕设计计算的合理性和可靠性。

摘要：利用ANSYS软件对etfe气枕结构进行找形分析,考虑预应力和内压两个控制因素,给出了三角形、四边形和六边形气枕的找形结果,并推导了四边形和圆形气枕找形的解析式。编制了计算气枕体积的MATLAB程序,并与ANSYS软件联合应用,计算了矩形气枕结构在7种荷载工况下的变形和膜面的应力分布。通过参数分析,得到了膜面应力和矢高、膜厚、矢跨比之间的关系,提出了气枕合理的膜厚、矢跨比,并给出了不同跨度气枕充压建议值,最后对etfe气枕结构的蒙皮效应进行了研究。研究结果表明:膜面初始预应力宜介于5～8 MPa;etfe膜厚可根据气枕跨度选择单层0.2 mm或双层0.4 mm,矢跨比0.1左右,成形后膜面最大、最小应力分别位于中心区、角点区;etfe气枕充压的初始内压介于250～1 150 MPa,充压值随跨度增大而减小;初始内压500 Pa常用尺寸(4 m×5 m矩形)的气枕,可抵抗大小与内压相当的正负风压、均布和半跨雪荷载和偶然集中荷载,但在超载工况下,需对气枕充气加压方可继续工作;etfe气枕具有明显的蒙皮效应。

摘要：基于气枕系统的共同作用理论,提出一种新的气枕数值建模方法,按照该方法建立了etfe气枕共同作用有限元模型,并设计制作了一个正六边形etfe气枕足尺模型,对其进行了形状测试和加载测试.研究结果表明:etfe气枕形态分析与荷载分析的数值结果与试验结果吻合良好,共同作用有限元模型能够准确、有效地完成etfe气枕静力分析.

摘要：根据中东阿布扎比高温、温差大的环境特点,设计了etfe气枕性能高温环境试验系统,主要包括密封环境模拟室,776mm×776mm气枕模型,环境加热与etfe气枕压力计算机自动控制系统,温度、位移数据采集系统.研制出试验系统,进行了40℃～80℃温度变化、6个周期18小时下气枕性能测试,然后利用气枕膜片制备试件,进行了etfe薄膜厚度测试、etfe薄膜和缝合节点拉伸试验.得到了相应的膜面矢高位移、试件破坏形态、应力-应变曲线、极限强度和破断延伸率,对工程设计具有指导参考价值.

摘要：设计制作了2个不同矢跨比的etfe薄膜气枕模型,进行了气枕形状测试、加压以及铺砂加压试验,得到了气枕形状坐标以及膜面随气压的变形量。对etfe薄膜进行单向拉伸试验,测得材料的屈服强度、切线弹性模量和割线弹性模量。利用几何非线性有限元进行了数值分析,将数值结果与试验值进行了比较分析。结果表明:etfe薄膜可按各向同性材料分析,数值计算结果与试验值吻合较好;在同样内压作用下,气枕矢高较高时膜面位移与膜面应力较小;etfe薄膜采用割线弹性模量计算得到的膜面位移与试验值比较吻合,采用切线弹性模量计算得到的变形小于试验值。

摘要：etfe气枕膜结构作为一种新型结构体系,质量轻,透光率高,带有自洁属性,被广泛应用于大跨度建筑领域。以某实际工程项目为例,对结构设计中的难点及创新工作进行了阐述。该项目的屋面罩棚结构采用了单层钢结构网壳支撑骨架加etfe气枕组合结构体系。对轻质屋面罩棚单层网壳骨架及单元气枕结构进行了抗风稳定性和承载力的验算,结果表明,单层网壳支撑骨架及单元气枕的抗风性能满足设计要求。结合本项目气枕结构的特点,提出了一种可应对强台风的etfe气枕内压控制方法,保证屋面气枕单元结构在极端天气下的正常工作。对本项目的单层网壳骨架重要节点——“米”字形铸钢节点,进行了选型研究和分析,使节点标准统一,方便加工和制作。

摘要：将etfe气枕的内充气体假定为势流,联立内充气体波动方程和外部膜材动力方程并引入界面协调条件和边界条件得到气枕系统的共同作用有限元方程;基于该方程建立了etfe气枕有限元模型并对其进行了形态分析和荷载分析,通过与已有测试结果对比验证了该文数值模型的有效性。此外,通过承载力分析确定了etfe气枕的破坏模式及失效准则;分别研究了尺寸、矢跨比及膜厚等参数对气枕承载力与内压关系的影响,为气枕结构设计提供量化依据。结果表明:etfe气枕在风荷载作用下可能出现强度破坏和失稳破坏两种破坏模式;在常见内压范围内,存在一个最优气压使得气枕具有最大承载力;尺寸、矢跨比及膜面厚度等参数变化会显著影响气枕的承载力。

摘要：乙烯-四氟乙烯共聚物(etfe)薄膜材料具有良好的塑性性能,利用这一性能,etfe气枕可以进行基于平面裁剪的塑性成形.制作了两个直角梯形etfe气枕模型,设计了气枕充气泄气压力控制系统,对两个气枕分别进行充气成形试验和循环充气加载试验,利用激光位移计对膜面位置进行测量.试验结果表明,经过2kPa内压的塑性成形,得到的两个气枕的矢跨比分别为1/9.4和1/10.3,成形过程使etfe薄膜材料发生强化.采用多折线各向同性强化的弹塑性材料模型模拟etfe薄膜,通过ANSYS软件进行了气枕成形以及循环加载的数值分析,并对数值分析结果与试验结果进行了对比分析.