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膜结构建筑风格独特,艺术性强,具有浓厚的现代气息,力学特性好,光学热学性能优

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反复加载下膜结构景观膜材的应力松弛之研究

作者:临朐艺景膜结构工程有限公司  时间:2020-11-25 12:34:49 点击数:

目前,膜结构景观建筑作为一种利用张力保持其个性外形的新型建筑结构, 在其长期工作过程中, 其膜材内部应力会随着时间的增加而呈现逐渐衰减的变化趋势, 即产生应力松弛现象。

相对于蠕变, 应力松弛过程中, 外加伸长或应变保持不变, 因而不存在外界力源能量的消耗, 只是由于材料内部结构的弱化而引起内部应力的降低, 在此弱化过程中, 伴随着以初始累积的变形能为代价的内摩擦对能量的消耗, 应力松弛行为不会导致材料宏观破坏, 但会导致外形产生变化, 从而降低或丧失使用性能, 因此对膜材的应力松弛行为进行研究具有重要的现实意义。

近年来, 较多学者对不同类膜材的应力松弛行为及模型进行了大量的研究, 有学者比较分析了人工加速老化前后聚氯乙烯(PVC)膜材的应力松弛性能,并在对 PVC与聚四氟乙烯(PTFE)膜材的应力松弛性能进行测试的基础上, 采用粘弹性理论模型对其进行了拟合分析, 并研究了应力松弛对成形曲面的影响。此外, 还有学者也对膜材应力松弛性能及粘弹性模型进行了研究。

膜结构景观建筑使用过程中, 为免因膜面张力不足而导致膜面下垂, 格外是在风载荷作用下膜面发生颤抖现象, 需定期对膜面张力进行检测, 确定因应力松弛行为造成的膜面张力减退, 并对膜材张力进行适当调整。

实际膜结构建筑使用时, 因膜材在预加张应力作用下发生应力松弛行为, 而需对膜面张力进行反复调整的过程, 实质上是在外加载荷下膜材进行反复应力松弛的过程。因而现有实验研究中, 只研究膜材单次长时间的应力松弛性能, 不能周全表达膜材的力学性能。

基于此, 有学者以膜结构景观多用的PVC膜材为研究对象, 对其在不同初始松弛应力和单次松弛时间条件下的反复应力松弛性能进行测试,并就松弛次数、初始松弛应力以及单次松弛时间对残余应力、反复应力松弛率和反复应力松弛速率的影响进行了分析和讨论。

实验结果表明, 反复加载下, 膜材料的应力松弛行为与初始松弛应力、单次松弛时间及松弛的次数密切关联。残余的应力伴随松弛次数与初始松弛的应力增加而增加, 随单次松弛时间的增加而降低;反复应力松弛率随初始松弛应力和单次松弛时间的增加而加强, 随着松弛次数的增加而降低;反复应力松弛速率随着松弛时间和松弛次数的增加而降低, 随着初始松弛的应力增加而加强。

此外, 研究结果表明在同等条件下, 随着松弛次数的增加, 相邻两次松弛曲线差异系逐渐减少, 基于可考虑在膜材施工前或膜材制备后, 在设定的预加张力条件下, 对膜材进行反复预松弛处理, 以便减少施工后对膜结构景观膜面张力检测和调整的次数和周期, 减少后期维护工作量。

关键词: 膜结构景观
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