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标题: 膜结构与支承结构整体分析与分开计算的区别 [打印本页]
作者: JerryG    时间: 2003-6-1 11:06     标题: 膜结构与支承结构整体分析与分开计算的区别

各位大虾，前面很多贴子提到，在进行膜结构荷载分析时，将膜结构与支承结构分开计算，即将支承结构作为膜结构的支承点，计算出反力后，将反力反作用在支承结构上，进行支承结构分析。
我认为这种方法很不可取，工程设计应对膜结构包括支承结构进行整体非线性分析。以我的经验，采用分开计算的方法，如果将支承结构作为膜结构的弹性支承点，即考虑支承结构的刚度，这种假设误差会小一些（如果支承结构较弱，几何非线性较强，这种假设方式亦可能导致很大的误差），如果将将支承结构作为膜结构的固定支承点，这样误差就更不可控制了。一般情况下，对于支承结构较简单，采用这种假设，因为人为地夸大了支承结构的刚度，计算出的结果是支承结构构件内力偏大，膜应力偏大，变形偏小，支承结构用钢量偏大，造成浪费；但对于支承结构较复杂的情况就很难说，可能大部分支承结构构件计算出的结果偏大，而小部分支承结构构件计算出的内力偏小，这时不仅造成浪费，并且结构的安全性已得不到保证。
对此有经验的大虾请在此发表一下言论，在以后的几天内，我将我计算的结果整理一下，供大家参考。
作者: seuwf    时间: 2003-6-1 20:13     标题: 回复： 膜结构与支承结构整体分析与分开计算的区别

膜张力对支承结构的成形、刚度和承载力都有影响。
对于保守结构的支承体系，假设它与膜接触之处是刚接，会人为地增大膜的计算张力，这在计算过程中会很明显的发现。对于需要预应力硬化的非保守支承体系，膜材的张力相当于在结构上增加了一层索网，导致整体预应力水平的提高，这样，原来结构找的形（以及膜面找形）变了，结构的刚度也变了（我计算的结果是提高了，该结论有争议），承载力降低了。
所以，对于需要预应力硬化的非保守支承体系，设计时就应该把膜材的影响考虑进去。
另外，我计算采用两种作法：1、用Ansys建立支承结构和膜结构的整体模型一并计算；2、用Ansys或Sap2K算支承体系，用EASY算膜结构，忽略非线性影响，根据位移协调的原则，人为地调整两个软件中的节点位移和相互作用力。
本人认为：第一种作法应该简单且计算结果值得信赖，不过，我还没有就同一个算例作过比较。这几天算出来后请各位高手指点！
作者: JerryG    时间: 2003-6-7 10:49     标题: 回复： 膜结构与支承结构整体分析与分开计算的区别

以图1所示双曲抛物面膜结构为例，抛物面两低点支承于地面，两高点支承在两根压杆上，每根压杆由两根支承于地面的拉索（平衡索）固定，压杆截面Ф299×12同，索采用Ф20的钢索，膜面边界采用Ф20边界索，尺寸如图所示。膜的经向，纬向预应力均采用2kN/m，索的预应力采用50kN，设计荷载：活载0.5kN/m2（按投影面计算）、风荷载1.0kN/m2，假设风荷载均为风吸。采用上述两种计算模型进行分析，模型一采用整体结构作为分析模型，模型二采用分开计算的方法，首先将抛物面高点假设为固定铰，计算出反力后，将支座反力加上支承结构（压杆及平衡索）上，计算压杆及平衡索的内力。在1.2恒载＋1.4活载作用下，两种计算模型的计算结果比较见表1。
对比表1中计算结果，可以看出，对于该例题采用分开计算模型时，如果将支承结构的支点作为膜结构的固定支承点，计算出杆件内力偏大30%以上，变形偏小20%。因此分开计算时，将支承结构的支点作为膜结构的固定支承点这种假设与实际情况下相差很多，并且并非所有支承结构杆件内力计算结果均偏大，对于复杂的支承结构体系，部分杆件计算结果可能偏小，这时采用这种计算结果即不经济也不一定安全。（以后再整理一些支承结构复杂的对比结果。）
请有兴趣的大虾对些计算结果进行验证。
作者: JerryG    时间: 2003-6-7 10:50     标题: 回复： 膜结构与支承结构整体分析与分开计算的区别

计算模型
作者: JerryG    时间: 2003-6-7 16:40     标题: 回复： 膜结构与支承结构整体分析与分开计算的区别

在1恒载＋1.4风载作用下，两种计算模型的计算结果比较见表2。  
对比表2中计算结果，可以看出，对于该例题采用分开计算模型时，如果将支承结构的支点作为膜结构的固定支承点，计算出杆件内力偏大达37%，变形偏小10.6%。
作者: liuxiaochun    时间: 2003-6-8 11:15     标题: 回复： 膜结构与支承结构整体分析与分开计算的区别

想来验证一下，不知JerryG兄在平面划分网格时，边索的弧度取的是多少
作者: liuxiaochun    时间: 2003-6-8 11:22     标题: 回复： 膜结构与支承结构整体分析与分开计算的区别

JERRYG兄：
你在贴中写：
设计荷载：活载0.5kN/m2（按投影面计算）、风荷载1.0kN/m2，在用ansys计算时，是不是直接在找形后施加面荷载来实现？
作者: JerryG    时间: 2003-6-9 14:18     标题: 回复： 膜结构与支承结构整体分析与分开计算的区别

liuxiaochun ：
　　你好！
　　膜的最终形状是通过找形分析得到，施加预应力为膜2kN/m，边索50kN，因为在建模时，并没有取边界的弧度。采用非线性有限元法找形，分析时保持索、膜的预应力不变。收敛后即得到所需形状。
　　我不太会用ANSYS，因此不知用ANASYS如何加荷载。
作者: hhzzmao    时间: 2003-6-10 12:11     标题: 回复： 膜结构与支承结构整体分析与分开计算的区别

JerryG：
     你好，首先很感谢你给出算例，其中有几个问题：
        1 对你进行计算时的步骤有疑问，膜采用非线性迭代法计
           算，而支杆采用线性法计算，不知道你是怎样处理这两种计算
           关系。
  
        2 对于边界固定和弹性的关系，我是这样理解的：
          如同钢结构节点一样，你首先假设其是固定的话，则采用相应
          措施来保证其为刚性支座，即满足一定的要求，假设为弹性的
          则可以分别计算膜和弹性支座，我想将弹性支座的首次计算位移
          反加给膜，则可以满足要求
  
         以上仅是个人意见，不足请指正
作者: hhzzmao    时间: 2003-6-10 14:41     标题: 回复： 膜结构与支承结构整体分析与分开计算的区别

请问一下：膜预张力2KN/m2 ， 如果膜厚度为1mm,
是不是就是2N/m?
这么的预张力合适吗？
作者: mibao    时间: 2003-6-10 15:03     标题: 回复： 膜结构与支承结构整体分析与分开计算的区别

JerryG兄所施加的膜面预张力是2KN/m，这与2KN/m2根本不是一个概念。至于hhzzmao兄算出的“如果膜厚度为1mm, 预张力就是2N/m?”，我也不知道是如何得来的。
专业膜结构设计软件通常都将膜面的初始预张力的默认值设为1KN/m，所以，将膜面的预张力设为2KN/m没有什么不可以。有的膜结构形式就是需要这样的膜面预张力。
作者: zhangji1060    时间: 2003-6-10 20:46     标题: 回复： 膜结构与支承结构整体分析与分开计算的区别

我同意hhzzmao兄的第二条观点，应该将膜片计算视为弹性支撑，否则与实际受力相差太大了。
作者: JerryG    时间: 2003-6-10 23:26     标题: 回复： 膜结构与支承结构整体分析与分开计算的区别

hhzzmao:
    如mibao所述，膜的预应力2kN/m，第一个贴子中笔误。
　杆单元同样采用非线性有限元法进行分析。
　如我第一个贴子所述，采用弹性支承进行分析误差会小很多，但我谈这个话题的主要目的是想表明，对膜结构分析时，如可能最好采用整体分析方法。对于我给出的例题，计算支承刚度比较容易，但对于复杂支承结构体系，很难将膜边界上每点的支承刚度全部计算出，因此实际工程设计中，大部分分开计算方法都将膜边界支承点作为固定支承点，我认为这样处理不仅造成浪费，并且可能保证不了结构的安全性。
作者: liuxiaochun    时间: 2003-6-11 18:49     标题: 回复： 膜结构与支承结构整体分析与分开计算的区别

请问jerryg兄：
      你在编程中施加的荷载是不是等效为结点荷载，即将空间面单元上的均布荷载等效到三个结点上，且方向都为各单元局部坐标系下的z方向？
作者: JerryG    时间: 2003-6-11 21:28     标题: 回复： 膜结构与支承结构整体分析与分开计算的区别

liuxiaochun ：施加的荷载是等效为节点荷载，即将空间面单元上的均布荷载等效到三个节点上，但方向可以任意指定，可以是整体坐标系下的Z向，如雪荷，也可能是各单元局部坐标系下的z方向，如风载。



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