淺談球場膜結(jié)構(gòu)的找形分析方法

淺談球場膜結(jié)構(gòu)的找形分析方法

普通的球場建筑結(jié)構(gòu)材料能夠承受彎矩、壓力和剪力，工程師可以依據(jù)球場建筑外觀直接確定適合的結(jié)構(gòu)形式，但是由于膜材料本身不能夠承受彎矩和壓力作用，幾乎沒有抗剪能力，因此必須對膜材施加預(yù)張力來獲得相應(yīng)的承載力。球場膜結(jié)構(gòu)承載的特點(diǎn)是需要在外力以及內(nèi)力的相互作用下維持穩(wěn)定。在給定的邊界條件下計(jì)算滿足結(jié)構(gòu)承載要求的膜的初始形態(tài)，我們稱之為膜結(jié)構(gòu)的找形。目前球場膜結(jié)構(gòu)的找形分析主要用以下三種方法：動力松弛法、非線性有限元法和力密度法。

一、力密度法

力密度法是由Linkwitz 和Schek提出，后經(jīng)Maurin和Motro 等人的繼續(xù)研究和改進(jìn)之后用于膜的找形分析之中，現(xiàn)已成為球場膜結(jié)構(gòu)找形分析中的一種主要分析方法。力密度法是一種線性解法，它的基本思路就是將連續(xù)膜面轉(zhuǎn)化成網(wǎng)面，將難以求解的連續(xù)曲面問題轉(zhuǎn)化成為可以求解的線性問題，對各節(jié)點(diǎn)靜力平衡方程組成的線性方程組進(jìn)行求解，就能算得網(wǎng)面各節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。力密度法是一種相對簡單且有效的模擬方法，計(jì)算精度在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)。

二、動力松弛法

1965年Day與Bunce提出用動力松弛法來分析索網(wǎng)結(jié)構(gòu)。之后經(jīng)過許多學(xué)者(Barnes為代表)的繼續(xù)研究和改進(jìn)，動力松弛法被廣泛的運(yùn)用于索膜型球場膜結(jié)構(gòu)建筑的分析和研究。動力松弛法的找形分析結(jié)果的精確度要比力密度法的結(jié)果要高。

三、非線性有限元法

非線性有限元法剛開始是一種張拉索網(wǎng)結(jié)構(gòu)常用的找形方法，1972年由Hag和Powell等應(yīng)用到球場膜結(jié)構(gòu)的找形之中，并證明了該方法的適用性和有效性。利用非線性有限元法得出膜結(jié)構(gòu)的找形結(jié)果已經(jīng)擁有了較高的精度。