張拉膜工程中流固耦合問(wèn)題的研究目的及意義

張拉膜工程中流固耦合問(wèn)題的研究目的及意義

隨著膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，近年來(lái)工程事故也有發(fā)生，特別是張拉膜工程更是首當(dāng)其沖。例如，1999年，日本熊本公園穹頂受到臺(tái)風(fēng)襲擊，旋轉(zhuǎn)門被吹開，臺(tái)風(fēng)的吹入增大了雙層膜的內(nèi)壓從而致使頂部玻璃破裂，膜面嚴(yán)重撕裂破損；2005年臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”在海南省登陸，三亞膜結(jié)構(gòu)建筑“美麗之冠”頂部膜材發(fā)生嚴(yán)重撕裂。修復(fù)后，2013年11月受到臺(tái)風(fēng)“海燕”侵襲，使膜材又一次發(fā)生破壞。2012年短時(shí)強(qiáng)暴風(fēng)雨作用下，國(guó)內(nèi)一個(gè)網(wǎng)球場(chǎng)張拉膜工程沿四角的薄弱位置至膜面中線處被撕裂。2015年5月4日，廣東奧體中心羽毛球館太空艙頂棚在暴風(fēng)雨的作用下發(fā)生崩塌，體育場(chǎng)館抗風(fēng)能力為8級(jí)，體育館設(shè)計(jì)使用年限為30年，但是使用不到一年就被暴風(fēng)雨破壞。

分析上述案例可以看出，部分張拉膜膜工程的設(shè)計(jì)抗風(fēng)強(qiáng)度，遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)實(shí)際產(chǎn)生破壞時(shí)所承受的風(fēng)力等級(jí)，卻產(chǎn)生了破壞，究其原因，是在于設(shè)計(jì)時(shí)僅僅考慮風(fēng)對(duì)膜結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的影響，而實(shí)際中大風(fēng)往往是伴隨大雨出現(xiàn)的，當(dāng)風(fēng)雨同時(shí)作用時(shí)，膜面的振動(dòng)情況、承載能力、強(qiáng)度等力學(xué)特性會(huì)發(fā)生改變，所以在張拉膜工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮風(fēng)雨對(duì)膜面的共同作用。

研究風(fēng)雨對(duì)膜結(jié)構(gòu)工程的影響，其實(shí)是研究結(jié)構(gòu)和風(fēng)雨荷載之間的流固耦合問(wèn)題。流固耦合問(wèn)題就是將流體荷載與結(jié)構(gòu)固體之間的相互作用看成是一種耦合現(xiàn)象。實(shí)際分析中物態(tài)有固、液、氣三態(tài)，一般建筑結(jié)構(gòu)為固態(tài)，雨雪等荷載看為液態(tài)，風(fēng)看作氣態(tài)。膜結(jié)構(gòu)工程與風(fēng)之間互相作用可以認(rèn)為是固態(tài)結(jié)構(gòu)與氣態(tài)流體之間的互相作用過(guò)程，此現(xiàn)象被稱為流固耦合現(xiàn)象。