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充气膜结构常见的几种破坏形式

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近几年,随着充气膜的广泛应用,充气膜的损伤、破坏事故也随之而来。按充气膜结构破坏程度可分为局部性破坏和整体性破坏两大类,前者是指经局部合理修复原充气膜仍可继续使用的情况,后者是指充气膜需要重建或者膜面需要置换的严重破坏。按破坏位置可分为膜面破坏、膜节点破坏和充气膜整体破坏三种情况。

1.膜面破坏

充气膜膜面破坏可大致分为材料性损伤和结构性破坏两种。前者主要是膜材涂层的剥落、老化、积灰等;后者主要包括膜面的局部裂口、褶皱、积水等。

2.膜节点破坏

膜节点是充气膜中最为薄弱的位置,膜面和其它材料的连接必然会对膜材料造成损伤,再加上节点区可能出现的应力集中等现象,使得膜节点成为充气膜中最容易出现破坏的位置。另外,膜节点还经常会出现漏雨等功能性破坏,严重影响了充气膜的正常使用。

3.充气膜整体破坏 

充气膜整体破坏一般在以下两种情况下出现:

1)膜面、膜节点的局部破坏处理不当或因未及时发现没有进行处理而最终发展成为充气膜整体性破坏。例如,膜面或膜结点处膜材裂口极易因双向受拉和应力集中而迅速扩展造成膜面整体性破坏;膜面局部积水会产生积聚效应使该位置膜面变形、应力急剧增大直至破坏。

2)受强风、暴雪等恶劣天气条件影响,充气膜出现结构整体性破坏。这种破坏具有突然性和瞬时性等特点,且由多种因素共同造成。

4.气膜其它破坏

以上充气膜破坏形式大都发生在充气膜使用状态,在充气膜的施工安装过程中也会有一些充气膜的损伤、破坏发生。如膜材加工安装不当,也可能会造成膜面的裂口,施工单位往往会采用在局部热合补强膜片进行修补,补丁打得多了也会对充气膜的建筑美观造成影响。另外一种问题则是充气膜特有的施工事故,即由于设计、剪裁不准确造成膜面无法张拉到位。 

1)膜材料是一种复合材料,其性能易受外部环境影响。膜材在受日光、冷热、风雨、灰尘等外部环境影响,会出现膜材变色、涂层剥落、发霉等;同时膜材力学性能会在外部环境影响下随时间增长而衰减,进而降低结构的安全度。

2)和传统的结构体系相比,充气膜对风环境极其敏感。充气膜几何形状的不规则直接决定了作用其上的风压分布特性的复杂性,同时由于充气膜轻而薄,在动力风作用下膜面的大变形和振动反过来会改变动力风流场,进而改变风场对结构作用效应。

3)作为一种预张力结构,充气膜自身对膜面局部损伤的抵抗能力很差。由于膜面始终处于双向张拉的状态,局部撕裂等破坏会迅速扩展。尤其对于张拉充气膜体系,由于预张力膜面同时也是结构成形并使之具备整体刚度的必要条件,膜面张力的丧失进而会造成结构整体的坍塌破坏。另一方面,膜面预张力的损失亦会给结构安全性造成影响,轻者局部膜面出现褶皱,重者使结构丧失整体刚度而破坏。

除了由于环境的恶化和制造缺陷造成的强度降低外,充气膜的撕裂强度也非常重要。在设计中对膜材强度以安全系数的方式予以折减的主要原因,是由于材料的低撕裂强度造成了许多张力膜的严重破坏。

 

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