标题: 膜结构的监测和再张拉 [打印本页]
作者:
superowen 时间: 2004-7-12 17:21 标题: 膜结构的监测和再张拉
由于膜结构通常覆盖很大的空间，而自身的刚度是由张力提供的，由于材料本身的问题，会出现应力松弛，导致刚度不足而出现皱褶或者是对外部荷载的抵抗力不足等等问题。对于应力松弛一般采取两种方法，一是在设计施工的时候就把会出现松弛而损失的应力加上，另一种是在松弛之后对膜进行再张拉。
对于后一种情况，我有两个问题：
1。有没有在施工后，对膜的形状或者应力进行检测的事例？如何进行检测？
2。再张拉的时候，如何进行调控？以什么为调控目标？
作者:
zyqzzz 时间: 2004-7-13 08:47 标题: 回复： 膜结构的监测和再张拉
1、对膜的形状或者应力进行检测的事例目前国内尚没有。日本有类似的仪器，以前的成钢教授的帖子有介绍。同济大学张其林教授正在做这方面的研究。
2、在张拉时，通过节点调节装置（节点设计事先考略）进行二次张拉，使其预应力达到设计值。
作者:
davidchen 时间: 2004-7-14 23:01 标题: 回复： 膜结构的监测和再张拉
Both cable and fabric have significant relaxation and creep problems require extra attention and care. Due to construction method of products, these materials have trouble maintaining their original fabricated dimension.
Total stretch of a cable under load is the result of two components: (1) the construction stretch caused by lengthening of the strand lay and subsequent adjustment of the wires in a strand into a denser cross section; and (2) the elastic stretch by a given load. It is recommended to pre-stretching cable before fabrication if no adjustment capability.
Woven fabric consists of yarns in two orthogonal directions, FILL & WARP. WARP yarn usually straight while FILL yarn threads up and down the WARP yarn. Similar to cable, there are stretches caused by construction and elastic. The trouble maker for some fabric material is Creep.
Other than fiberglass, fabric materials are subjected to short term and long term creep phenomenon which will reduce the pre-stress in the fabric and change the whole structural system from design state. To ensure proper pre-stress in the system, adjustability has to be part of the design process. Usually adjustment is required 3 months, 6 months and 12 months after completion.
Higher pre-stress in the fabric is not recommended. The reasons are:
(1) Much higher capacity jack is needed to handle much higher pre-stress.
(2) Longer jacking distance to pull the fabric.
(3) Much higher friction between fabric and cable will occur.
(4) Longer installation period and longer exposure to unknown weather condition.
(5) Larger and more critical deformation in the fabric, especially at corners.
(6) Require additional analyses to simulate higher pre-stress situation.
(7) Above all, the risk is very high.
作者:
superowen 时间: 2004-7-15 10:34 标题: 回复： 膜结构的监测和再张拉
谢谢各位回帖，预先导入更大的张力有这么多设计施工上的缺点，是不是现在普遍采用的都是再张拉？
在进行再张拉的时候，一般都需要知道结构现在的形状和应力分布才决定如何对其进行张拉吧？那如何从测量数据得到建筑物的形状和应力分布（不是具体某个局部的应力，而是结构整体的应力分布）呢？成钢教授的帖子我有详细看过，那里主要关心的是局部的如何测。张其林教授在做的研究具体不是很了解，愿闻其详。
好像在以前的帖子上看到过广州新白云机场的膜结构上安装有感应器，现时监控结构。但没有更详细介绍，不知道有没有知情的？
可能对膜结构这种连续体结构的张力和形状进行检测有不少难点，不知道在cable net跟cable dome这种更像线点的结构方面有没有一些实例？
作者:
davidchen 时间: 2004-7-16 22:29 标题: 回复： 膜结构的监测和再张拉
Large fabric structures in the world such as 广州新白云机场 and Cable Domes usually go with PTFE Fiberglass material to stay away from re-tensioning the system.
Bi-Axial test can help predicting creep behavior if proper stress cycles are prescribed by the engineer. Design engineer needs to implement devises which can adjust fabric stress in the WARP or FILL direction independently.
This is an issue with no simple solution; I suggest if the geometry is controlled as designed and fabric stress is distributed properly, cable force shouldn’t be a problem.
作者:
chang 时间: 2004-7-20 11:41 标题: 回复： 膜结构的监测和再张拉
同意davidchen先生的观点，补充几句：
膜和索在进行加工前通常应进行预张拉，可以大大降低完工后结构的应力松弛量。有些材料商卖给膜结构施工单位的膜材在出厂前就预张拉过了。
尽管如此，结构在使用过程中还是有松弛现象的，如果过大，就应进行补张了。
应该说，膜结构施工完成后和使用一段时间后，不论对于验收单位还是厂家自检，应力水平都应该是重要的内容，实际工程中每个专业的设计人员和施工人员都对应力水平非常关心，只是由于这个判定工作很难量化，每个人都有自己的经验和模糊判定的方法，可能每个人的方法都不一样，当然每个人认为的满意的应力水平也不一样，一直以来还没有什么大家共同认可度比较高的方法。
关于应力水平的检测，日本和法国人研究了些方法，基本也是自己用。
我们在编膜结构制品标准的时候，主要研究了用回弹法检测的可能性与有效性。
我们做了一些实物模型，并对一些实际工程进行了实测，也用ansys进行了一些弹击模型的分析。不能说有很漂亮的结果，但理论与实测的结果和大家以前定性的经验认识基本是吻合的。
这个问题本身影响因素非常多，但为了膜结构能更加健康有序的发展，还是希望能尝试“知其不可为而为之”，给出一个基本的思路和方法，并希望建立良好的信息反馈机制，在实践中逐渐完善具体的数据与参数。
同时为了弥补单一方法的不足，我们希望能建立在一个系统上对膜结构的应力分布进行综合评价。这个系统包括基于模糊数学方法的外观检测、节点评价以及回弹法结果。
其实，混凝土的回弹法就是完全建立在实测积累基础上的，而且严格说即使现在其准确性也比较低，但它得到了广泛应用并为我们解决了许多实际的问题。
我们希望膜结构的应力检测也能按类似的方向发展完善。当然这需要许许多多同行共同努力来实现。
考虑到降低推广成本，我们所用的仪器也是在已有回弹仪的基础上，稍加改进而成的。
最后想说的是，在标准的编制过程中，遇到了许多很难解决又不好回避的问题，我们小心翼翼，广泛征求国内外意见，尽量本着为我国膜结构行业负责任的原则工作。希望所有同行能群策群力，发挥我们中国人的智慧，理解各方工作的阻力，多提宝贵意见，希望大家的共同努力能迎来中国膜结构美好的发展前景：）
作者:
superowen 时间: 2004-7-20 17:20 标题: 回复： 膜结构的监测和再张拉
对于施工后膜机构应力的检测，我曾听一个太阳工业的人说过，他们把小范围的膜用仪器固定住（我没见到过），然后压被固定住的膜并通过这个计算膜应力。据说对曲率不大的部分有一定精度，但曲率太大就无法保证了。而且竣工以后对中间部分的很难测量，因为人很难到达那些地方。
提供这一点线索，应该能有不少知情人。
不过，这个帖子的本意是想讨论，在需要再张拉的情况下，如何最有效的得到在实用上有一定精度的应力分布？如果用cable net来说明的话，在结构的形状已知的情况下，要知道所有cable的内力并不需要测量所有的cable。那么就有一个问题，如何测量最少数目的cable，而保证其他cable的内力的推测值保持一定精度？
如果需要对cable net进行内力实时监测的话，只需要监测这一小部分的cable的内力就可以满足要求了。不过好象这样的监测还没怎么听说过。估计还是工程上没有这个必要吧。
对于cable dome的问题，我想讨论的不是其上覆盖的膜的问题。
虽然做过tensegrity（cable dome可以归为tensegrity的一种形式）的form finding的一个小课题，但是对于膜与cable dome之间的关系不是很清楚（没涉及到过）。
如果单以cable dome为研究对象的话，是不是可以把膜的内张力转化为cable dome 的节点上作用的外力？以此把两种不同形式的材料分开研究？（麻烦这方面的专家予以解答一下）
cable net跟cable dome在很多方面有相似之处：如果假设所有外力只作用在节点上的话，所有member都只有轴力，结构是由节点跟线段连接而成的。
话题回到上面的cable net的监测问题，跟cable net一样，只要对cable dome 的节点位置和部分member的内力进行监测，就有可能整体把握结构的各种实时特性。不知道这个在工程上是不是也没有什么实用意义？
作者:
chang 时间: 2004-7-22 11:41 标题: 回复： 膜结构的监测和再张拉
我所知道的，日本用的是一个小盒子，用负气压来测定膜内力的。曲率大的地方漏气，如果强行压紧，这个外力造成膜内的应力可能已经比膜内原来的已经大了许多了。
一般竣工后膜面应该是可以上人的，严格来说也是应该能上人的，因为有检修清洁等要求。之所以中间部分测不准，是因为人踩上去以后，膜内的应力分布已经变了，尤其是脚附近，而测的正是个地方。
作者:
chang 时间: 2004-7-22 11:55 标题: 回复： 膜结构的监测和再张拉
说一个关于膜与cable net的问题：
“如果需要对cable net进行内力实时监测的话，只需要监测这一小部分的cable的内力就可以满足要求了。”――这和cable net的超静定次数是有关的。
膜是可以简化或比拟为索网进行很多分析的。这里膜是连续体，进行索网模拟有很多种形式，如果简化成一个静定的简单结构，我们知道一个支座反力就够了，如果简化成复杂些的形式，可能需要的数据就多些（具体不举例了）。
采用的索网越精细，需要测的数据越多，得到的膜面应力的分布也就越精细。
这似乎是废话，但不是。
作者:
chang 时间: 2004-7-22 12:07 标题: 回复： 膜结构的监测和再张拉
再说一个膜内应力的问题：
膜内应力有两个方面同样重要：整体的应力水平（平均值）与局部应力水平（不均匀度）。
理想的平均值应不大不小（很多帖子已经深入讨论），不均匀度则越小越好（最好是等应力曲面）。但实际上由于造型、裁剪、节点、施工、支座等各种原因，等应力膜面是无法实现的（双曲面理论上是不可展的）。
对于整体分析，平均值可能就够用了，但对于膜面，从某种意义上来说，不均匀度是更重要的问题
如何控制与协调这些问题，应该成为膜结构工程的重要内容。
作者:
superowen 时间: 2004-7-28 21:07 标题: 回复： 回复： 膜结构的监测和再张拉
chang wrote:
采用的索网越精细，需要测的数据越多，得到的膜面应力的分布也就越精细。
这似乎是废话，但不是。
如果把膜进行三角划分，并进而用cable net模拟的话，在理论上确实可以得到用无限的划分的情况下，误差趋向于零。
不过越精细就会越花费计算时间，通过计算可以知道在划分到一定程度以后，随着划分数目的增加，结构应力分布的推算误差的减少将会趋缓。在无限的情况下达到零。（就是无误差）
图中是以一个马鞍形结构作为对象，横轴的a是指边界上的点的数目（简单起见，四个边界边上的点数都设成一样），纵轴的E/e是应力（cable net的轴力）的平均推算误差（详细过程省略，可能不同人会有不同的定义）。
作者:
davidchen 时间: 2004-7-29 01:16 标题: 回复： 膜结构的监测和再张拉
Density of a fabric mesh has to do with the purpose of the model. To quickly evaluate a structural system for member force and reaction, a coarse model is sufficient; to understand local behavior and stress, a fine grid model is desired; for patterning, use grid size close to the actual fabric panel width would be adequate. We have to connect the analytical model to the real structure, otherwise the system only “works on paper”.
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