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由膜片、鋼索、支承結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)通過節(jié)點的有效連接而組成的薄膜結(jié)構(gòu),以其結(jié)構(gòu)重量輕,跨越能力強(qiáng),施工速度快,抗震性能好,建筑造型豐富等優(yōu)點得到眾多建筑師的青睞。而節(jié)點構(gòu)造設(shè)計作為膜結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié),不僅關(guān)系到膜結(jié)構(gòu)的建筑藝術(shù)效果,而且還關(guān)系到結(jié)構(gòu)的整體性和可靠度。從國內(nèi)外已發(fā)生的一些膜結(jié)構(gòu)破壞的工程實例來看,節(jié)點設(shè)計不合理、不恰當(dāng)而限制節(jié)點的轉(zhuǎn)動自由度,節(jié)點構(gòu)造措施不當(dāng),連接部位的松動或脫落等導(dǎo)致膜材被撕裂,是引發(fā)工程事故的主要原因之一。而目前國內(nèi)關(guān)于膜結(jié)構(gòu)節(jié)點破壞機(jī)理的研究還較少,故有必要從結(jié)構(gòu)受力的角度出發(fā)對其進(jìn)行更為深入的研究,旨在為膜結(jié)構(gòu)相關(guān)從業(yè)者在設(shè)計和建造方面提供一些有價值的參考和借鑒。

針對以上膜結(jié)構(gòu)節(jié)點的破壞問題,以PVC膜材為研究對象,有針對性的選擇了膜結(jié)構(gòu)工程當(dāng)中常用的兩種連接方式,螺栓夾板連接和U形夾具連接,通過模擬和試驗的方法,探究了膜結(jié)構(gòu)節(jié)點連接中不同因素對膜面節(jié)點強(qiáng)度的影響。其次探究了膜結(jié)構(gòu)在單向與雙向拉伸以及在雙向拉伸中膜面橫向和豎向的兩側(cè)分別采用螺栓夾板和U形夾具的連接方式時對膜面節(jié)點強(qiáng)度的影響,同時對膜面在豎向和橫向施加不同比例荷載時節(jié)點的傳力和破壞機(jī)理進(jìn)行了更深入的研究和分析。最后根據(jù)膜結(jié)構(gòu)節(jié)點破壞試驗結(jié)果,改進(jìn)節(jié)點連接措施,通過數(shù)值模擬的方法對改進(jìn)前和改進(jìn)后節(jié)點強(qiáng)度進(jìn)行了比較分析后得出:膜結(jié)構(gòu)節(jié)點連接的幾個影響因素中螺栓間距和邊繩直徑對膜面節(jié)點強(qiáng)度的影響較大,摩擦系數(shù)和夾板厚度影響相當(dāng)且都較小；膜面在雙向拉伸的情況下,其膜面承載力要高于單向拉伸時膜面的承載力,并且在雙向拉伸中,橫向與豎向拉力越接近,其膜面承載力越高；對于采用螺栓夾板連接的方式,其節(jié)點主應(yīng)力方向上的應(yīng)變比U形夾具連接的節(jié)點應(yīng)變要小；通過對膜面邊緣做補(bǔ)強(qiáng)處理,最大程度地釋放了節(jié)點處的轉(zhuǎn)動自由度,將剛性邊界轉(zhuǎn)化為柔性邊界,增加邊繩長度等措施,很大程度上提高了節(jié)點強(qiáng)度。對于實際的膜結(jié)構(gòu)節(jié)點設(shè)計,建議優(yōu)先考慮螺栓間距和邊繩直徑對節(jié)點強(qiáng)度的影響,橡膠墊片和夾板的厚度可根據(jù)現(xiàn)場的施工條件選取即可。對于膜與支承構(gòu)件和曲度不大的膜單元與膜單元之間的連接可以考慮螺栓夾板的連接方式；對于曲度較大的膜邊界考慮使用U形夾具的連接方式。