风载下充气膜与索的接触分析

　　充气膜结构在风荷载的作用下，防止过大变形甚至破坏的方法主要有增加内压、施加拉索。将风荷载等效为静力荷载施加到具有初始形态的膜面上进行计算，并分别考虑索膜结构受风向、风速、内压及摩擦系数的影响。

　　一、风向：

　　将风速24.5m/的风荷载作用在施加X向一道拉索、500Pa内压的气承式充气膜结构上，考虑风向改变（沿Z轴负向与拉索垂直夹角90°、沿X轴负向与拉索平行夹角0°、沿XZ角平分线负方向与拉索夹角45°）的影响。拉索轴向应力均为正，不会出现松弛、退出工作的状况。风向0°时，拉索应力越小，迎风面接触法向应力为负，这体现了拉索随膜面变形的一致性，而且该拉索段接触摩擦应力（即切向接触应力）接近零，滑动量较大，背风面拉索伴随膜的变形同样较大，整体大致呈M形;风向90°时，拉索应力相对凸出且分布很有规律，球冠顶位置拉索段应力较大，两边逐渐降低，呈对称分布，相应接触法向应力较大，摩擦应力中间拉索段较小，两端凸出，索移动量较小;风向45°时，背风面拉索段应力较大，而接触法向应力较小，摩擦应力相对较小，迎风面拉索段滑移量相对较大。膜结构施加拉索受风向改变影响显明，越不利风向的确定在膜结构索的布置设计中提供参考。

　　二、风速：

　　考虑风速变化的影响，将风速分别取17.0m/、24.5m/s、35.0m/s，沿Z轴负方向（与拉索夹角90°），作用在施加X向一道拉索、500Pa内压的气承式充气膜结构上，拉索轴向应力以及接触法向应力随风速增加变化相当显明，摩擦应力整体上随风速增加，但部分拉索段的变化幅度较大，球冠顶位置拉索段中部滑动量相当小，两端较大，且风速增加到某一程度时，对滑动量改变影响不显明。大风工况下拉索与膜面之间的接触作用不可小觑，应综合地区风载考虑索的施加，防止大风工况下膜面掀开、膜材的撕扯等，验证了索施加对结构的整体稳定性的加强。

　　三、内压：

　　风速24.5m/、沿Z轴负方向（与拉索夹角90°），作用在施加X向一道拉索的气承式充气膜结构上，在内压分别取400Pa、500Pa、600Pa三种工况下进行计算，得出，索轴向应力随内压增加有所降低，大致呈倒V形，接触法向应力变化微小，从摩擦应力和滑移量的变化可以看出，内压在一些范围时，其对摩擦应力及滑移量影响较大。另外，通过内压的增加，膜面较大位移从618mm下降到507mm。因此，合理的内压对膜结构的形态及抵御外荷载作用相当重要。