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ETFE薄膜材料性能与双层气枕结构试验研究

作　者: 赵兵
导　师: 陈务军
学　校: 上海交通大学
专　业: 结构工程
关键词: 膜结构 ETFE薄膜单向拉伸试验 ETFE气枕模型试验高低温环境模拟箱三维扫描仪形态测量
分类号: TU38
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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引　用: 2次
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内容摘要

虽然ETFE膜材于1972年就发明,并广泛应用于医药、卫生等产业,但直到1994年才被探索性地应用于膜建筑领域。由于ETFE膜轻质、透明,自洁性、耐久性好,建筑表现力强,可代替并超越玻璃成为一种理想的围幕材料。更由于单元化的充气膜可实现较大尺度和灵活的几何形式,ETFE薄膜在欧洲迅速发展起来。但目前国内外针对ETFE薄膜材料性能与双层气枕结构的系统研究较少,且尚无ETFE薄膜双层气枕低温性能的试验研究,因此,本文主要针对这些方面的问题进行探讨与研究。本文以ETFE薄膜在不同温度条件下的力学性能和ETFE薄膜双层气枕结构在低温条件下的结构性能为主要研究内容,利用轻结构设计分析的专业软件Easy,以数值计算分析、膜材单向拉伸试验和ETFE气枕模型试验为主要研究方法,对ETFE薄膜结构的设计方法、ETFE膜材在不同温度条件下的力学性能和ETFE薄膜双层气枕模型结构在低温条件下的结构性能等方面进行了较为系统的研究。基于欧洲最新的ETFE薄膜结构设计方法,介绍了ETFE薄膜的特性和材料性能。总结了结构设计理念和安全性准则,目的是对比几种不同的设计理念并找到一种最安全的准则。介绍了ETFE薄膜单层结构和双层气枕的模型设计与分析方法。提出了气体供应系统和控制需要注意动力失效、充气单元的监控和质量三个方面的问题。从材料、焊接工艺、焊缝强度与试验和包裹四个方面介绍了ETFE薄膜的制造与安装。提出需要注意的功能性问题和解决的方法。本文对ETFE薄膜的单向拉伸性能做了较为系统全面的试验研究。对ETFE薄膜沿MD和TD方向裁取的哑铃形试样进行了单向拉伸试验。文中采用不同的拉伸速度对ETFE薄膜哑铃形试样进行了单向拉伸试验,并研究了拉伸速度的影响。文中采用普通母材和横向焊缝两种试样,对ETFE薄膜哑铃形试样进行了常温—高温单向拉伸试验,并研究了横向焊缝对ETFE薄膜在常温—高温条件下的单向拉伸性能的影响。文中对粘有应变片的ETFE薄膜长条形试样进行了单向拉伸试验,得到了应变片与ETFE薄膜的协同工作关系。为了研究ETFE薄膜气枕低温环境下的结构特性,本文设计了由荷载模拟、环境模拟、ETFE气枕、自动控制系统和测量系统组成的试验方案。荷载模拟通过荷载模拟箱实现,通过充气或者吸气来实现风压和风吸的变化来实现。环境模拟通过环境模拟箱来实现,尺寸为2.0mx1.8mx2.2m,温度范围为-65?C～+100?C。设计了ETFE气枕,平面尺寸为1.5mx1.5m,高度为0.188m。设计了一套特殊的自动控制系统来控制ETFE气枕内的压力和荷载模拟箱内的压力。利用三维扫描仪、应变片和位移计测量ETFE气枕在不同模拟荷载下的膜面应变和整体形态。依次在温度为25?C、0?C、-25?C、-50?C的条件进行了成功的试验,通过从0 kPa开始加载直至ETFE气枕破坏来获得极限荷载以及破坏形态。试验结果揭示了ETFE气枕的一些重要特性,将为该类结构在低温环境应用提供技术支持、储备。

ETFE薄膜材料性能与双层气枕结构试验研究

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