大跨度充气膜结构形态分析方法研究

成新兴，张 超，牛国平，陈建稳，武宝会

(1．西安西热锅炉环保工程有限公司，陕西 西安 710054；2．南京理工大学 理学院，江苏 南京 210094；3．西安热工研究院有限公司，陕西 西安 710054)

充气膜结构因具有造型新颖多变、气密性好、移动方便、节能环保等特点，在展览馆、体育场、实验室、沼气池、航天飞行器、方舱医院、工业储料场等各类场景均得到应用[1-4]，为满足无组织排放治理的环保要求，众多充气膜封闭料场相继建成，领域遍布电力、煤炭、钢铁、水泥、港口等．因场地及设备条件限制，此类充气膜结构具有外形不规则、大空间和大跨度的特点．

形态分析是充气膜结构设计与分析的重要步骤，分为找形和找态两部分内容．非线性数值计算等方法广泛应用于充气膜找形分析中，近些年又发展出三维摄影测量等试验方法[5-7]．早期文献中找形分析多以等应力曲面为研究对象，采用小弹性模量法，找态分析则通过解析法直接实现[8-10]．

实际工程中的大跨度充气膜结构均为非等应力曲面，预张力难以通过解析解精确确定，此时找态与找形同等重要，采用小弹性模量法难以得到理想解．部分文献中提出了迭代法找态和逆变形法找形的基本思路，但缺乏较系统全面的论述[11-15]．

本文总结充气膜形态分析理论，系统提出一种形态分析方法，通过形面误差分析对结果进行验证，并介绍应用实例．

1 充气膜形态分析理论

充气膜结构通过内外压差使得膜面向外扩张并形成预拉力，进而……