[发明专利]一种张拉膜结构堆载试验装置及试验方法

说明书

本发明涉及一种张拉膜结构堆载试验装置及试验方法，属于膜结构工程领域，解决了现有技术中张拉膜结构膜材力学性能测试装置造价较高，试验程序复杂且不具有通用性的技术问题；本发明提供了一种张拉膜结构堆载试验装置，包括加载架、盖板、载荷单元和位移传感器，加载架设置于水平地面上，膜材试件设置于加载架上，膜材试件上设置有测试点，位移传感器设置于地面上并通过测试点与膜材试件连接，载荷单元设置于膜材试件的上，盖板设置于加载架边上，盖板与加载架上分别设有凹凸槽结构。通过将该试验装置测得的结果与有限元数值模拟计算结果进行对比，进而可以帮助有限元模拟材料参数的选取，提高模拟结果的准确性和可靠性。

技术领域

本发明属于膜结构工程领域，尤其涉及一种张拉膜结构堆载试验装置及试验方法。

背景技术

随着大跨度、复杂体型建筑物大量涌现，张拉膜结构已经成为大型跨空间结构的重要形式之一。

张拉膜结构在使用过程中，由于受到风荷载以及雨雪荷载的影响，会对张拉膜结构的使用及安全带来隐患，通常使用有限元设计软件对张拉膜结构的响应进行模拟。

但是，由于有限元软件采取的本构关系、强度准则、单元形式以及收敛准则的不同，计算得到张拉膜结构在荷载作用下的力学响应也有所差别，存在不确定性，严重影响有限元软件在张拉膜结构设计中的应用；而且，张拉膜结构的力学响应测试过程比较繁琐、试验装置成本较高，而且进行重复试验的技术要求较高，不具备通用性。除此之外，常规的膜结构试验所使用的夹具价格昂贵，操作复杂。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种张拉膜结构堆载试验装置及试验方法，用以解决现有技术中张拉膜结构膜材力学性能测试装置造价较高，试验程序复杂且不具有通用性的技术问题；

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种张拉膜结构堆载试验装置，包括加载架、盖板、载荷单元、位移传感器和夹具，其中，加载架设置于水平地面上，膜材试件设置于加载架上，膜材试件上设置有测试点，位移传感器设置于地面上并通过测试点与膜材试件连接，载荷单元设置于膜材试件上，所述盖板设置于加载架上面，夹具设置于盖板和加载架的边上盖板与加载架上分别设有凹凸槽结构。

当进行张拉膜结构的堆载试验时，首先，将加载架直接放置于水平地面上或将其柱脚与地面通过螺栓连接，加载架被固定住后将膜材试件放置于加载架的上表面，其次，在盖板的四个角出设有吊耳，吊耳用于提起盖板，将膜材试件铺展开以后，通过吊耳使多块盖板盖在加载架的四边，用夹具夹紧盖板和加载架，夹紧膜材试件，此时，加载架上的凹凸槽结构和盖板上的凹凸槽结构咬合，膜材试件的翼缘被部分咬合在凹凸槽结构内，固定好膜材时间后，在膜材试件上的测试点进行打孔，通过孔用铁丝将膜材试件的各个测试点与各个位移传感器连接起来，设置好位移传感器后，在膜材试件上堆载载荷单元，并记录各个测试点在该级别堆载载荷下位移量，一级堆载试验；在此基础上，逐级加载载荷进行多级堆载试验，分别记录各个测试点在各级堆载载荷下的位移量。直至达到堆载级数，完成实验。

与现有技术相比，本发明提供的张拉膜结构的堆载试验装置，如图1所示，通过在加载架的四边加盖盖板，加载架和盖板之间采用凹凸槽结构设计进行咬合，形成一个固定边界条件，该试验条件与膜材试件在有限元模拟中的条件相同，在该固定边界条件下，在膜材试件上均布载荷单元，使膜材试件的膜结构表面产生形变，记录位移传感器的位移量，将该位移量与有限元数值模拟的模拟结果进行对比分析，从而达到校验有限元数值模拟的目的。综上，本试验提供的堆载试验装置结构简单，布置调整过程便捷，可靠性高，可重复试验且适用性广；通过该试验装置得到的试验结果，能与有限元模拟获得的结果进行对比分析，进而可以确定有限元模拟过程中模拟参数的选取，提高了模拟结果的准确性和可靠性；