基于可靠度的膜结构设计理论与方法研究

Structural design based on reliability is important for membrane structure. Due to the complexity of loading action, fabric material properties and response, the related research is in a blank stage. This research emphasis on the following ways: 1) Probabilistic testing and analysis of fabric materials: in probabilistic view analyzing the basic mechanical properties of fabric materials, building probabilistic model, study the characteristics of creep and environment influence. Doing the test and numerical simulation on wrinkle and tear properties.; 2) Study on vibration mechanism under wind and snow action: Studying the load and response of membrane structures under wind and snow. Discussing the aeroelastic vibration mechanism. By means of considering wrinkle and tear properties, studying the structural failure behaviors and Mechanism; 3)Study on the design method based on the reliability: proposing the reliability analysis method suitable for membrane structures. Confirming the relation between failture model of component and failture model of system to compute the reliability of system. On this basis, building the formula with multi coefficient, and giving the value

基于可靠度的膜结构设计一直是结构设计理论发展的重要方向。由于其荷载作用、材料性质和响应特性极为复杂，目前相关研究尚处于空白阶段。本研究拟就以下几个方面开展工作，力求有所突破：1）膜材概率统计特性的研究：对膜材基本力学性能进行概率统计分析，探讨各种不确定性因素的生成机理和传递机制，建立相应的概率模型；开展蠕变特性及环境影响研究，并对膜材的褶皱和撕裂破坏行为进行精细化数值模拟与试验研究；2) 风、雪荷载作用下膜结构振动机理研究：对风、雪作用下膜结构屋面的荷载、响应特性进行研究，探讨其气弹耦合振动机理，结合膜材褶皱及撕裂特性，研究膜结构失效行为及破坏机理，给出失效判别准则；3）基于可靠度的膜结构设计方法研究：提出适合膜结构特点的可靠度分析方法，确立构件和体系的失效模式之间的联系，进而求得体系的可靠度。在此基础上，建立就基于可靠度理论的多系数表达式，给出各分项系数。

基于可靠度的膜结构设计一直是结构设计理论发展的重要方向，相关研究尚处于空白阶段。本研究就以下几个方面开展了大量的试验及数值模拟工作，力求有所突破：.1）.对膜材的撕裂性能进行研究，开展了膜材单轴拉伸试验、单轴撕裂试验及双轴撕裂试验研究，探讨加载速率、切缝大小，切缝角度等对撕裂性能的影响，并基于损伤力学和断裂力学理论，提出膜材非线性弹性损伤本构模型，对膜材撕裂破坏行为进行了精细化数值模拟研究；.2）.对风雪漂移荷载作用下膜结构表面的雪荷载特性进行研究：对风雪联合作用下膜结构屋面的荷载进行试验研究，探讨曲面屋盖积雪滑落角度及休止角的分布，并对膜结构屋面的雪荷载分布开展了精细化数值模拟研究；.3）.对膜结构的可靠度问题进行了研究，提出适合膜结构特点的可靠度分析方法，确立构件和体系的失效模式之间的联系，进而求得体系的可靠度。