图15: 平衡态索中应力分布
结构形状的改变可以通过改变膜和索的预应力比值来实现,从而得到形态各异的形态。在保持索的预张力不变的情况下,增加膜的预张力将增大结构的曲率,例如将膜的预应力增加至原来的1.5倍,即sx =sy =3×107 N/m2,得到的成形图如图16所示。反之,在保持索的预张力不变的情况下,降低膜的预张力将减小结构的曲率,使得曲面变得较为平坦,例如将膜的预应力减小到原来的一半,即sx =sy =1×107 N/m2,得到的成形图如图17所示。
图16: 膜面预应力增加至原来的1.5倍
图17: 膜面预应力减小至原来的一半
四.结论
本文针对建筑结构中常见的索膜结构的关键问题-找形,提出了ANSYS进行找形分析的解决方案,并用实例验证了这种方法的有效性。以此为基础,可以进一步使用ANSYS的强大的结构分析、多物理场分析技术非常方便有效地针对找形得到的索膜结构平衡形态,考虑该结构与其它结构的相互作用以及复杂载荷物理环境,从系统级、耦合的层次进行结构分析以校核其受力性能、安全性能,为设计提供依据。
有效地实现索膜找形分析也将进一步拓展ANSYS在建筑领域的应用前景。