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膜结构所用的膜材料为具有高强、阻燃、耐久、自洁等特性的高强复合材料,一般由基布和涂层二部分组成。基布主要采用高强聚脂纤维或玻璃纤维丝编织而成,有平织和绞织等多种编织方法,不同的编织方法影响着膜材料的经纬向力学性能指标,提供膜的抗拉强度和抗撕裂强度等;涂层材料主要有聚四氟乙烯和聚氯乙烯,在一定程度上提高了膜材料各项强度指标,为提高膜材料的耐久、自洁等特性,表面往往有一层氟涂层或硅涂层,提供膜材料的耐火、耐久及防水、自洁等性能,决定着膜材料的物理特性。
膜材料是一种高强柔软的织物,具有较高的抗拉强度,有一定的抗撕裂强度,但其平面内的抗压、抗弯强度几乎为零,抗剪强度也很低,并具有一定的各向异性和材料几何非线性性质,使用时又易发生应力松弛和徐变,因而在膜结构分析计算中如何正确地确定膜材料的各项力学参数及本构关系将是一项极其繁琐而又必不可少的事情。
在实际工程应用时,随着膜材料品种的不同,膜中预应力一般在1~8kN/m,即使在最不利荷载工况下,膜中应力值也只是其抗拉强度的1/4~1/8,为简便设计计算,一般可假定膜材料为正交异性的线弹性材料,由弹性力学理论可知,平面应力正交异性弹性材料的本构关系有如下形式。
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