充气膜初始形态的概念分析

　　膜结构忽略其自平衡的预张力, 不承担任一外部荷载, 只在自重作用下确定其边界条件及预应力的分布与大小后形成的形态称为初始形态。初始形态中的形即结构的初始几何形状, 态即膜面应力的分布状态。充气膜结构是一款柔性结构体系, 只有存在适当预应力时才具有确定的形状, 其几何形状是随支承一边界条件和预张力分布状态而变化的, 因而气膜结构设计的初要内容就是形状生成, 即初始形态分析。

　　1、确定结构的几何形状, 要求形成无褶皱的光滑曲面。膜结构有着特定的非线性方程组迭代的收敛条件与判断准则, 依据判断准则对膜面的松弛和褶皱进行判断与处理。计算中应规避出现主应力有异号或者都小于零的情况, 否则需要调整内压、膜面应力重新进行计算, 同时注意将索轴向应力保持为正, 规避索单元松弛失效退出工作。

　　2、确定膜面预应力, 应尽量使得应力均匀分布。由于充气膜结构较强的几何非线性, 荷载作用下会发生较大的位移与变形, 所以需要寻求合理的预应力, 以解决外荷载的影响。内压是为气承式膜结构产生预应力的原因, 合理的内压可以使结构获得理想的几何形状、有着一些刚度, 继而在外荷载作用下, 膜面不会出现褶皱、局部低沉、凹陷等情况。

　　3、有研究人员分析了气承式的充气膜结构初期形态下的拉索与膜面之间的接触问题, 在实现了建立接触关系的初始形态前提下, 紧后工作即是进行荷载分析, 荷载的分析也是膜结构设计的关键。