球场膜结构设计中的裁剪分析

球场膜结构设计中的裁剪分析

裁剪分析是球场膜结构设计中的一个关键问题，其目的是将由找形分析得到并经荷载分析后符合要求的预应力状态的膜材空间曲面剖分，然后转换成无应力的平面下料图，以便对市售膜材进行裁剪，再热合成整体，通过施加预应力以张拉成设计曲面。裁剪下料图的准确与否直接关系到施工安装后的平整度，即形态分析所得的膜曲面与实际施工安装后的曲面形状是否相吻合，进而影响到球场膜结构荷载分析结果的准确性。

球场膜结构设计中裁剪分析通常包含如下三个步骤：一是将空间膜面剖分成空间膜条，膜条的边界位置就是未来热合缝之所在，膜条的更大宽度要小于拟用膜材的幅宽；二是将空间膜条展开成平面膜片；三是进行应力状态向无应力状态的转换，亦即释放预应力，进行应变补偿。

球场膜结构设计中裁剪分析的方法主要有：物理模型法、力学模型法和几何模型法等。与找形技术的产生及发展过程相类似，裁剪分析也是从量测肥皂模型、丝网模型物理模型开始的。现代概念上的裁剪分析，主要还是依赖于计算机技术的发展而发展的。在此过程中，各国学者提出了一些不同的方法，如测地线法、有限元法、优化分析法等等。每种方法都有其优点，但都有不同程度的近似，且不能完全适应复杂多变的几何外形。从应用的角度来看，在球场膜结构设计中测地线法应用比较广泛，测地线为空间曲面内任意两点更短曲线，在切平面内展开为为直线。采用测地线裁剪膜片面积更小，膜纤维与主应力夹角更小，使用受力性能更好。