张拉膜工程中流固耦合问题的研究目的及意义

张拉膜工程中流固耦合问题的研究目的及意义

随着膜结构的发展和广泛应用，近年来工程事故也有发生，特别是张拉膜工程更是首当其冲。例如，1999年，日本熊本公园穹顶受到台风袭击，旋转门被吹开，台风的吹入增大了双层膜的内压从而致使顶部玻璃破裂，膜面严重撕裂破损；2005年台风“达维”在海南省登陆，三亚膜结构建筑“美丽之冠”顶部膜材发生严重撕裂。修复后，2013年11月受到台风“海燕”侵袭，使膜材又一次发生破坏。2012年短时强暴风雨作用下，国内一个网球场张拉膜工程沿四角的薄弱位置至膜面中线处被撕裂。2015年5月4日，广东奥体中心羽毛球馆太空舱顶棚在暴风雨的作用下发生崩塌，体育场馆抗风能力为8级，体育馆设计使用年限为30年，但是使用不到一年就被暴风雨破坏。

分析上述案例可以看出，部分张拉膜膜工程的设计抗风强度，远大于结构实际产生破坏时所承受的风力等级，却产生了破坏，究其原因，是在于设计时仅仅考虑风对膜结构所产生的影响，而实际中大风往往是伴随大雨出现的，当风雨同时作用时，膜面的振动情况、承载能力、强度等力学特性会发生改变，所以在张拉膜工程设计时应考虑风雨对膜面的共同作用。

研究风雨对膜结构工程的影响，其实是研究结构和风雨荷载之间的流固耦合问题。流固耦合问题就是将流体荷载与结构固体之间的相互作用看成是一种耦合现象。实际分析中物态有固、液、气三态，一般建筑结构为固态，雨雪等荷载看为液态，风看作气态。膜结构工程与风之间互相作用可以认为是固态结构与气态流体之间的互相作用过程，此现象被称为流固耦合现象。