ETFE气枕的内压变化

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ETFE气枕比较常见的是在两层ETFE膜面之间充入一定压力的经过干燥除尘的空气，一般在300Pa左右（此处300Pa指气枕内外的压力差），从而形成一定刚度的稳定形态，具有了抵抗外部荷载能力。
其中风荷载是气枕设计时一个主要涉及的荷载类型，但很多设计人员在进行膜面强度校核时并不知如何正确的进行风荷载的施加，亦不甚了解气枕受正风压作用和负风压作用有什么区别（见图1，图2），部分设计者由于计算软件的缺乏并不能获得风荷载作用下的气枕内压，常常直接采用风荷载值作用于受风膜面进行计算，或采用风荷载和气枕初始内压直接叠加施加于受风膜面进行计算。但因为气枕通常包含上、下层两层柔性的膜面及相对封闭的膜气腔内的空气，在风荷载作用下这三者必将发生联动反应：膜面发生较大的形态变化，即气枕体积发生变化，气枕内压的也必然会随之发生变化，气枕膜面也必然处于风荷载和其内压共同作用。

下面将就双层ETFE气枕，即单气腔气枕的内压在不同大小的正、负风压作用下的变化情况作出较为细致的计算研究，试图找出这两者之间的关系和规律。在得到风荷载下的气枕的内压后，通过内压和风荷载的叠加，从而获得ETFE气枕膜的准确受力情况。

计算假定

在研究过程中，使用了一个基本的计算假定，即在瞬时风荷载作用下，单个气枕内部空气的量未（来得及）发生变化，亦即理想气体状态方程成立[1]：

假设气枕在风荷载作用前后的内压（绝对压力）、体积和温度分别为T1，P1，V1和T2，P2，V2，其中T1=T2。于是
以上假定在实际工程应用中具有适用性，这是由于气枕的进气口尺寸相对整个气枕来说非常小，在瞬时风荷载作用下，气枕膜面发生变形，但由于时间很短，尚不能引起其内部空气的量的变化，同时气体温度也可视为没有发生变化。


研究方法

为简化研究，特选择几何外观较为简单的矩形气枕作为计算对象，使用Easy软件中的Easy Volume模块计算该气枕在不同风荷载作用下的内压值，以寻找其中的一些规律。该计算模块可通过控制PV作为常数来获得风荷载作用下内压值，并同时计算膜面应力。

本文分别考虑了表1中8个情形，风荷载从0开始，逐步加大其数值，以获得相应的气枕内压值：表1    计算情形列表

说明：气枕上、下层膜面的对称性，笔者在做计算分析时省略了一些情形，例如风吸力作用于下表面与风吸力作用于上表面是类似的，风压力作用于下表面与风压力作用于上表面是类似的，等等。

计算结果

根据上一章节中列出的8个情形，在本章给出了在不同风荷载值下的气枕内压值，以图表的形式：

通过以上8个情形的计算结果，我们可以看出气枕内压的变化是非常近似的，呈现非常明显的规律性。


其它情形

本章在上一章节的基础上，进一步扩大了研究范围：在初始内压基础上预先提高内压，再看其在不同风荷载下内压的变化，图11与图12显示了情形1和情形2在提高内压至500Pa后的气枕内压随风荷载变化情况：

分析与总结

根据上文中给出的针对不同情形的计算而得到的大量数据结果，可得出以下几个基本规律：

●气枕在负风压作用下，内部压力将会减小，随着风荷载数值的增大而逐渐趋近于零。●气枕在正风压作用下，内部压力会增大，随着风荷载数值的增大而逐渐趋近风荷载值。● 气枕内压与初始内压直接相关，从初始内压出发，在风荷载数值逐渐增大的过程的开始阶段基本呈线性变化，后段呈现一定的非线性关系。● 风荷载作用下的气枕内压变化与膜面初始应力存在一定的关系。● 风荷载作用下的气枕内压与气枕的尺寸、膜材的弹性模量基本没有关系。