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    沈陽膜結構客戶知道了!

    沈陽張拉膜結構制作廠家的裁剪設計與加工制作

    來源:www.tpcaurora.com 發布時間:2022-10-25 瀏覽:0

    遼寧膜結構加工制作階段的工作內容,包括裁剪設計的原則、裁剪方法、膜材的連接、裁剪下料圖及加工圖、膜面加工制作的工序與質量要求等。


    沈陽張拉膜結構制作廠家的裁剪設計的另一大特點是需要進行膜結構裁剪設計,即在完成找形、荷載分析和構件設計(含膜材、索、支 承鋼結構的設計等)并獲批準后,要購買膜材料,進行裁剪設計,加工制作膜面。本文將就膜結構加工制作階段的工作內容,如裁剪設計的原則、裁剪方法、膜材連 接方法與接縫設計、裁剪加工圖、膜面制作工序與質量要求等,展開論述。


    一、 膜結構裁剪設計的目的及一般原則


    1. 裁剪設計的目的


    膜結構建成后的膜面是預應力作用下的空間曲面。裁剪設計(或者 稱裁剪分析)的目的是用無應力、平面狀態并有幅寬限制的膜材(卷材)去制作膜面,使這個膜面在張拉后符合找形所得的形狀和應力分布,且膜面接縫布置美觀, 膜材用料節省。


    2. 裁剪設計的內容與步驟


    膜結構裁剪設計的內容與步驟如下:(1)在找形得到的空間膜面上布置裁剪線,將空間膜面劃分成若干個空間膜條;(2)將空間膜條展開為 平面膜片;(3)釋放預應力,對平面膜片進行應變補償(即考慮預應力釋放后膜材的彈性回縮);(4)根據以上結果,加上膜片接縫處及邊角處都放量,得到平 面裁剪片;給出膜材的下料圖及膜面的加工圖。


    3. 裁剪線的布置原則


    裁剪線是指空間膜曲面上膜條與膜條之間的連接線,也就是裁剪片與裁剪片拼接時的接縫。


    裁剪線的布置應遵循以下原則:(1)美觀,有良好的視覺效果;(2) 受力性能良好,通常將裁剪線布置成與膜材的經向一致,沿膜面主應力方向;(3)便于加工,避免裁剪線過于集中,以方便邊角處理;(4)節省,即節省膜材且 使接縫總長度盡可能地短。


    通常,裁剪線的方向就是膜材的經向,即膜材的長度方向。習慣上,圓錐形(傘形)膜面的裁剪線按經向布置,馬鞍形膜面的裁剪線沿平行于高點對角線的方向布 置,拱支承形膜面的裁剪線多垂直于拱的跨度方向,而脊谷式膜面的裁剪線多平行于脊谷索布置;剛性邊界的膜結構,裁剪線多平行于邊界支承構件,如圖1 所示。設計實際工程時,不要墨守陳規。適度地改變習慣做法,有時會收到意想不到的新奇效果,參見圖2。


    4. 裁剪的應變補償


    膜材裁剪時的應變補償值(預縮量)受許多因素影響,如膜材本身的雙軸拉伸性能、徐變性能、膜面應力水平、裁剪片的形狀及材料經緯方向、 結構尺度及支承方式、膜面熱合時的收縮情況、成型時的張拉難易程度等等。應變補償常以補償率的形式實施。嚴格說來,需根據膜材在特定應力比及應力水平下的 雙軸拉伸試驗結果,結合上述諸因素綜合確定應變補償率。


    需要注意的是,膜材經、緯向的應變補償率通常是不同的,且不同的應力分區也應采用不同的補償率。大體上來說,常用聚氯乙烯(PVC )涂層覆蓋聚酯織物的應變補償率在0.5% 至 0.8% ;而常用聚四氟乙烯(PTFE )涂層覆蓋玻璃纖維膜材的應變補償率經向為0.5% 至1.0% ,緯向在1.0% 至3.0%之間。

    二、裁剪設計的方法


    膜結構的裁剪分析最初是從量測物理模型開始的,即按一定比例制作一個所期望的結構曲面模型,用一定寬度的 紙、布或其他柔性材料剪成相應的形狀粘貼到模型上,經反復修改,直到完


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    全覆蓋整個模型。將每個粘貼條揭下按比例放大后,再考慮應變補償,即可得膜材的下料圖。


    對于簡單、規則的可展曲面,可直接利用幾何方法將其展開并得到下料圖。而對于復雜曲面,需通過計算機方法確定。目前常用的裁剪方法有測地線裁剪法 (Geodesic Line Method )及平面相交裁剪法等,現分別介紹如下。


    1.測地線裁剪法


    測地線原是個大地測量學中的概念,又稱短程線,其通常被理解為:經過曲面上兩點并存在于曲面上的最短的曲線??烧骨嫔系臏y地線在曲面展開成平面后為直 線;不可展曲面上的測地線在展開后接近直線。測地線裁剪法,就是以測地線來剖分空間膜面。求曲面上的測地線的問題,實際上是一個求曲面上兩點間曲線長度之 泛函極值的問題。


    用測地線概念作膜結構裁剪分析的問題之所以復雜,是因為膜結構幾何外形的新奇多變。通過找形分析,所得到的是膜面上一些離散點的空間坐標,而不是空間曲面 的方程,因而也就無法得到曲面上兩點間曲線長度的泛函的顯式。通常采用分段線性化的方法來處理這一問題,即用求極值確定測地線上的若干點,再用線性插值的 方法求中間點,從而求得測地線。


    對于一些呈球面特征的曲面或曲面區域,兩端點(極點)間的測地線有無數條,即測地線并不唯一,這樣就很難控制膜條的最大寬度。文獻[1] 提出了在兩端點間再指定一個中間點的準測地線(Semi-Geodesic Line )方法并已經用于膜結構設計軟件 EASY 中。


    測地線裁剪法的好處是接縫最短、用料較省,但裁剪線的分布及材料經、緯方向的考慮不易把握。實際應用中,在將由兩條測地線及邊界圍成的空間膜條展開成平面 時,需指定其中的一條測地線為直線。


    2.平面相交裁剪法平面相交裁剪法是用一組平面(通常用豎向平面)去截找形所得到的曲面,將膜面分成 一個個的 “香蕉狀”的膜條,以平面與空間曲面的交線作為裁剪線。平面相交裁剪法常用于對稱膜面的裁剪,所得到的裁剪線比較整齊、美觀。


    3.膜材的 連接方法


    膜材的連接方法膜材的連接方法有機械連接、縫紉連接、熱合連接等。機械連接簡稱夾接,是在兩個膜片的邊緣埋繩,并在其重疊位置用機械夾板將膜片連接在一 起,見圖3。機械連接常用于大中型結構膜面與膜面的現場拼接??p紉連接是用縫紉機將膜片縫在一起。采用縫紉連接時,需要注意選擇縫紉用線的強度和耐久性。 縫紉連接通常用于無防水要求的網狀膜材結構中,或者是與熱合連接同時應用在PVC 涂覆聚酯織物的邊角處理上。


    熱合連接又稱焊接,是通過讓膜材接觸加熱物體、或通過高頻電磁波、或向膜材吹熱空氣等手法,使膜材獲得相應的熱量從而使織物上的涂層熔融,然后施加壓力并 冷卻使膜片結合在一起。熱合連接是最常用的膜材連接方法。對PVC 膜材料,多用高頻焊接,局部修補可用熱風焊接;PTFE 及乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE) 膜材則采用接觸加熱物體的高溫熱合方法。接縫可以是搭接,也可以是采用“背貼條”的拼接,PTFE 膜材焊接時,需要在兩層PTFE 膜材間放置氟化乙丙烯(FEP)薄膜條。有關的熱合設備。


    4.裁剪加工圖及特殊部位的經驗處理


    裁剪加工圖包括膜片下料圖、膜材排版圖、膜面加工圖三方面。膜片下料圖是指考慮了應變補償后的平面膜片圖,亦即各裁剪片的平面坐標及經線方向;膜材排版圖 是指各裁剪片在特定幅寬膜材上的排列圖,在考慮了邊角放量及經緯方向后,排列盡可能緊湊以節約膜材;膜面加工圖就是各裁剪片的拼裝圖。在加工圖上,除了注 明各裁剪片及接縫位置外,還需給出接縫及邊角處理方式和放量、接縫方向、補強位置及范圍、膜材型號及規格、接縫檢測要求、包裝時折疊的順序及方向標識要求 等等,參見圖1如采用自動放樣及自動下料,膜片下料圖以數據文件形式提供。


    特殊部位的經驗處理


    (1)邊角處理放量在膜片與膜片的連接處,因接縫需要放量;在柔性邊界的膜結構中,為方便穿鋼索,常將膜邊放出一定的余量做成索套(cable cuff), 俗稱“褲子”;在膜結點板處以及剛性邊界膜結構的邊界處,常采用“繩邊”(rope edge),也需在裁剪基準線外加上適當余量以方便埋繩。圖8 和圖9 是典型的邊角處理方式及放量情況。挖弧及補強層在膜角點,一般用膜節點板并通過連接配件連接膜面與支承結構。節點板處的膜面要作“挖弧”處理;膜角處及錐 形膜面的頂部等應力比較集中,常用兩層或三層膜熱合在一起,即作“補強層”處理


    (2) 特殊部位應變補償率的調整


    如前所述,盡管影響膜材裁剪應變補償值的因素很多,但實用上大多采用百分率補償法;計算程序一般也用輸入的具體百分率對膜材的經緯向進行預縮。由于膜面上 可能存在不同的應力分區,且各分區及各部位在安裝時的張拉難易程度不一,對特定部位,需對其應變補償率作出調整。


    對于外形為圓錐形的膜結構,在帽圈處常用圓鋼板或圓環與膜面相連,安裝時通常也是先將膜面固定在鋼板或圓環上再頂升,因而帽圈處膜的環向應變補償值幾乎為 零。同樣,靠近邊索處的膜在沿索的方向很難張拉,應變補償率也需作出調整。在剛性邊界的膜結構中,中間部位的膜比較容易張拉,而靠近邊界處的膜張拉就比較 困難,邊角處的應變補償率也宜作出適當的調整。


    (3) 方便安裝及考慮防水或美觀的一些構造


    考慮到安裝的方便,除了將膜面進行必要的分塊之外,還可以在膜面上特定部位焊接一些“搭扣”(lifting tape ),以方便吊裝及張拉,在張拉完成后再將其剪去。第一道接縫處為方便吊裝而焊接的連續搭扣即為一例。出于防水或美觀的考慮,也可在膜面適當部位焊接一些用于覆蓋用的膜片。


    通常,膜面的加工制作包含以下工序:(1)準備工作,包括技術準備、場地及設備準備、膜材料進場檢測等;(2)放樣、排版與下料;(3)熱合試驗;(4) 熱合加工;(5)邊角處理; (6)清洗、包裝。


    1. 膜面加工的技術準備及場地要求膜面加工的技術準備工作,主要是閱讀、領會設計圖紙(包括結構外形圖及膜面下料、加工


    2.查看相關數據文件;如為人工下料,需對制作人員進行技術交底。加工場地需平整、無塵,溫度、濕度適宜;加工設備保養良好


    膜材的進場檢測主要包括外觀檢查和物理性能檢測兩方面。外觀檢查主要是檢查膜面色澤是否一致、有無斑點、小孔等,一般通過目測結合專用燈箱進行。待用膜材的品牌與型號應與設計圖紙一致,并為同一批號(不同批號的膜材色澤會有差異);要求無直徑2 mm 以上的油污、瑕疵,無直徑1 mm 以上的針孔,色澤均勻一致。


    物理性能檢測主要是檢測厚度、重量、抗拉強度及撕裂強度等,檢測結果應不低于膜材性能表所列指標。由于各國的檢測方法不一致,檢測結果也會有出入。膜材進 場時可對各項技術指標進行抽檢,并檢查膜材出廠時的材料檢測報告和質量保證書。當抽檢數據與出廠檢測報告出入較大時,應通知膜材供應商并取樣送權威檢測機 構檢測、鑒定。


    放樣有自動放樣與手工放樣之分,取決于加工廠商的設備情況。自動放樣是將包含各膜片X、Y 坐標的數據文件輸入電腦,經排版、優化后打印在膜布上或直接由電腦控制的切割機將膜布裁剪成片。當采用手工放樣時,通常要先做出1:1 的紙樣,再將紙樣放置在膜布上排版,最后劃線、下料,參見圖5至圖8。手工放樣、下料的精度應控制在+/-2 mm 以內。


    熱合試驗與焊接加工


    在正式進行焊接加工前,需進行熱合試驗以便為熱合加工提供參數依據。試驗樣條的抗拉強度應不低于其母材強度的80%。在焊接加工過程中,也需定時試驗并記 錄結果,以便隨著環境溫、濕度的變化及加工部位的不同,隨時修正相關技術參數。


    正式加工時,先將膜片在接縫處對齊,檢查膜材的正反面及接縫順序是否正確;清潔待焊區域;如為PVC 膜材拼接接縫放置“背貼條”,如為PTFE 膜材需在接縫處兩層膜片間放置EFP 條;根據熱合試驗所得到的參數進行加工。最后根據設計圖紙對邊角進行諸如埋繩、焊接穿鋼索的“褲子”(cable cuff)及補強處理。


    熱合時宜采用張拉焊接(tension weld),即要對待焊區域的膜材施加一定的預張力,以減小因熱合造成的膜材收縮、改善張拉成型后焊縫處的應力狀態。


    包裝


    設計者需根據施工現場及安裝設備等情況,確定膜面的展開方向及折疊包裝的順序,加工好的膜面在兩面清洗后,按指定要求進行折疊包裝。為 防止在膜表面留下明顯折痕,PTFE 成品膜在折疊時應襯入圓紙筒,ETFE 成品膜不能折疊,需放置在專用保護容器中。軟質包裝袋上應標識好展開方向,再加木箱包裝以方便運輸。


    附件的設計與加工


    與裁剪關系密切的附件設計主要包括用于膜角的膜節點板設計、連接件選用及邊索長度的確定等等。膜節點板的設計主要涉及形式、大小、角度、連接孔及安裝孔的 位置及大小、板厚、膜與節點板的連接方式以及邊索與結節板的連接設計等內容。設計時,根據膜面形狀及膜角處的應力大小確定其基本幾何參數,驗算抗拉強度、 局部承壓及焊縫長度等等,并由此計算連接件及邊索長度。


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