在连栋塑料温室中，薄膜本身没有抗弯、抗压能王新忠等：薄膜预应力对连栋塑料温室结构极限承载力的影响力，只有对薄膜施加预应力，薄膜才能起到围护和传递载荷的作用H.连栋塑料温室的构件常采用薄壁小截面的型材，在薄膜预应力作用下，容易出现柔性变形。如采用不考虑薄膜预应力的连栋塑料温室结构模型，将导致结构极限承载力的计算结果与实际情况有较大的差异，造成材料浪费或事故隐患。
连栋塑料温室的结构体系是由立柱、天沟、纵梁、拱架等构件组成的统一整体，平面结构或局部空间结构分析没有考虑各构件之间的相互约束和支援作用5，不能准确确定结构极限承载力。
综合以上问题，采用实物模型试验和有限元分析相结合的方法，研究考虑薄膜预应力的连栋塑料温室整体结构的极限承载力问题，并探讨薄膜预应力对结构极限承载力的影响作用。
1连栋塑料温室的静力模型试验1.1实物模型制作选取双圆弧尖顶结构的连栋塑料温室为研究对象，其主要构件采用热镀锌处理的碳素结构钢型材（Q235A），以薄膜作为覆盖材料，具体参数如下：跨度8m，开间4m，脊高5. 25m，肩高3m，圆弧半径综合考虑模拟精度和试验成本，确定实物模型的几何相似比为1：10，模型长度1.2m，宽度2.由于温室构件的截面尺寸相对于温室结构的几何尺寸较小，按几何相似比缩小后更薄，不易连接，且受到标准型材现有型号的限制，本文将依据受压构件截面面积相似和受弯构件截面主惯性矩相似的原则7，调整温室构件的截面形式。
实物模型采用与原型构件相一致的材料，由4种型材焊接而成，如所示。
温室结构的实物模型1.立柱2.山墙3.拱架4.天沟5.纵梁6.拉杆7.端梁8.吊杆1.2应变监测点布置在模型试验中，应变监测点重点布置在变形大、易破坏的部位0.采用ANSYS10.0软件对的实物模型进行静力分析，确定应变较大的位置。在实物模型的对应位置分别布置应变监测点（1~8号），如所示。
1.3雪载荷等效转换基于ANSYS支座法08，将雪载荷转换为拱架、天沟等构件上的等效集中载荷进行加载，加载位置如所示。
（a）拱架（1/2立面图）（b）天沟/纵梁在ANSYS10.0软件中，约束加载位置的节点，并进行3种雪载荷工况下的有限元求解，结果如表1雪载荷的等效转换结果加载位置雪载荷/kNm2拱架（上部）拱架（下部）山墙（上部）山墙（下部）天沟（中部）纵梁（中部）1.4应变数据采集与处理应变测量系统是由NI9237采集卡、NIWLS-9163外盒、R-50电缆、NI9949附件和应变片等组成，采用双臂半桥电路进行测量。NI9237采集卡操作简单、精度高，自身带有防混叠滤波器，增益误差0.05%，偏移误差0.05%，增益漂移100x10-6°C.通过吊挂砂袋的方法，分别模拟3种雪载荷工况下的加载试验，并通过LabVIEW采集程序实现应变数据的实时记录和保存。
考虑到外界噪声的干扰，采用傅里叶函数对应变时间曲线进行拟合，以确定有效的应变。限于篇幅，仅绘出。30kN/m2雪载荷工况下4个监测点的应变时间曲线，如所示。
2基于屈曲分析技术的极限承载力计算2.1计算理论非线性屈曲分析技术是一种精确计算结构极限承载力的方法，该方法把载荷分成了一系列的载荷增量，按增量列式法展开后的平衡方程为Fn内部载荷向量对每一个载荷增量分别进行平衡迭代，直至求得使F -F在允许范围内的临界载荷。
在大跨度骨架"膜结构极限承载力的计算过程中，当载荷达到一定的程度，结构将完全崩溃或者突然跳至另一稳定形状的平衡状态，切线刚度矩阵K0+Kl+Kct可能变为降秩矩阵，从而导致严重的收敛问题811.本文采用的弧长法通过在/炉）2从经多次调试运算，表明取值在3%附近时，可以同时保证计算精度和计算过程的收敛性。
在双重非线性屈曲计算中，通过跟踪整个载荷-位移的平衡路径，来确定结构极限承载力。由于连栋塑料温室各构件之间的相互作用，载荷-立移曲线中将出现多处转折点。依据1，取曲线斜率开始变化处的载荷作为连栋塑料温室结构极限承载力。
2.2膜材力学特性测试为了确定膜材的本构关系，进行了膜材试样的纵向拉伸试验。
试样取自市场选购的温室常用PE（聚乙烯）膜，厚度0.15mm，采用WDW30005型500N电子万能试验机进行试验，试验力和试验速度的精确度为0.5%c.参照GB/T1040.3―2006，取5个纵向试样，试样拉伸标距50mm，宽度15mm，实测厚度0.148mm，以20mm/min的速度进行拉伸直至断裂，记录每个试样的试验数据，计算其平均值作为试验结果。由试验数据换算得到的膜材屈服强度为8. 87MPa，断裂强度。为17. 08MPa，弹性模量E为177. 2.3计算模型建立选取连栋塑料温室的实物模型为分析对象，在ANSYS10.0软件中，采用Beam188单元和Shell41单元建模，定义材料参数，划分单元网格，建立连栋塑料温室结构的计算模型，如所示。积雪分布系数参照12，以线载荷的形式施加。
温室结构的计算模型Fig.强度的1.5%~4.0%，预应力太大，会严重降低结构极限承载力；预应力太小，则不能满足对薄膜刚度的需求。在ANSYS10.0软件中，通过对薄膜施加温度载荷的方法模拟薄膜预应力，建立0. 125、0.250、0.375、0.500、0.625和0.750MPa6种薄膜预应力下的连栋塑料温室结构模型，如所示，90%以上薄膜单元的最大应力与最小应力相差在3%以内，可以认为薄膜上的预应力分布均匀8. 2.4屈曲计算与结果分析2.4.1计算结果和试验结果对比分析1节所述的计算方法，对的计算模型进行有限元静力分析。节选相同雪载荷工况下的有限元计算结果和实物模型试验结果进行对比，如表2所示。
6种薄膜预应力下的温室结构模型表2相同雪载荷工况下的应变对比监测点计算结果试验结果误差/% 1号2号3号4号有限元计算和实物模型试验所得应变的分布规律基本相同，均呈现出计算结果略大于试验结果的现象。在天沟和纵梁处（监测点3号、4号），应变误差在10%以内；在拱架上（监测点1号、2号），应变误差偏大，在17. 5%以内，其主要原因在于不均布雪载荷工况下复杂的受力情形使得拱架处于多向应力状态，从而导致计算结果和试验结果的误差增大。
此外，两种模型（计算模型、实物模型）载荷条件和边界条件的细微差别，也造成了计算结果和试验结果的差异。
以上数据表明，文中采用的建模方式和计算方法可行，可为连栋塑料温室结构极限承载力的计算提供可靠性保证。
2.4.2不同结构形式下结构极限承载力分析50kN/m2雪载荷工况下，分别对不考虑薄膜预应力的连栋塑料温室平面结构模型和的整体结构模型进行双重非线性屈曲计算，并跟踪整个载荷-立移的平衡路径，如所示。
不同结构形式下的载荷-立移曲线由可知，在不考虑薄膜预应力的情形下，采用连栋塑料温室平面结构计算得到的结构极限承载力（A点对应的载荷）为0. 42N/mm，而整体结构极限承载力（B点对应的载荷）为0. 65N/mm，两者相差35.4%，这是由于连栋塑料温室各构件的刚度接近，而平面结构没有考虑面外构件的约束和支援作用，从而降低了结构的整体刚度，造成了两者之间的差异14.由此可见，采用连栋塑料温室平面结构求得的结构极限承载力是保守的，易造成材料的浪费，整体结构分析才可以反映出真实的屈曲性能。
2.4.3薄膜预应力对结构极限承载力的影响对的温室结构模型进行1.50kN/m2雪载荷工况下的双重非线性屈曲计算，汇总6种薄膜预应力下的载荷-立移曲线，如所示。
由可知，不同薄膜预应力下的载荷-立移曲线是相似的，均呈现出先上升后下降的趋势。初始阶段，位移和载荷呈一种线性关系，结构处于弹性变形阶段。随后，在载荷变化不大的情况下，位移有明显的增加，曲线中出现多处转折点。分别取曲线斜率开始变化处Cl、C2、C3、C4、、C6对应的载荷作为相应薄膜预应力下的连栋塑料温室结构极限承载力，不考虑薄膜预应力的连栋塑料温室整体结构极限承载力为0.65N/，而6种薄膜预应力下的结构极限承载力分别为上述情况的83%、60%、1%、5%、~63%，这是由于薄膜预应力作为一种外部施加的初始应力，影响了连栋塑料温室结构的整体刚度，从而减小了结构极限承载力1546. 3结论有限元计算结果和实物模型试验结果相差在17.5%以内，表明本文的建模方式和计算方法可行。
采用连栋塑料温室平面结构极限承载力作为设计值偏于保守，整体结构分析才可以反映出真实的屈曲性能。
在雪载荷工况下，薄膜预应力不影响连栋塑料温室结构的力学响应规律，但结构极限承载力会随薄膜预应力的增加而减小。
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