膜结构是一种新型的张力结构形式,它是以膜材料为张拉主体,与支撑构件或拉索构件共同组成的结构体系。由于膜材本身的抗压和抗弯刚度很弱,在外荷载作用下,膜面很容易产生褶皱。理论上,褶皱单元在其褶皱方向的应力为零,但是在膜结构的有限元计算时褶皱单元在褶皱方向的应力往往会表现为压应力,这与膜材的实际受力情况不符。因此计算时正确的模拟膜结构的褶皱行为,深入探讨褶皱时膜单元的实际受力情况和褶皱发展的规律,对膜结构的研究和工程实际应用都具有十分重要的意义。 首先,本文在参阅国内外大量文献的基础上,系统总结了膜结构褶皱处理的基本理论和研究方法,然后在这些已有基本理论和方法的基础上提出了膜结构褶皱处理的新方法,即通过坐标系转换和刚度等效分析膜结构褶皱的方法。该方法的核心思想是：先转置褶皱单元的局部坐标系到其主应力方向,然后用主应力等效原则获得新局部坐标系下的单元刚度矩阵,最后在局部坐标系和单元的主应力方向重合的条件下调整单元刚度矩阵以达到褶皱处理的目的。文中对该方法的推导过程进行了详细的阐述,指出了在与有限元软件使用时应注意的问题,并说明了编制新方法电算程序的具体步骤。 其次,本文结合大型通用有限元软件Strand7及其开发程序Strand7API,用Fortran语言编制了转置局部坐标系的等效刚度法处理膜结构褶皱的通用程序。并以两个典型的膜结构形式为实例,验证了新方法的实用性和有效性。在算例计算结果的基础上,深入分析了两个典型膜结构的褶皱出现顺序、褶皱单元的分布规律、褶皱处理后的主应力的分布情况和结构变形随时间的变化情况,得到了一些重要的结论。 最后,本文系统总结了在褶皱处理的研究中遇到的困惑和问题,对本文新方法需要改进和提高的方面作出了详细的说明,并对今后膜结构褶皱处理的研究方向作出了试探性的预测和展望