还将发生结构性的位移，从而使得膜材料的应力

/应变关系呈现出较强的非线性。另外，膜

材料在应力作用下还表现出粘弹性力学性能。

 

　　然而，在膜结构的设计中，如果同时考虑膜材料的非线性、粘弹（塑）性和正交各向异
性将会带来巨大的计算工作量，因此在目前的设计工作中，往往根据实际情况作简化处理。
一是依据膜结构所采用的张拉预应力及设计工作应力远远小于膜材料的抗拉强度（通常预
应力不超过

5%的抗拉强度，工作应力不超过 20%的抗拉强度），在设计应力范围内，认

为膜材料是处于弹性阶段，不考虑其非线性；二是根据膜材料在安装前通常要经过两次张
拉，消除了绝大部分残余应变和蠕变的影响，认为膜材料是完全弹性材料。基于上述简化，
膜材料可采用二维正交各向异性完全弹性体的本构关系。实验结果也证明了这点，即可利用
经纬向的拉伸模量计算出膜材料面内其它方向的拉伸模量。

 

　　通过对膜材料拉伸断裂后的断口形态分析，发现试样呈单纯拉断型、剪切型以及拉剪混
合型等不同破坏模式。拉断型破坏一般发生在正轴向拉伸条件下，如经向或纬向拉伸，所有
纤维都在同一位置断裂，断口与加载方向相互垂直；剪切型破坏一般发生在与经向（或纬
向）约呈

45°的偏轴向拉伸条件下，纤维依次从涂层材料中抽拔出来，试样破坏一般发生

在纤维与涂层材料的界面，基布中纤维并未发生断裂，因此界面粘合强度在很大程度上决
定了膜材料的偏轴拉伸强度；其它方向上拉伸时，膜材料一般呈拉剪混合型破坏模式，即
试样边部纤维从涂层材料中抽拔出来，中部纤维则被拉断。在发生对纯拉或纯剪切型破坏模
式下，

Tsai-Hill 强度准则能对膜材料强度做出较好的预测，但如果试样出现拉剪混合型破

坏模式，则

Tsai-Hill 强度准则预测结果偏高。 

　　膜材料的抗拉伸性能一般以其在单轴应力状态下的极限拉断强度进行表征。它主要取决
于基布纤维强度、织造密度以及涂层工艺。测试膜材料抗拉强度有单轴和双轴拉伸两种方法。
由于在膜结构建筑中，膜材料均为多向受力，因此后者更具有实际意义。然而双轴向拉伸试
验仪器设备价格昂贵，操作也较为复杂，将其列为膜材料性能的常规性评价指标暂时还存
在困难，导致膜材料测试条件与其在膜结构中的实际承载状态并不一致，因此在膜结构设
计时通常采用较大的安全系数进行补偿。

 

　　

4.2 抗撕裂性能 

　　膜材料的撕裂破坏是在膜结构安装应力或预应力作用下，由膜材料上的初始小洞、裂缝
或其他缺陷等引发，再迅速扩大并导致膜材料整体破坏的过程。由于它与膜材料的安装和使
用安全有密切关系，因此受到普遍重视，但是迄今为止尚未有一个能得到广泛认同的测试
方法。

 

　　常见的撕裂测试方法包括双舌撕裂法、梯形撕裂法以及中心裂缝撕裂法等。对

PES/PVC

膜材料的测试结果表明，采用双舌撕裂法时，膜材料撕裂行为并非简单的撕裂三角区内横
向纱线受剪或受拉破坏，纤维与涂层材料间的界面性能、纵向纱线的拉伸强度及在横向纱线
上所产生的束缚作用等对膜材料的撕裂破坏过程都会产生一定的影响。

 　　采用梯形撕裂

法时，膜材料的撕破模式主要表现为纵向纱线系统发生不等长拉伸断裂破坏，横向纱线系
统的作用很小，因此撕裂三角区的大小（它与撕裂三角区内能同时承载的纱线根数有密切
关系）、承载纱线自身的断裂强力及断裂伸长率等对测试结果均有重要影响。

 

　　中心裂缝撕裂法有脆性断裂和由裂缝端点处应力集中引发裂缝扩展并导致韧性断裂两
种撕破模式，前者在试样破坏前无明显特征，加载至一定程度时，突然发生试样的断裂；
后者则以试样破坏前的裂缝扩展为主要特征，裂缝扩展到一定程度后导致试样发生断裂破
坏。发生脆性断裂时的膜材料强力下降现象可用裂缝处的应力集中现象进行说明，即裂缝会
使试样裂缝端点处的应力远高于试样其他部位，从而使膜材料的抗拉强力出现不同程度的
降低。对于实际的撕裂试验过程，由于试样宽度有限，故应力集中的大小与预制裂缝尺寸密
切相关。