王晓峰，付慧杰，杨庆山

(1. 北京交通大学土木建筑工程学院，北京 100044；2. 重庆大学土木工程学院，重庆 400044)

充气薄膜结构具有质量轻、折叠体积小、成本低以及展开可靠性高等优点[1-4]，广泛应用于土木工程的大跨建筑结构[3]以及航空航天领域的空间充气天线、充气太阳帆、充气太阳光防护罩、充气居住舱、充气机翼等空间可展结构[3,5-6]。这些空间结构形式多采用充气薄膜管作为主要支撑构件[7-8]。图1 给出了太阳帆中作为支撑构件的充气薄膜管的受力情况：同时受到薄膜帆板(张拉膜)由于太阳光子作用而对其产生的横向均布力F1和由于预张应力而对其产生的轴向力(F2)，处于压弯受力状态。

图 1 太阳帆中充气薄膜管承受的荷载Fig. 1 Loads on the inflated membrane tubes in a solar sail

充气薄膜管属于柔性结构，通过内充气压使外围薄膜产生张拉应力而具有刚度和承载能力[3]。荷载作用下，薄膜管的变形会引起内充气体体积及内压改变，进而影响外围薄膜的张拉应力水平和结构的刚度。这种内充气体与外围薄膜的相互耦合作用对充气薄膜管的力学行为具有重要影响。探究充气薄膜管在压弯荷载下的气-膜耦合作用规律有助于深入认识充气薄膜管的力学行为，确保空间充气薄膜结构设计计算的可靠性。

但从现有文献来看，充气薄膜管的研究主要集中在轴向力或轴向拉伸作用下的局部鼓凸问题[9-17]、弯曲荷载作用下的褶皱变形[2,8,18]及其对褶皱临界荷载[5,8,19]和极限承载力的影响[2,18,20]、考虑褶皱影响的自由振……