專(zhuān)利名稱：滑輪式張弦拱架結(jié)構(gòu)體系的制作方法
所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種滑輪式張弦拱架結(jié)構(gòu)體系。
背景技術(shù)：
滑輪式張弦拱架結(jié)構(gòu)體系是將拱架與張弦桁架體系構(gòu)造技術(shù)優(yōu)勢(shì)相結(jié)合而開(kāi)發(fā)的新結(jié)構(gòu)。研發(fā)背景涉及張弦結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力拱架結(jié)構(gòu)及其它雜交的大跨度預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)[1、4]。張弦結(jié)構(gòu)是在雙層懸索體系中的索桁架基礎(chǔ)上，將上弦索替換成剛性構(gòu)件而產(chǎn)生的。在保證充分發(fā)揮索的抗拉性能的同時(shí)，由于引進(jìn)了具有抗壓和抗彎能力的梁或桁架而使體系的剛度和穩(wěn)定性大為增加[2]-[3]。由于張弦結(jié)構(gòu)體系是由梁和懸索通過(guò)撐桿的連接而優(yōu)化組合得到的復(fù)合結(jié)構(gòu)體系[4]，因此撐桿是保證結(jié)構(gòu)效能的重要構(gòu)件，它與索和梁的連接方式是決定體系受力合理性的重要條件之一。經(jīng)過(guò)網(wǎng)上查新搜索關(guān)鍵詞“張弦”，得到我國(guó)在大跨空間結(jié)構(gòu)體系方面有約4個(gè)專(zhuān)利，包括張弦梁[5]-[8]、張弦拱及其施工制作方面的專(zhuān)利。預(yù)應(yīng)力拱架結(jié)構(gòu)是利用拱上無(wú)彎矩或小彎矩的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服水平側(cè)推力而形成的新體系，其中索拱體系近年來(lái)得到日益完善和應(yīng)用。20世紀(jì)80年代，澳大利亞科研人員研制了一種預(yù)應(yīng)力拱架結(jié)構(gòu)-STRARCH建筑體系[1]-[4]，并申請(qǐng)了專(zhuān)利，它的預(yù)應(yīng)力索在下弦管中穿行，斜向撐桿與上下弦連接，張拉后灌漿使下弦與索連接成整體；經(jīng)過(guò)網(wǎng)上查新搜索關(guān)鍵詞“拱架”和“索拱”，得到有近7個(gè)空間結(jié)構(gòu)方面的專(zhuān)利。根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)，可歸納出目前撐桿與索的連接方式有以下四種穿心式索球連接[9]-[15]、耳板鉸接連接[16]、套管滑動(dòng)連接[1]、滑輪滑動(dòng)連接[17]；撐桿按其與地面形成的角度可分為斜向撐桿和豎向撐桿。穿心式索球采用兩個(gè)半球，球中心留有一通徑的索通道，施工穿索后將兩個(gè)半球用螺栓相連。若采用索球與豎向撐桿的連接方式，則施工穿索后應(yīng)將兩個(gè)半球用螺栓緊緊相連，將索卡緊，保證索球與索共同工作，即索球與索之間在任何工況下不產(chǎn)生相對(duì)位移。由于采用此連接方式的撐桿與上弦梁必須采用鉸接裝置連接，因此，張拉鋼索過(guò)程中必然會(huì)使撐桿在跨內(nèi)方向朝索張力值大的方向擺動(dòng)，如果撐桿在結(jié)構(gòu)成型后偏移豎向位置，那么這對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的穩(wěn)定性將有較大的影響，因此為了保證其撐桿的豎向精度，張拉施工前必須將撐桿偏移豎向位置一段距離，即預(yù)先設(shè)置偏移量，但偏移量的大小是理論計(jì)算的結(jié)果，很難保證施工完畢后撐桿是豎直向下的；若采用索球與斜向撐桿的連接方式，則施工穿索后索球不能卡緊索體，允許索在球體內(nèi)滑動(dòng)；撐桿與上弦梁可以采用鉸接或剛接的連接方式，這樣雖然解決了計(jì)算撐桿偏移量的問(wèn)題，但是張拉過(guò)程中由于索體與索球間摩擦力的存在，會(huì)導(dǎo)致索體內(nèi)部受力不均。耳板鉸接連接采用U形接頭與撐桿耳板螺栓連接。施工過(guò)程中采用張拉工裝對(duì)鋼索進(jìn)行分批張拉，在張拉過(guò)程中套筒的調(diào)整必須同步跟進(jìn)，邊張拉邊上緊套筒。由于耳板鉸接連接方式必須采用豎向撐桿構(gòu)件，且撐桿與上弦梁必須采用鉸接裝置連接，因此，張拉過(guò)程中撐桿必然在跨內(nèi)方向擺動(dòng)。為了保證撐桿的豎向精度，必須對(duì)索力進(jìn)行調(diào)整，這將導(dǎo)致每跨索力不等，而且索力值在調(diào)整后很難確定。
套管滑動(dòng)連接采用在張拉施工過(guò)程中允許鋼索在圓管或撐桿端部留有的索通道內(nèi)部滑動(dòng)的連接方式。采用此連接方式，若采用豎向撐桿構(gòu)件，則撐桿與上弦梁應(yīng)采用剛性連接方式，不允許撐桿在跨內(nèi)擺動(dòng)，這會(huì)導(dǎo)致?lián)螚U與上弦梁的連接處應(yīng)力過(guò)大，存在局部失穩(wěn)的可能性，而且索與管壁的摩擦力導(dǎo)致索體受力不均；若采用斜向撐桿構(gòu)件，則撐桿與上弦梁可采用鉸接或剛接，這會(huì)導(dǎo)致與采用豎向撐桿構(gòu)件相同的問(wèn)題。
滑輪滑動(dòng)連接采用滑輪滑動(dòng)裝置連接索與撐桿，張拉施工過(guò)程中允許索在滑輪處滑移。采用這種連接方式，消除了索與撐桿間的摩擦力，索體內(nèi)受力更加均勻，若采用豎向撐桿構(gòu)件，則豎向撐桿與上弦梁必須采用剛性連接，這會(huì)導(dǎo)致?lián)螚U與上弦梁的連接處應(yīng)力過(guò)大，存在局部失穩(wěn)的可能性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種滑輪式張弦拱架結(jié)構(gòu)體系，能夠克服張弦結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中帶來(lái)的摩擦力及撐桿豎向偏移的問(wèn)題，使索體內(nèi)部受力均勻，無(wú)需考慮撐桿豎直偏移量，結(jié)構(gòu)受力合理，施工方便。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明為一種滑輪式張弦拱架結(jié)構(gòu)體系，上弦、預(yù)應(yīng)力索、上弦與索中間的斜撐桿、斜撐桿間連接的索壓桿，連接上弦與斜撐桿的鉸接裝置、連接預(yù)應(yīng)力索與中間斜撐桿的滑輪裝置，鉸支座和滑動(dòng)支座；上弦為箱型拱梁，上弦為壓彎構(gòu)件，預(yù)應(yīng)力索為受拉構(gòu)件，中間撐桿為鋼壓桿，索壓桿為鋼壓桿，上弦與中間撐桿通過(guò)鉸接裝置連接，中間撐桿與索壓桿焊接連接，索壓桿與滑輪連接裝置焊接連接，預(yù)應(yīng)力索與壓桿通過(guò)滑輪裝置滑動(dòng)連接，鉸支座和滑動(dòng)支座與上弦梁焊接連接。本發(fā)明包括上弦剛性構(gòu)件、預(yù)應(yīng)力索、上弦與索中間的斜向撐桿、連接斜向撐桿、壓桿與索的滑輪裝置、鉸支座和滑動(dòng)支座；上弦為一箱型拱梁、為壓彎構(gòu)件，鉸支座和滑動(dòng)支座與上弦焊接連接，預(yù)應(yīng)力索為受拉構(gòu)件，中間斜向撐桿為鋼壓桿，上弦與中間斜向撐桿通過(guò)鉸接裝置相鉸接，上弦梁與撐桿形成了體系內(nèi)部穩(wěn)定的三角形，無(wú)須考慮張弦結(jié)構(gòu)撐桿的偏移量問(wèn)題，預(yù)應(yīng)力索與中間斜向撐桿、壓桿通過(guò)滑輪裝置滑動(dòng)連接，由于滑輪的滾動(dòng)作用，消除了索與撐桿間的摩擦力，因此無(wú)論在任何工況下索體內(nèi)部受力都均勻，索的效率更高，施工更加快捷。本發(fā)明提供了一種新型大跨度空間結(jié)構(gòu)體系，其突出優(yōu)點(diǎn)是索體內(nèi)部受力均勻。
發(fā)明效果1、本發(fā)明改變了傳統(tǒng)的張弦結(jié)構(gòu)用索球連接撐桿與索的節(jié)點(diǎn)方式，所采用的滑輪結(jié)點(diǎn)可使索在輪節(jié)點(diǎn)處自由滑動(dòng)，避免了撐桿豎直精度難以控制及施工張拉前需預(yù)留索球沿索長(zhǎng)方向偏移量的問(wèn)題，克服了索球?qū)λ黧w的摩擦力的影響，保證了索體通長(zhǎng)范圍內(nèi)受力均勻，能夠充分發(fā)揮索的抗拉性能，結(jié)構(gòu)體系受力分布更均勻。
2、本發(fā)明所述撐桿結(jié)點(diǎn)采用可繞跨長(zhǎng)方向坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的鉸接節(jié)點(diǎn)，使撐桿只受壓力作用，完全符合體系受力性能。
3、本發(fā)明提出的新型結(jié)構(gòu)體系特別適用于活荷載較大的大跨度建筑。
4、本發(fā)明降低了節(jié)點(diǎn)的用鋼量；本結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)單，材料用量經(jīng)濟(jì)，受力明確，施工方便。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)體系采用了斜向撐桿構(gòu)件，斜向撐桿與上弦梁鉸接的連接方式。吸取張弦結(jié)構(gòu)和拱架結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)，克服采用豎向撐桿構(gòu)件、索球連接節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)施工時(shí)難以保證索球定位的不足而發(fā)明了一種新型大跨空間結(jié)構(gòu)體系。


圖1是本發(fā)明滑輪式預(yù)應(yīng)力拱架結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是滑輪裝置側(cè)視構(gòu)造圖。
圖3是滑輪裝置剖面構(gòu)造圖。
圖4是滑輪支架側(cè)視構(gòu)造圖。
圖5是滑輪支架剖面構(gòu)造圖。
圖6是滑輪側(cè)視構(gòu)造圖。
圖7是滑輪剖面構(gòu)造圖。
圖8是限索板側(cè)視構(gòu)造圖。
圖9是限索板剖面構(gòu)造圖。
圖10是裝飾螺母?jìng)?cè)視構(gòu)造圖。
圖11是裝飾螺母剖面構(gòu)造圖。
圖12是鉸接裝置側(cè)視構(gòu)造圖。
圖13是鉸接裝置剖面構(gòu)造圖。
圖14是支座側(cè)視構(gòu)造圖。
圖15是支座剖面構(gòu)造圖。
圖16是鉸接支座俯視構(gòu)造圖。
圖17是滑動(dòng)支座俯視構(gòu)造圖。
圖中1.上弦，2.斜向撐桿，3.索壓桿，4.索，5.抗剪錨栓，6.鉸接裝置耳板，7.高強(qiáng)螺栓，8.梨形耳板，9.封板，10.連接裝置耳板，11.滑輪支架，12.滑輪，13.輪軸，14.裝飾螺母，15.限索板，16.支座耳板I，17.支座耳板II，18.高強(qiáng)螺栓。19.支座加勁肋板，20.支座底板，21.鉸支座，22.滑動(dòng)支座。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明包括上弦1、預(yù)應(yīng)力索4、上弦1與索中間的撐桿2、斜向撐桿2間連接的索壓桿3，連接上弦1與撐桿2的鉸接裝置、連接預(yù)應(yīng)力索4與中間斜撐桿2的滑輪裝置，鉸支座21和滑動(dòng)支座22；上弦1為箱型拱梁，上弦1為壓彎構(gòu)件，預(yù)應(yīng)力索4為受拉構(gòu)件，中間撐桿2為鋼壓桿，索壓桿3為鋼壓桿，上弦1與中間撐桿2通過(guò)鉸接裝置連接，中間撐桿2與索壓桿3焊接連接，索壓桿3與滑輪裝置焊接連接，預(yù)應(yīng)力索4與壓桿3通過(guò)滑輪裝置滑動(dòng)連接，鉸支座37和滑動(dòng)支座38與上弦梁焊接連接。如圖2-圖11所示，滑輪裝置包括滑輪支架11、滑輪12、輪軸13、裝飾螺母14和限索板15，滑輪支架11焊接于壓桿3上，滑輪12通過(guò)輪軸13固定于滑輪支架11內(nèi)部，防止索體滑出的限索板15套于滑輪支架11外側(cè)并被輪軸13穿過(guò)，裝飾螺母14擰于兩側(cè)帶螺紋的輪軸13上，如圖2、圖3所示，壓桿3焊接于中間斜向撐桿2，如圖12、圖13所示，鉸接裝置包括帶通孔的耳板6、高強(qiáng)螺栓7、梨形耳板8和封板9，耳板6焊接于上弦1下，耳板8焊接于封板9上，并夾住耳板6，封板9焊接于斜向撐桿2上，高強(qiáng)螺栓7穿過(guò)耳板6和耳板8，如圖6、圖7、圖8所示，鉸支座21包括帶通孔的耳板16、耳板17、高強(qiáng)螺栓18、支座加勁肋板19和支座底板20，耳板16焊接于上弦1下，耳板17焊接于支座底板20上，并夾住上弦1下耳板16，高強(qiáng)螺栓18穿過(guò)三片耳板17和兩片耳板16，支座底板20有四個(gè)圓形螺栓孔，圖6、圖7、圖9所示，滑動(dòng)支座22包括帶通孔的耳板16、耳板17、高強(qiáng)螺栓18、支座加勁肋板19和支座底板20，耳板16焊接于上弦1下，耳板17焊接于支座底板20上，并夾住上弦1下耳板16，高強(qiáng)螺栓18穿過(guò)三片耳板17和兩片耳板16，支座底板20有四個(gè)滑槽螺栓孔。
本發(fā)明滑輪裝置與鉸接裝置均可在工廠批量加工制作，現(xiàn)場(chǎng)組裝簡(jiǎn)單，成本低，而且施工簡(jiǎn)便，施工成本較低?；瑒?dòng)支座既可水平運(yùn)動(dòng)，又可在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)較好地抵抗地震作用的性能，且本支座裝置所有部件均可在工廠加工制作，現(xiàn)場(chǎng)拼裝，施工效率高。
上弦1為鋼板焊接的箱型構(gòu)件，中間斜向撐桿2為鋼管，壓桿為鋼管。
預(yù)應(yīng)力索5為高強(qiáng)度鋼絞線或鋼纜，其為張拉的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件。
耳板6和耳板16為一帶孔的一邊半圓形一邊矩形的鋼板，支座加勁肋板19和支座底板20為一鋼板。
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權(quán)利要求
1.一種滑輪式張弦拱架結(jié)構(gòu)體系，其構(gòu)造特征是上弦(1)、預(yù)應(yīng)力索(4)、上弦(1)與索中間的斜撐桿(2)、斜撐桿(2)間連接的索壓桿(3)，連接上弦(1)與斜撐桿(2)的鉸接裝置、連接預(yù)應(yīng)力索(4)與中間斜撐桿(2)的滑輪裝置，鉸支座(21)和滑動(dòng)支座(22)；上弦(1)為箱型拱梁，上弦(1)為壓彎構(gòu)件，預(yù)應(yīng)力索(4)為受拉構(gòu)件，中間撐桿(2)為鋼壓桿，索壓桿(3)為鋼壓桿，上弦(1)與中間撐桿(2)通過(guò)鉸接裝置連接，中間撐桿(2)與索壓桿(3)焊接連接，索壓桿(3)與滑輪連接裝置焊接連接，預(yù)應(yīng)力索(4)與壓桿(3)通過(guò)滑輪裝置滑動(dòng)連接，鉸支座(21)和滑動(dòng)支座(22)與上弦梁(1)焊接連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種滑輪式張弦拱架結(jié)構(gòu)體系，其特征是預(yù)應(yīng)力索(4)和壓桿(3)通過(guò)滑輪連接裝置滑動(dòng)連接，連接裝置包括滑輪支架(11)、滑輪(12)、輪軸(13)、裝飾螺母(14)和限索板(15)，滑輪支架(11)焊接于壓桿(3)上，滑輪(12)通過(guò)輪軸(13)固定于滑輪支架(11)內(nèi)部，限索板(15)套于滑輪支架(11)外側(cè)并被輪軸(13)穿過(guò)，裝飾螺母擰于輪軸上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種滑輪式張弦拱架結(jié)構(gòu)體系，其特征是鉸接裝置包括帶通孔的耳板(6)、高強(qiáng)螺栓(7)、梨形耳板(8)和封板(9)，耳板(6)焊接于上弦(1)下，耳板(8)焊接于封板(9)上，并夾住耳板(6)，封板(9)焊接于撐桿(2)上，高強(qiáng)螺栓(7)穿過(guò)耳板(7)和耳板(8)，鉸支座(21)包括帶通孔的耳板(16)、耳板(17)、高強(qiáng)螺栓(18)、支座加勁肋板(19)和支座底板(20)，耳板(16)焊接于上弦(1)下，耳板(17)焊接于支座底板(20)上，并夾住上弦(1)下下耳板(16)，高強(qiáng)螺栓(18)穿過(guò)三片耳板(17)和兩片耳板(16)，支座底板(20)有四個(gè)圓形螺栓孔，滑動(dòng)支座(22)包括帶通孔的耳板(16)、耳板(17)、高強(qiáng)螺栓(18)、支座加勁肋板(19)和支座底板(20)，耳板(16)焊接于上弦(1)下，耳板(17)焊接于支座底板(20)上，并夾住上弦(1)下耳板(16)，高強(qiáng)螺栓(18)穿過(guò)三片耳板(17)和兩片耳板(16)，支座底板(20)有四個(gè)滑槽螺栓孔。上弦(1)為鋼板焊接的箱型構(gòu)件，中間撐桿(2)為鋼管，壓桿為鋼管。預(yù)應(yīng)力索(4)為高強(qiáng)度鋼絞線或鋼纜，其為張拉的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，耳板(6)和耳板(16)為一帶孔的一邊半圓形一邊矩形的鋼板，支座加勁肋板(19)和支座底板(20)為一鋼板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種滑輪式張弦拱架結(jié)構(gòu)體系，它是將拱架與張弦桁架體系構(gòu)造技術(shù)優(yōu)勢(shì)相結(jié)合而開(kāi)發(fā)的新體系。其特點(diǎn)是預(yù)應(yīng)力索和中間斜撐桿通過(guò)連接裝置滑動(dòng)連接，上弦拱型梁與兩根斜撐桿形成穩(wěn)定三角形，所采用的滑輪結(jié)點(diǎn)可使索在結(jié)點(diǎn)處自由滑動(dòng)，避免了張弦梁撐桿豎直精度難以控制及施工張拉前需預(yù)留索球沿索長(zhǎng)方向偏移量的問(wèn)題，克服了索球?qū)λ黧w的摩擦力影響，保證了索體通長(zhǎng)范圍內(nèi)受力均勻，能夠充分發(fā)揮索的抗拉性能。其構(gòu)成包括上弦梁、預(yù)應(yīng)力索、上弦與索中間的斜撐桿、斜撐桿與索之間的連接結(jié)點(diǎn)滑輪、鉸支座和滑動(dòng)支座。本發(fā)明用于活荷載較大的大跨度建筑，同張弦梁結(jié)構(gòu)比更顯示其優(yōu)越性。
文檔編號(hào)E04C3/04GK1789636SQ20051012737
公開(kāi)日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2005年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月22日
發(fā)明者高維成, 劉凱, 劉明旋 申請(qǐng)人:高維成, 劉凱, 劉明旋