增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于大跨度預(yù)應(yīng)力空間結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，涉及一種增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)及其構(gòu)造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]張弦桁架主要由下部柔性的索和上部剛性的桁架組成，對索施加預(yù)應(yīng)力并錨固在桁架的兩端，拉索與桁架之間通過豎向撐桿相連接。該結(jié)構(gòu)是一種自平衡混合空間結(jié)構(gòu)，能充分發(fā)揮高強材料的受拉性能，具有受力合理，自重輕，構(gòu)造簡單，空間跨越能力強等優(yōu)點。隨著我國建筑事業(yè)的發(fā)展和建筑設(shè)計水平的提高，張弦桁架結(jié)構(gòu)得到了越來越多的關(guān)注，被廣泛應(yīng)用于體育場、展覽館等大空間重要公共建筑。
[0003]張弦桁架結(jié)構(gòu)冗余度較低，一旦下部拉索發(fā)生斷裂，剩余結(jié)構(gòu)受到?jīng)_擊，往往會出現(xiàn)倒塌，導(dǎo)致慘重的人員傷亡和嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。因此，與一般空間結(jié)構(gòu)體系和框架結(jié)構(gòu)體系相比，這種結(jié)構(gòu)更需要對其采用防連續(xù)倒塌設(shè)計。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]技術(shù)問題:本實用新型公開了一種冗余度高、抗連續(xù)倒塌能力強、構(gòu)造方便、易于實現(xiàn)的增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)。
[0005]技術(shù)方案:本實用新型的增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)，包括上部桁架、平行均勻設(shè)置在所述上部桁架下側(cè)的多根中部撐桿、穿過所述中部撐桿底端的下部拉索和設(shè)置在相鄰兩根中部撐桿之間的中部備用索，所述下部拉索的兩端分別與上部桁架的端部連接，設(shè)置的多個中部備用索對稱分布在上部桁架跨中節(jié)點處的中部撐桿兩側(cè)，每個中部備用索的一端與中部撐桿的頂端連接，另一端與相鄰中部撐桿的底端連接。
[0006]進一步的，上部桁架是由多根上弦桿件、下弦桿件、斜腹桿和水平腹桿連接而成的正放四角錐空間拱桁架。
[0007]進一步的，上部桁架的一端設(shè)置有固定鉸支座，另一端設(shè)置有滑動鉸支座。
[0008]進一步的，中部撐桿共有2N+1根，所述中部備用索共有2N根，N為大于或等于I的自然數(shù)。
[0009]進一步的，上部桁架下方的中部備用索依次連接，相鄰兩個中部備用索在中部撐桿的端部連接。
[0010]進一步的，上部桁架下方的各中部備用索互不連接。
[0011]本實用新型中，中部備用索有4種布置方式，每種方式中備用索對稱布置在中間撐桿兩側(cè)，備用索不施加初始預(yù)應(yīng)力；
[0012]本實用新型的構(gòu)造上述增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)的方法，包括下列步驟:
[0013]I)根據(jù)結(jié)構(gòu)跨度、荷載情況等確定增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)中上部桁架跨度及桿件尺寸、中部撐桿的數(shù)量及桿件尺寸、下部拉索截面尺寸及初始預(yù)應(yīng)力值F和中部備用索截面尺寸；
[0014]2)采用臥式拼裝等方法，通過螺栓球或焊接球的方式將上部桁架桿件進行拼裝連接;
[0015]3)安裝中部撐桿和下部拉索，將撐桿均勻?qū)ΨQ得連接在上部桁架和下部拉索之間；
[0016]4)對下部拉索端部進行張拉，待拉索的內(nèi)力達到設(shè)計的初始預(yù)應(yīng)力值F后將拉索兩端封銷固定；
[0017]5)對張弦桁架進行整體吊裝，兩端分別與下部支撐結(jié)構(gòu)上的固定鉸支座和滑動鉸支座連接，并對結(jié)構(gòu)施加側(cè)向支撐保證其平面外的穩(wěn)定性。
[0018]6)安裝中部備用索，兩端分別連接于上部桁架下弦桿和撐桿底端。
[0019]有益效果:本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:
[0020]I)現(xiàn)有張弦桁架大多采用下部拉索設(shè)置為雙索提高冗余度的方法作為結(jié)構(gòu)防連續(xù)倒塌的措施，但此方法未改變結(jié)構(gòu)的受力機理，當(dāng)下部拉索斷裂時，結(jié)構(gòu)中的傳力路徑仍未發(fā)生改變。而本實用新型提供的結(jié)構(gòu)通過在張弦桁架中增設(shè)備用索提高了結(jié)構(gòu)冗余度，改變了結(jié)構(gòu)的受力機理。當(dāng)下部單根拉索斷裂后，備用索能改變張弦桁架中的傳力路徑，與下部部分拉索及中部部分撐桿形成局部弦支結(jié)構(gòu)體系，緩解拉索失效對剩余結(jié)構(gòu)造成的沖擊，改善桁架弦桿的內(nèi)力，減小剩余結(jié)構(gòu)豎向撓度，提高結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌能力。
[0021]2)該結(jié)構(gòu)形式簡單，中部備用索無需施加初始預(yù)應(yīng)力，構(gòu)造方便，設(shè)計與實施方法與傳統(tǒng)張弦桁架類似，易于實現(xiàn)，適合在實際工程中應(yīng)用。
【附圖說明】
[0022]圖1a是本實用新型提供的第I種方式的增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)平面圖，圖1b是本實用新型提供的第I種方式的增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)軸側(cè)圖；
[0023]圖2a是本實用新型提供的第2種方式的增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)平面圖，圖2b是本實用新型提供的第2種方式的增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)軸側(cè)圖；
[0024]圖3a是本實用新型提供的第3種方式的增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)平面圖，圖3b是本實用新型提供的第3種方式的增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)軸側(cè)圖；
[0025]圖4a是本實用新型提供的第4種方式的增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)平面圖，圖4b是本實用新型提供的第4種方式的增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)軸側(cè)圖；
[0026]圖5是本實用新型提供的增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)張弦桁架結(jié)構(gòu)在拉索失效前后結(jié)構(gòu)跨中節(jié)點位移的時程曲線。
[0027]圖6是本實用新型提供的增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)張弦桁架結(jié)構(gòu)在拉索失效前后跨中上弦桿內(nèi)力的時程曲線。
[0028]圖中有:上部桁架1，中部撐桿2，下部拉索3，中部備用索4，固定鉸支座5，滑動鉸支座6和上部桁架中的上弦桿件7、下弦桿件8、斜腹桿9及水平腹桿10。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合實施例和說明書附圖，對本實用新型作進一步具體說明。
[0030]N取為3，即中部設(shè)置7根撐桿的單榀增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)為例對本實用新型提供的增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)的實施方法進行說明。如圖1到圖4所示，本實施例的一種增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)張弦桁架和中部備用索4組成，中部備用索4對稱布置在傳統(tǒng)張弦桁架中上部桁架I和下部拉索3之間。
[0031]本實用新型張弦桁架如圖1到圖4所示，包括一個上部桁架1，7根中部撐桿2，I根下部拉索3，I個固定鉸支座5，I個滑動鉸支座6。其中，上部桁架I是由上弦桿件7、下弦桿件8、斜腹桿9和水平腹桿10通過螺栓球或焊接球連接而成的正放四角錐空間拱桁架。下部拉索3的兩端錨固在上部桁架I端部下弦桿的球節(jié)點上。7根撐桿均勻布置在上部桁架I和下部拉索3之間，頂端和底端分別與下弦桿8和下部拉索3連接。固定鉸支座5上端與左側(cè)端部下弦桿8的球節(jié)點相連，下端固定在張弦桁架的下部支撐結(jié)構(gòu)上?；瑒鱼q支座6與右側(cè)端部下弦桿8的球節(jié)點相連，下端以水平滑動的方式與張弦桁架的下部支撐結(jié)構(gòu)相連。
[0032]備用索如圖1到圖4所示，在上部桁架I和下部拉索3之間共布置6根備用索4，備用索4對稱分布在跨中撐桿兩側(cè)，兩端分別與下弦桿8的球節(jié)點和撐桿2底端連接。
[0033]本實施例中的增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)跨度為72m，矢高為4.8m，垂度為4.8m，跨中撐桿高度為7.Sm。本實施例的構(gòu)造方法包括按順序進行以下步驟:
[0034]I)根據(jù)結(jié)構(gòu)跨度、荷載情況等設(shè)計增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)中上部桁架I的跨度及桿件7、8、9、10的尺寸，中部撐桿2的數(shù)量及桿件尺寸，下部拉索3的截面尺寸及初始預(yù)應(yīng)力值F和中部備用索4的截面尺寸，本實施例中中部撐桿2的數(shù)量取為7 ；
[0035]2)采用臥式拼裝等方法，通過螺栓球或焊接球的方式將上部桁架桿件7、8、9、10進行拼裝連接；
[0036]3)安裝中部撐桿2和下部拉索3，將撐桿2均勻?qū)ΨQ布置，頂端和底端分別連接上部桁架I和下部拉索3 ;
[0037]4)對下部拉索3端部進行張拉，待拉索的內(nèi)力達到設(shè)計的初始預(yù)應(yīng)力值F后將拉索3兩端錨固于端部下弦桿8的球節(jié)點上；
[0038]5)對張弦桁架I進行整體吊裝，兩端分別連接在下部支撐結(jié)構(gòu)上的固定鉸支座5和滑動鉸支座6，對結(jié)構(gòu)施加側(cè)向支撐保證其側(cè)向穩(wěn)定性。
[0039]6)對中部6根備用索4進行安裝，兩端分別與下弦桿8的球節(jié)點和撐桿2底端連接。
[0040]為了驗證本實用新型提供的增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌性能，本實用新型人利用有限元軟件，通過移除單根拉索考察剩余結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)，對張弦桁架的連續(xù)性倒塌進行了非線性動力分析，并與傳統(tǒng)張弦桁架結(jié)構(gòu)進行對比。圖5和圖6分別給出了在拉索失效前后結(jié)構(gòu)跨中節(jié)點位移及跨中上弦桿7內(nèi)力的時程曲線?？梢?，傳統(tǒng)張弦桁架在拉索失效后很快發(fā)生了倒塌，而本實用新型提供的增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)除方案4外，均未出現(xiàn)倒塌，構(gòu)件內(nèi)力減小。方案4剩余結(jié)構(gòu)雖然發(fā)生倒塌，但與傳統(tǒng)張弦桁架相比延緩了剩余結(jié)構(gòu)倒塌的時間。綜上所述，提供的增設(shè)備用索的張弦桁架的抗連續(xù)倒塌性能比傳統(tǒng)張弦桁架更好。
[0041]上述實施例僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和等同替換，這些對本實用新型權(quán)利要求進行改進和等同替換后的技術(shù)方案，均落入本實用新型的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)，其特征在于，該結(jié)構(gòu)包括上部桁架(I)、平行均勻設(shè)置在所述上部桁架(I)下側(cè)的多根中部撐桿(2)、穿過所述中部撐桿(2)底端的下部拉索(3)和設(shè)置在相鄰兩根中部撐桿(2)之間的中部備用索(4)，所述下部拉索(3)的兩端分別與上部桁架(I)的端部連接，設(shè)置的多個中部備用索(4)對稱分布在上部桁架(I)跨中節(jié)點處的中部撐桿(2)兩側(cè)，每個中部備用索(4)的一端與中部撐桿(2)的頂端連接，另一端與相鄰中部撐桿(2)的底端連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的上部桁架(I)是由多根上弦桿件(7)、下弦桿件(8)、斜腹桿(9)和水平腹桿(10)連接而成的正放四角錐空間拱桁架。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述上部桁架(I)的一端設(shè)置有固定鉸支座(5)，另一端設(shè)置有滑動鉸支座(6)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述中部撐桿(2)共有2N+1根，所述中部備用索(4)共有2N根，N為大于或等于I的自然數(shù)。5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述上部桁架(I)下方的中部備用索(4)依次連接，相鄰兩個中部備用索(4)在中部撐桿(2)的端部連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述上部桁架(I)下方的各中部備用索(4)互不連接。
【專利摘要】本實用新型公開了一種增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)，由上部桁架、中部撐桿、下部拉索、支撐結(jié)構(gòu)和中部備用索組成。上部桁架為由多根上弦桿件、下弦桿件、斜腹桿及水平腹桿組成的正放四角錐空間拱桁架；下部拉索的兩端錨固在上部桁架端部；上部桁架與下部拉索中間均勻布置多根撐桿，撐桿頂端與底端分別與上部桁架下弦桿和下部拉索連接；中部備用索兩端分別與上部桁架下弦桿和撐桿底端連接；支撐結(jié)構(gòu)由固定鉸支座和滑動鉸支座組成，分別支撐上部桁架的兩端。本實用新型提供的一種增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)張弦桁架結(jié)構(gòu)冗余度提高，抗連續(xù)倒塌能力增強。該結(jié)構(gòu)形式簡單，構(gòu)造方便，易于實現(xiàn)，適合在實際工程中應(yīng)用。
【IPC分類】E04C3/11, E04C3/10, E04B1/342
【公開號】CN204804039
【申請?zhí)枴緾N201520455921
【發(fā)明人】陸金鈺, 武嘯龍, 舒贛平
【申請人】東南大學(xué)
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年6月29日