[發明專利]一種施加預應力的鋼管整體桁架及其施工方法

有效

• 申請號: 200710029997.3
• 申請日: 2007-08-31
• 公開（公告）號: CN101122159A
• 公開（公告）日: 2008-02-13
• 發明（設計）人: 陳星;王華林;李娜;何錦超;江剛;羅赤宇;向前;林撲強;鐘云開;梁哥恰;陳國棟;王煦
• 申請（專利權）人: 廣東省建筑設計研究院
• 主分類號: E04C3/293
• 分類號: E04C3/293;E04B1/30;E04B1/16;E04C3/11;E04C3/08
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司
• 代理人: 劉小敏

所屬技術領域

本發明涉及一種建筑桁架及其施工方法，特別是涉及一種施加預應力的鋼管整體桁架及其施工方法。

背景技術

在現代建筑中，以鋼管為桿件組成的鋼桁架，因其承載力大、布置靈活、施工方便，已廣泛應用于大跨度和大懸臂結構、轉換梁結構中。目前，平面桁架的桿件節點分為鉸接和剛接兩種形式。當采用鉸接節點時，平面桁架為靜定結構，即指無多余約束的幾何不變體系，僅一道防線，只要有一根桿件破壞，瞬間結構倒塌，后果不堪設想；當采用剛接節點時，雖然桁架仍屬于超靜定結構，即指有多余約束的幾何不變體系，但如果要確保桁架結構在某一桿件或節點發生破壞時，仍能有一定的塑性變形能力，而不是瞬間倒塌，則桁架中各桿件的承載力和剛度需要大幅度提高，增加了制作成本，從而帶來極大的經濟負擔。特別在大跨度懸掛結構中，這個問題就更突出了。

另外，平面桁架的桿件節點無論是鉸接還是剛接，桁架的變形都相當大，但剛接的整體性更有利于抗震及協調受力和變形；桁架構件中的各桿件的受力也很不平均，大者很大，小者很小，甚至為零桿，也造成了用材方面的浪費。因此它的推廣使用多多少少受到一定的限制。

綜上所述，普通矩形鋼管桁架存在以下缺陷：

(1).采用鉸接節點時為靜定結構，無安全儲備；

(2).采用剛接節點時，需要以極大的經濟投入為代價才能換來較小的安全儲備；

(3).個別桿件受力很大，個別桿件又幾乎為零桿，造成局部桿件斷面大和用材多；

(4).節點的剛接較難實現，常因節點的變形而使整體桁架的變形增大。

發明內容

本發明的目的是提供一種施加預應力的鋼管整體桁架及其施工方法，該整體桁架為鋼、混凝土、預應力鋼絞線多材料組合的桁架體系，提高了桁架的承載力和剛度，并通過較小的經濟投入為桁架體系提供二次防線。

本發明的技術方案可以通過以下的措施來實現：一種施加預應力的鋼管整體桁架，所述的組成桁架的構件包括桿件和節點，所述的桿件包括上弦、下弦的弦桿和腹桿；其特征在于在所述桁架的受拉桿件及相連的節點中至少設有一束預應力鋼鉸線，所述預應力鋼鉸線的兩端分別固定在桁架中受拉桿件及相連的節點所構成的受拉段的兩端，在所述桁架的受壓桿件及相連的節點內澆注有混凝土。

所述桁架的上弦、下弦的弦桿和腹桿可以為圓形截面或矩形截面的鋼管等。

所述的節點為“K”型節點，即上、下弦的弦桿與腹桿之間均由“K”型節點連接，“K”型節點的豎直邊水平布置，與弦桿相連；“K”型節點的二斜邊均與傾斜的腹桿相連；連接受拉桿件的節點內設置讓預應力鋼鉸線穿過的導索孔，所述的導索孔設在所在節點內靠近端口處的加勁肋板上。一般，兩個導索孔為一組，位于節點內的二端口附近，分別作為鋼鉸線在節點中的導入孔和導出孔，根據節點所處位置的不同，導入孔和導出孔可以靈活布置，既可以都設在與弦桿相連的水平桿件內，又可以分別設在與弦桿相連的水平桿件和與腹桿相連的傾斜桿件內。

本發明可以作如下改進，連接受拉桿件的節點內還可以設有導索管，導索管的兩端分別固定在節點內二端口處加勁肋板的導索孔內，從而更加方便穿裝預應力鋼絞線，導索管的形狀是根據桁架內鋼絞線的設計走向來確定的，可以為直線形，還可以為弧線形；所述的節點內還可以設有用來支撐導索管的支撐肋板，以增加結構強度，支撐肋板上端設有與導索管截面輪廓相適應的支撐槽。

本發明在桁架的矩形鋼管內設置有預應力鋼鉸線，利用預應力鋼鉸線的張拉，形成桁架結構的反向預變形，并在受壓的矩形鋼管內灌注混凝土，利用受壓的鋼管混凝土及受拉的鋼鉸線，大大提高桁架桿件的承載力和剛度。當桁架的鋼材接近彈塑性破壞時，由于矩形截面的鋼管混凝土構件的抗壓性能好，且預應力鋼鉸線的抗拉性能強，設有預應力鋼鉸線與灌注混凝土的鋼管構件可以組成一種桿索結構體系，作為桁架的二次防線。

本發明可以作以下改進，當本發明用于懸臂結構的桁架中時，由于桁架的上弦受拉、下弦受壓，所述的預應力鋼鉸線設置于桁架的上弦中，即設置在上弦的弦桿及與其相連的節點中；而澆注混凝土的部位為桁架的下弦及受壓腹桿，即下弦的弦桿、節點及受壓腹桿。

本發明還可以作以下改進，當本發明用于大跨度結構及轉換梁結構中的桁架中時，與懸臂結構的受力相反，桁架上弦受壓、下弦受拉，則所述的預應力鋼鉸線設置于桁架的下弦中，即設置在下弦的弦桿及與其相連的節點中；而澆注混凝土的部位為桁架的上弦及受壓腹桿，即上弦的弦桿、節點及受壓腹桿。由于在大跨度結構中，桁架受壓腹桿的內力與受壓上弦的弦桿相比要小得多，為減輕結構自重，澆注混凝土的部位也可僅為受壓上弦的弦桿及節點。