[發(fā)明專利]一種增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510367827.0
• 申請(qǐng)日: 2015-06-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104947793A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸金鈺;武嘯龍;舒贛平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): E04B1/342
• 分類號(hào): E04B1/342;E04C3/11;E04C3/10
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于大跨度預(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)

張弦桁架主要由下部柔性的索和上部剛性的桁架組成，對(duì)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(guò)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(qiáng)材料的受拉性能，具有受力合理，自重輕，構(gòu)造簡(jiǎn)單，空間跨越能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。隨著我國(guó)建筑事業(yè)的發(fā)展和建筑設(shè)計(jì)水平的提高，張弦桁架結(jié)構(gòu)得到了越來(lái)越多的關(guān)注，被廣泛應(yīng)用于體育場(chǎng)、展覽館等大空間重要公共建筑。

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(huì)出現(xiàn)倒塌，導(dǎo)致慘重的人員傷亡和嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)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(duì)其采用防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明公開(kāi)了一種冗余度高、抗連續(xù)倒塌能力強(qiáng)、構(gòu)造方便、易于實(shí)現(xiàn)的增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)。

技術(shù)方案：本發(fā)明的增設(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(guò)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(gè)中部備用索對(duì)稱分布在上部桁架跨中節(jié)點(diǎn)處的中部撐桿兩側(cè)，每個(gè)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。

進(jìn)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。

進(jìn)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(dòng)鉸支座。

進(jìn)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1的自然數(shù)。

進(jìn)一步的，上部桁架下方的中部備用索依次連接，相鄰兩個(gè)中部備用索在中部撐桿的端部連接。

進(jìn)一步的，上部桁架下方的各中部備用索互不連接。

本發(fā)明中，中部備用索有4種布置方式，每種方式中備用索對(duì)稱布置在中間撐桿兩側(cè)，備用索不施加初始預(yù)應(yīng)力；

本發(fā)明的構(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：

1)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；

2)采用臥式拼裝等方法，通過(guò)螺栓球或焊接球的方式將上部桁架桿件進(jìn)行拼裝連接；

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；

4)對(duì)下部拉索端部進(jìn)行張拉，待拉索的內(nèi)力達(dá)到設(shè)計(jì)的初始預(yù)應(yīng)力值F后將拉索兩端封錨固定；

5)對(duì)張弦桁架進(jìn)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(dòng)鉸支座連接，并對(duì)結(jié)構(gòu)施加側(cè)向支撐保證其平面外的穩(wěn)定性。

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。

有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)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(jī)理，當(dāng)下部拉索斷裂時(shí)，結(jié)構(gòu)中的傳力路徑仍未發(fā)生改變。而本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)通過(guò)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(jī)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(duì)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。

2)該結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，中部備用索無(wú)需施加初始預(yù)應(yīng)力，構(gòu)造方便，設(shè)計(jì)與實(shí)施方法與傳統(tǒng)張弦桁架類似，易于實(shí)現(xiàn)，適合在實(shí)際工程中應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1a是本發(fā)明提供的第1種方式的增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)平面圖，圖1b是本發(fā)明提供的第1種方式的增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)軸側(cè)圖；

圖2a是本發(fā)明提供的第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是本發(fā)明提供的第2種方式的增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)軸側(cè)圖；

圖3a是本發(fā)明提供的第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是本發(fā)明提供的第3種方式的增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)軸側(cè)圖；

圖4a是本發(fā)明提供的第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是本發(fā)明提供的第4種方式的增設(shè)備用索的張弦桁架結(jié)構(gòu)軸側(cè)圖；

圖5是本發(fā)明提供的增設(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(diǎn)位移的時(shí)程曲線。