內(nèi)外撐桿式索拱結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種內(nèi)外撐桿式索拱結(jié)構(gòu)，包括上弦梁，上弦梁上設(shè)有若干組弦拉索，每組弦拉索包括設(shè)在上弦梁上下兩側(cè)并呈V型設(shè)置的上拉索和下拉索，上拉索的開口向下設(shè)置，下拉索的開口向上設(shè)置，上拉索和下拉索的前后兩個自由端均與上弦梁鉸接、并且同側(cè)的鉸接點重合；在上拉索的折點向下與上弦梁之間設(shè)有上撐桿，在下拉索的折點向上與上弦梁之間設(shè)有下?lián)螚U，上撐桿與下?lián)螚U在上弦梁上的鉸接點為同一點；在后一組弦拉索的前鉸接點與在前一組撐桿鉸接點重合設(shè)置；在前一組弦拉索的后鉸接點與在后一組撐桿的鉸接點重合設(shè)置。本發(fā)明在某一根上拉索或下拉索失效后，整個結(jié)構(gòu)不會立刻失效，提高了抗倒塌性能，同時整個截面高度增加，承載力也大大提高。
【專利說明】內(nèi)外撐桿式索拱結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種索拱結(jié)構(gòu)，特別是一種內(nèi)外撐桿式索拱結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前土木工程領(lǐng)域大跨度鋼結(jié)構(gòu)的應用越來越多。但隨著跨度增加自重急劇加大，結(jié)構(gòu)面臨使用功能、設(shè)計合理性及經(jīng)濟指標相互制約的矛盾。為了滿足結(jié)構(gòu)的使用功能同時減少結(jié)構(gòu)自重改善結(jié)構(gòu)的剛度，配有拉索的預應力張弦梁越來越多的應用于大跨度鋼結(jié)構(gòu)中。通過預應力拉索與撐桿的布置，大跨度鋼結(jié)構(gòu)的承載力與剛度都有了很大的改善。
[0003]現(xiàn)有的索拱結(jié)構(gòu)如圖1所示，現(xiàn)有的張弦梁，包括位于同一平面內(nèi)的上弦梁I (或拱或桁架)、撐桿3和下弦拉索2，所述上弦梁I的兩端分別和下弦拉索2的兩端固定連接；所述撐桿3豎直布置，其上端與上弦梁I鉸接，下端通過索夾具4與下弦拉索2固定連接；張拉后的下弦拉索2形成軸對稱形式的折線，上弦梁1、撐桿3和下弦拉索2形成自平衡體系，下弦拉索2受拉，撐桿3為受壓二力桿，上弦梁I為壓彎構(gòu)件。
[0004]上述結(jié)構(gòu)中，下弦拉索2的預應力使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生反撓度，故結(jié)構(gòu)在荷載作用下的最終撓度會減小，并且通過下弦拉索2的張拉力，使撐桿3產(chǎn)生向上的分力，導致上弦梁I產(chǎn)生與外荷載作用下相反的內(nèi)力和變形，以形成整個張弦梁結(jié)構(gòu)并提高結(jié)構(gòu)剛度，撐桿3對抗彎受壓構(gòu)件提供彈性支撐，改善后者的受力性能；若壓彎構(gòu)件取為拱時，由下弦拉索2承受拱的水平推力，減輕拱對支座產(chǎn)生的負擔，故在支座處宜采取必要的暫時的或永久的構(gòu)造措施，在頂應力及外荷載作用下(指自重等屋面荷載作用下)形成自平衡體系，不產(chǎn)生水平推力；同時，下弦拉索2的存在可以大大的減小上弦梁I的截面，提高整個結(jié)構(gòu)的承載能力。這時，如果下弦拉索2在使用中出現(xiàn)破壞斷裂，則不能為拱支座提供水平拉力，支座可能會向兩邊移動，而且在下弦拉索2失效之后，其斷裂點附近的撐桿3的作用失效，僅靠上弦梁I承受外荷載則可能會因承載力不足而發(fā)生斷裂，隨之整個張弦梁也會失效。
[0005]如圖2所示，取任意一偏離其所在折線角的角平分線的撐桿3與拉索2的連接點作為靜力平衡研究對象，連接點受左右端拉索2的拉力Pl和P2和撐桿3對連接點的支撐力P3的作用，依據(jù)平行四邊形法則，構(gòu)成平衡力系，由于角α和角β不相等，因此根據(jù)幾何知識可以知道Pl不等于Ρ2，因此在撐桿3與拉索2的連接點處索夾具4對拉索2的摩擦力F=P1-P2 Φ O。顯而易見，拉索2若在索夾具4處保持平衡，索夾具4對拉索2的摩擦力F是必須的；反過來說，若索夾具4不能對拉索2提供足夠的摩擦力，拉索2就不能與之保持相對靜止，或者說撐桿3就不能保持平衡，就會向拉索2拉力小的方向滑動，導致拉索2松弛，直至索夾具4兩側(cè)的拉索2的拉力差值與索夾具4提供給拉索2的摩擦力相等為止。
[0006]由于一般情況下,拉索2表面存在一層或多層PE防護層,該防護層相對于鋼材是化學不穩(wěn)定的，因此即便施工時索夾具4和拉索2間的摩擦力足夠大，也只能夠在一定時間內(nèi)使撐桿3保持豎直，甚至即使當時做了摩擦力試驗，達到要求，由于PE的化學不穩(wěn)定性，會很快發(fā)生化學變化(如化學分解、老化)，從而發(fā)生拉索在撐桿3與拉索2的連接點處滑移而導致拉索2變松弛，進而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)安全隱患。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計合理，在使用中能夠避免出現(xiàn)在下弦拉索失效之后整個張弦梁直接失效的情況，同時也避免在使用中出現(xiàn)拉索松弛，而且可以增大結(jié)構(gòu)截面高度和承載力的內(nèi)外撐桿式索拱結(jié)構(gòu)。
[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的,一種內(nèi)外撐桿式索拱結(jié)構(gòu)，其特點是:包括上弦梁，在上弦梁上沿其長度方向設(shè)有若干組弦拉索，每組弦拉索與上弦梁之間均設(shè)有撐桿，所述的弦拉索、撐桿均與上弦梁處于同一平面內(nèi)；所述的每組弦拉索包括設(shè)在上弦梁上下兩側(cè)并呈V型設(shè)置的上拉索和下拉索，上拉索的開口向下設(shè)置，下拉索的開口向上設(shè)置，上拉索和下拉索的前后兩個自由端均分別與上弦梁鉸接、并且同側(cè)的鉸接點重合；在上拉索的折點向下與上弦梁之間設(shè)有上撐桿，上撐桿設(shè)在上拉索的角平分線上，上撐桿的上端通過索夾具與上拉索的折點相接，上撐桿的下端鉸接在上弦梁上；在下拉索的折點向上與上弦梁之間設(shè)有下?lián)螚U，下?lián)螚U設(shè)在下拉索的角平分線上，下?lián)螚U的下端通過索夾具與下拉索的折點相接，下?lián)螚U的上端鉸接在上弦梁上，上撐桿與下?lián)螚U在上弦梁上的鉸接點為同一點；所述的在后一組弦拉索的上拉索、下拉索與上弦梁的前鉸接點與在前一組弦拉索的上撐桿、下?lián)螚U與上弦梁的鉸接點重合設(shè)置；所述的在前一組弦拉索的上拉索、下拉索與上弦梁的后鉸接點與在后一組弦拉索的上撐桿、下?lián)螚U與上弦梁的鉸接點重合設(shè)置。
[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題還可以通過以下的技術(shù)方案來進一步實現(xiàn)，所述的內(nèi)外撐桿式索拱結(jié)構(gòu)，其特點是:所述的上拉索和下拉索分別設(shè)置為一體，索夾具設(shè)在V型折點處。
[0010]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題還可以通過以下的技術(shù)方案來進一步實現(xiàn)，所述的內(nèi)外撐桿式索拱結(jié)構(gòu)，其特點是:所述的索夾具包括上下兩塊夾板，上下兩塊夾板之間設(shè)有固定螺栓，在上夾板的中部設(shè)有與撐桿配合的連接耳。
[0011]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題還可以通過以下的技術(shù)方案來進一步實現(xiàn)，所述的內(nèi)外撐桿式索拱結(jié)構(gòu)，其特點是:所述的上拉索和下拉索分別由兩根斜拉索組成，所述的索夾具設(shè)在兩根斜拉索的V型折點處。
[0012]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題還可以通過以下的技術(shù)方案來進一步實現(xiàn)，所述的內(nèi)外撐桿式索拱結(jié)構(gòu)，其特點是:所述的索夾具包括設(shè)在兩根斜拉索之間的連接板，連接板的兩端分別設(shè)有與斜拉索配合的連接孔，在連接板的中部設(shè)有與撐桿配合的連接耳。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將傳統(tǒng)張弦梁的長拉索去掉，通過若干組弦拉索代之，若干組弦拉索包括上拉索、下拉索、上撐桿和下?lián)螚U，在某一根上拉索或下拉索失效后，由于其余上拉索或下拉索與上弦梁和撐桿之間的連接關(guān)系，使得整個結(jié)構(gòu)不會立刻失效，提高了抗倒塌性能，能夠防止出現(xiàn)連續(xù)性倒塌，消除了安全隱患。同時，上拉索或下拉索與上撐桿或下?lián)螚U的連接點處的兩側(cè)內(nèi)力平衡，使索夾具與上拉索或下拉索之間不存在摩擦力，從而索夾具與上拉索或下拉索之間不會發(fā)生相對滑動，因此可以避免上拉索或下拉索松弛，消除安全隱患，另外，上撐桿和下?lián)螚U的設(shè)置可以使整個截面高度大大增加，承載力也大大提聞。【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1中任一撐桿與短拉索的連接點受力分析圖；
圖3為本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為圖3中任一撐桿與短拉索的連接點受力分析圖；
圖5為索夾具的一種結(jié)構(gòu)意圖；
圖6為索夾具的另一種結(jié)構(gòu)意圖。
【具體實施方式】
[0015]參考圖3，一種內(nèi)外撐桿式索拱結(jié)構(gòu)，包括上弦梁5，上弦梁5還可以為拱或桁架，在上弦梁5上沿其長度方向設(shè)有若干組弦拉索，每組弦拉索與上弦梁5之間均設(shè)有撐桿，所述的弦拉索、撐桿均與上弦梁5處于同一平面內(nèi)；最外兩組弦拉索分別于上弦梁5的兩端鉸接。所述的每組弦拉索包括設(shè)在上弦梁5上下兩側(cè)并呈V型設(shè)置的上拉索10和下拉索9，上拉索10的開口向下設(shè)置，下拉索9的開口向上設(shè)置，上拉索10和下拉索9的前后兩個自由端均分別與上弦梁5鉸接、并且同側(cè)的鉸接點重合。在上拉索10的折點向下與上弦梁5之間設(shè)有上撐桿6，上撐桿6設(shè)在上拉索10的角平分線上，上撐桿6的上端通過索夾具8與上拉索10的折點相接，上撐桿6的下端鉸接在上弦梁5上；在下拉索9的折點向上與上弦梁5之間設(shè)有下?lián)螚U7，下?lián)螚U7設(shè)在下拉索9的角平分線上，下?lián)螚U7的下端通過索夾具8與下拉索9的折點相接，下?lián)螚U7的上端鉸接在上弦梁5上，上撐桿6與下?lián)螚U7在上弦梁5上的鉸接點為同一點；所述的在后一組弦拉索的上拉索10、下拉索9與上弦梁5的前鉸接點與在前一組弦拉索的上撐桿6、下?lián)螚U7與上弦梁5的鉸接點重合設(shè)置；所述的在前一組弦拉索的上拉索10、下拉索9與上弦梁5的后鉸接點與在后一組弦拉索的上撐桿6、下?lián)螚U7與上弦梁5的鉸接點重合設(shè)置。
[0016]如圖4所示，取任一組弦拉索的上拉索10或下拉索9及與其相連的上撐桿6或下?lián)螚U7的連接點作為靜力平衡研究對象。上拉索10或下拉索9的V型折點處受左右拉力Pl和P2，同時受上撐桿6或下?lián)螚U7對連接點的支撐力P3和P4的作用，依據(jù)平行四邊形法則構(gòu)成平衡力系，由于角α和角β相等，因此可以知道Ρ1=Ρ2，即上拉索10或下拉索9的一側(cè)拉索的內(nèi)力在其長度內(nèi)基本是個定值，上拉索10或下拉索9在上撐桿6或下?lián)螚U7的連接點處的兩側(cè)內(nèi)力平衡，使上撐桿6或下?lián)螚U7不依靠與上拉索10或下拉索9間的摩擦力而自然處于二力平衡狀態(tài)，上撐桿6或下?lián)螚U7不會相對于上拉索10或下拉索9滑動，從而避免上拉索10或下拉索9松弛。
[0017]所述的上拉索10和下拉索9分別設(shè)置為一體，索夾具8設(shè)在V型折點處。如圖5所示，此時索夾具8的結(jié)構(gòu)為:所述的索夾具8包括上下兩塊夾板12、13，上下兩塊夾板12、13之間設(shè)有固定螺栓，在上夾板12的中部設(shè)有與撐桿配合的連接耳11。安裝時，上下兩塊夾板12、13將上拉索10或下拉索9夾在其中間，然后用固定螺栓將上下兩塊夾板12、13固定緊，同時撐桿通過螺栓固定在索夾具8的連接耳11上即可。
[0018]所述的上拉索10和下拉索9分別由兩根斜拉索組成，所述的索夾具8設(shè)在兩根斜拉索的V型折點處。如圖6所示，此時索夾具8的結(jié)構(gòu)為:所述的索夾具8包括設(shè)在兩根斜拉索之間的連接板14，連接板14的兩端分別設(shè)有與斜拉索配合的連接孔，在連接板14的中部設(shè)有與撐桿配合的連接耳11。安裝時，上拉索10或下拉索9的兩根斜拉索的兩底端分別通過螺栓固定在連接板14兩端的連接孔中，而上撐桿6或下?lián)螚U7的底部用螺栓固定在索夾具8的連接耳11上，即安裝完畢。
[0019]實施程序:首先在上弦梁5上確定上撐桿6和下?lián)螚U7的位置及高度，上撐桿6、下?lián)螚U7的方向指向上弦梁5所在的圓的圓心，之后再將上拉索10和下拉索9拉在上弦梁5的相應位置即可。
[0020]安裝各上拉索10或下拉索9以及上撐桿6或下?lián)螚U7時，將索夾具8牢牢固定在各上拉索10或下拉索9的折點位置處。通過張拉、安裝等施工過程及各種荷載施加后，上撐桿6和下?lián)螚U7與各上拉索10或下拉索9便處在設(shè)計期望的狀態(tài)(所有構(gòu)件的位置均同現(xiàn)有技術(shù)下的張弦梁的各構(gòu)件位置相同)。在這種處理方式的基礎(chǔ)上，采取有效措施盡量增大各上拉索10或下拉索9與索夾具8間的摩擦系數(shù)，作為安全儲備，以使張弦梁中的各上拉索10或下拉索9始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。
[0021]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)外撐桿式索拱結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括上弦梁，在上弦梁上沿其長度方向設(shè)有若干組弦拉索，每組弦拉索與上弦梁之間均設(shè)有撐桿，所述的弦拉索、撐桿均與上弦梁處于同一平面內(nèi)；所述的每組弦拉索包括設(shè)在上弦梁上下兩側(cè)并呈V型設(shè)置的上拉索和下拉索，上拉索的開口向下設(shè)置，下拉索的開口向上設(shè)置，上拉索和下拉索的前后兩個自由端均分別與上弦梁鉸接、并且同側(cè)的鉸接點重合；在上拉索的折點向下與上弦梁之間設(shè)有上撐桿，上撐桿設(shè)在上拉索的角平分線上，上撐桿的上端通過索夾具與上拉索的折點相接，上撐桿的下端鉸接在上弦梁上；在下拉索的折點向上與上弦梁之間設(shè)有下?lián)螚U，下?lián)螚U設(shè)在下拉索的角平分線上，下?lián)螚U的下端通過索夾具與下拉索的折點相接，下?lián)螚U的上端鉸接在上弦梁上，上撐桿與下?lián)螚U在上弦梁上的鉸接點為同一點；所述的在后一組弦拉索的上拉索、下拉索與上弦梁的前鉸接點與在前一組弦拉索的上撐桿、下?lián)螚U與上弦梁的鉸接點重合設(shè)置；所述的在前一組弦拉索的上拉索、下拉索與上弦梁的后鉸接點與在后一組弦拉索的上撐桿、下?lián)螚U與上弦梁的鉸接點重合設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)外撐桿式索拱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的上拉索和下拉索分別設(shè)置為一體，索夾具設(shè)在V型折點處。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)外撐桿式索拱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的索夾具包括上下兩塊夾板，上下兩塊夾板之間設(shè)有固定螺栓，在上夾板的中部設(shè)有與撐桿配合的連接耳。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)外撐桿式索拱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的上拉索和下拉索分別由兩根斜拉索組成，所述的索夾具設(shè)在兩根斜拉索的V型折點處。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的內(nèi)外撐桿式索拱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的索夾具包括設(shè)在兩根斜拉索之間的連接板，連接板的兩端分別設(shè)有與斜拉索配合的連接孔，在連接板的中部設(shè)有與撐桿配合的連接耳。
【文檔編號】E04B1/342GK103993662SQ201410110477
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】宗鐘凌, 呂鳳偉 申請人:淮海工學院