一種增設備用索的張弦桁架結構制造技術

本發明專利技術公開了一種增設備用索的張弦桁架結構，由上部桁架、中部撐桿、下部拉索、支撐結構和中部備用索組成。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；支撐結構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。本發明專利技術提供的一種增設備用索的張弦桁架結構較傳統張弦桁架結構冗余度提高，抗連續倒塌能力增強。該結構形式簡單，構造方便，易于實現，適合在實際工程中應用。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于大跨度預應力空間結構領域，涉及一種增設備用索的張弦桁架結構及其構造方法。
技術介紹
張弦桁架主要由下部柔性的索和上部剛性的桁架組成，對索施加預應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。該結構是一種自平衡混合空間結構，能充分發揮高強材料的受拉性能，具有受力合理，自重輕，構造簡單，空間跨越能力強等優點。隨著我國建筑事業的發展和建筑設計水平的提高，張弦桁架結構得到了越來越多的關注，被廣泛應用于體育場、展覽館等大空間重要公共建筑。張弦桁架結構冗余度較低，一旦下部拉索發生斷裂，剩余結構受到沖擊，往往會出現倒塌，導致慘重的人員傷亡和嚴重的經濟損失。因此，與一般空間結構體系和框架結構體系相比，這種結構更需要對其采用防連續倒塌設計。
技術實現思路
技術問題:本專利技術公開了一種冗余度高、抗連續倒塌能力強、構造方便、易于實現的增設備用索的張弦桁架結構。技術方案:本專利技術的增設備用索的張弦桁架結構，包括上部桁架、平行均勻設置在所述上部桁架下側的多根中部撐桿、穿過所述中部撐桿底端的下部拉索和設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，設置的多個中部備用索對稱分布在上部桁架跨中節點處的中部撐桿兩側，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。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。進一步的，上部桁架的一端設置有固定鉸支座，另一端設置有滑動鉸支座。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。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。進一步的，上部桁架下方的各中部備用索互不連接。本專利技術中，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，備用索不施加初始預應力；本專利技術的構造上述增設備用索的張弦桁架結構的方法，包括下列步驟:I)根據結構跨度、荷載情況等確定增設備用索的張弦桁架結構中上部桁架跨度及桿件尺寸、中部撐桿的數量及桿件尺寸、下部拉索截面尺寸及初始預應力值F和中部備用索截面尺寸；2)采用臥式拼裝等方法，通過螺栓球或焊接球的方式將上部桁架桿件進行拼裝連接;3)安裝中部撐桿和下部拉索，將撐桿均勻對稱得連接在上部桁架和下部拉索之間；4)對下部拉索端部進行張拉，待拉索的內力達到設計的初始預應力值F后將拉索兩端封銷固定；5)對張弦桁架進行整體吊裝，兩端分別與下部支撐結構上的固定鉸支座和滑動鉸支座連接，并對結構施加側向支撐保證其平面外的穩定性。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:本專利技術與現有技術相比，具有以下優點:I)現有張弦桁架大多采用下部拉索設置為雙索提高冗余度的方法作為結構防連續倒塌的措施，但此方法未改變結構的受力機理，當下部拉索斷裂時，結構中的傳力路徑仍未發生改變。而本專利技術提供的結構通過在張弦桁架中增設備用索提高了結構冗余度，改變了結構的受力機理。當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構體系，緩解拉索失效對剩余結構造成的沖擊，改善桁架弦桿的內力，減小剩余結構豎向撓度，提高結構抗連續倒塌能力。2)該結構形式簡單，中部備用索無需施加初始預應力，構造方便，設計與實施方法與傳統張弦桁架類似，易于實現，適合在實際工程中應用。【附圖說明】圖1a是本專利技術提供的第I種方式的增設備用索的張弦桁架結構平面圖，圖1b是本專利技術提供的第I種方式的增設備用索的張弦桁架結構軸側圖；圖2a是本專利技術提供的第2種方式的增設備用索的張弦桁架結構平面圖，圖2b是本專利技術提供的第2種方式的增設備用索的張弦桁架結構軸側圖；圖3a是本專利技術提供的第3種方式的增設備用索的張弦桁架結構平面圖，圖3b是本專利技術提供的第3種方式的增設備用索的張弦桁架結構軸側圖；圖4a是本專利技術提供的第4種方式的增設備用索的張弦桁架結構平面圖，圖4b是本專利技術提供的第4種方式的增設備用索的張弦桁架結構軸側圖；圖5是本專利技術提供的增設備用索的張弦桁架結構和傳統張弦桁架結構在拉索失效前后結構跨中節點位移的時程曲線。圖6是本專利技術提供的增設備用索的張弦桁架結構和傳統張弦桁架結構在拉索失效前后跨中上弦桿內力的時程曲線。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】下面結合實施例和說明書附圖，對本專利技術作進一步具體說明。N取為3，即中部設置7根撐桿的單榀增設備用索的張弦桁架結構為例對本專利技術提供的增設備用索的張弦桁架結構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備用索的張弦桁架結構由傳統張弦桁架和中部備用索4組成，中部備用索4對稱布置在傳統張弦桁架中上部桁架I和下部拉索3之間。本專利技術張弦桁架如圖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上端與左側端部下弦桿8的球節點相連，下端固定在張弦桁架的下部支撐結構上?；瑒鱼q支座6與右側端部下弦桿8的球節點相連，下端以水平滑動的方式與張弦桁架的下部支撐結構相連。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，兩端分別與下弦桿8的球節點和撐桿2底端連接。本實施例中的增設備用索的張弦桁架結構跨度為72m，矢高為4.8m，垂度為4.8m，跨中撐桿高度為7.Sm。本實施例的構造方法包括按順序進行以下步驟:I)根據結構跨度、荷載情況等設計增設備用索的張弦桁架結構中上部桁架I的跨度及桿件7、8、9、10的尺寸，中部撐桿2的數量及桿件尺寸，下部拉索3的截面尺寸及初始預應力值F和中部備用索4的截面尺寸，本實施例中中部撐桿2的數量取為7 ；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；3)安裝中部撐桿2和下部拉索3，將撐桿2均勻對稱布置，頂端和底端分別連接上部桁架I和下部拉索3 ;4)對下部拉索3端部進行張拉，待拉索的內力達到設計的初始預應力值F后將拉索3兩端錨固于端部下弦桿8的球節點上；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構上的固定鉸支座5和滑動鉸支座6，對結構施加側向支撐保證其側向穩定性。6)對中部6根備用索4進行安裝，兩端分別與下弦桿8的球節點和撐桿2底端連接。為了驗證本專利技術提供的增設備用索的張弦桁架結構的抗連續倒塌性能，本專利技術人利用有限元軟件，通過移除單根拉索考察剩余結構的動力響應，對張弦桁架的連續性倒塌進行了非線性動力分析，并與傳統張弦桁架結構進行對比。圖5和圖6分別給出了在拉索失效前后結構跨中節點位移及跨中上弦桿7內力的時程曲線。可見，傳統張弦桁架在拉索失效后很快發生了倒塌本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種增設備用索的張弦桁架結構，其特征在于，該結構包括上部桁架(1)、平行均勻設置在所述上部桁架(1)下側的多根中部撐桿(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(1)的端部連接，設置的多個中部備用索(4)對稱分布在上部桁架(1)跨中節點處的中部撐桿(2)兩側，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。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：陸金鈺，武嘯龍，舒贛平，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32