一种高冗余度张弦桁架结构及实施方法技术

一种高冗余度张弦桁架结构及实施方法。结构包括上弦桁架、多根撑杆、多根拉索、固定铰支座和滑动铰支座，上弦桁架为由多根上弦桁架杆件相互连接构成的正放三角锥空间拱桁架；每根拉索两端相隔距离连接在上弦桁架下部的两个球节点上，多根拉索的部分结构交错设置；多根撑杆相隔距离垂直连接在上弦桁架下部和多根拉索间；固定铰支座上端与上弦桁架一侧下部的球节点相连，下端以固定的方式安装在位于上弦桁架一侧的支撑结构上；滑动铰支座上端与上弦桁架另一侧下部的球节点相连，下端以滑动的方式安装在位于上弦桁架另一侧的支撑结构上。本发明专利技术提供的高冗余度张弦桁架结构及实施方法具有结构冗余度高、抗倒塌性能好、施工简便、安全性能优越等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于建筑结构的大跨度预应力钢结构
，特别是涉及。
技术介绍
张弦桁架结构最早由日本大学M. Saitoh教授在1986年提出，该结构是一种区别于传统结构的新型杂交屋盖体系，其主要是由作为压弯部件的上弦桁架杆件、下弦柔性拉索以及中间受压撑杆组成的自平衡混合结构，也是一种混合结构体系发展中比较成功的大跨度预应力空间结构体。张弦桁架结构的特点是体系简单、受力明确、结构形式多样，充分发挥了刚柔材料的优势，并且制造、运输、施工简捷方便，因此已经获得了良好的应用。近几年来，以上海浦东国际机场候机楼、广州国际会展中心、哈尔滨国际会展中心、北京农展馆、国家体育馆为代表的大跨度张弦桁架屋盖结构已成为我国标志性建筑。目前，本领域的研究人员普遍认为张弦桁架结构的受力机理是通过对下弦柔性拉索施加预应力而使上弦桁架杆件产生反挠度，使得结构在荷载作用下的最终挠度得以减少，而中间受压撑杆对上弦桁架杆件提供的弹性支撑可以改善结构的受力性能。一般由上弦桁架杆件构成的上弦桁架采用拱梁或桁架拱，在荷载作用下拱的水平推力由下弦柔性拉索承受，以减轻拱对支座产生的水平推力并减少滑动支座的水平位移。张弦桁架结构可发挥高强索的强抗拉性能，改善整体结构受力性能，使压弯构件和抗拉构件取长补短，协同工作，从而达到自平衡。张弦桁架结构包括平面张弦桁架结构和空间张弦桁架结构，空间张弦桁架结构主要有单向张弦桁架结构、双向张弦桁架结构、多向张弦桁架结构、辐射式张弦桁架结构，其设计方法、施工手段日臻成熟，研究人员也进行了多方面的研究并取得了很多成果。虽然张弦桁架结构受力合理、刚度大、重量轻，但由于其下弦柔性拉索需要占用大量的室内净空，因此限制了其应用领域。此外，传统的张弦桁架结构一旦下弦柔性拉索产生断裂，上弦桁架将会出现倒塌，并会引起相邻结构连续产生破坏，从而引发灾难性事故。因此，如何提供一种净空占用少、结构冗余度高的新型张弦梁结构，就成为拓展传统张弦梁结构应用的关键问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种净空占用少、结构冗余度高的张弦桁架结构及实施方法。为了达到上述目的，本专利技术提供的高冗余度张弦桁架结构包括上弦桁架、多根撑杆、多根拉索、固定铰支座和滑动铰支座，其中上弦桁架为由多根上弦桁架杆件通过螺栓球或焊接球相互连接而构成的正放三角锥空间拱桁架；每根拉索的两端相隔距离连接在上弦桁架下部的两个球节点上，并且多根拉索的部分结构交错设置；多根撑杆相隔距离垂直连接在上弦桁架下部和多根拉索之间；固定铰支座的上端与上弦桁架一侧下部的球节点相连，下端以固定的方式安装在位于上弦桁架一侧的支撑结构上；滑动铰支座的上端与上弦桁架另一侧下部的球节点相连，下端以滑动的方式安装在位于上弦桁架另一侧的支撑结构上。所述的拉索的数量为三根，且位于最外侧的两根拉索的外端分别与上弦桁架两侧下部的球节点相连。本专利技术提供的高冗余度张弦桁架结构的实施方法包括按顺序进行的下列步骤I)根据结构跨度、室内净高限制及荷载组合工况设计高冗余度张弦桁架结构中上弦桁架杆件和撑杆的长度及截面尺寸、多根拉索的截面面积及相应初始预应力值F ；2)通过螺栓球或焊接球连接方式将多根上弦桁架杆件相互连接成上弦桁架；3)将多根撑杆相隔距离垂直连接在上弦桁架下部和多根拉索之间；4)逐根张拉多根拉索，张拉顺序为先张拉中间一根拉索，然后同时张拉外侧两根拉索，待拉索的初始预应力值F达到设计值后将多根拉索封锚固定，由此形成一榀张弦桁架；5)在施工场地将一榀张弦桁架吊装就位后将其两端分别与设置在两侧支撑结构上的固定铰支座和滑动铰支座的上端相连接，并施以临时支撑；6)待多榀张弦桁架全部吊装完毕后，在相邻张弦桁架的上弦桁架之间设置多根横向撑杆而构成张弦桁架屋盖结构，以保证张弦桁架结构的侧向稳定性，撤除临时支撑，施工完毕。本专利技术提供的高冗余度张弦桁架结构及实施方法具有如下优点I)室内净空占用少多根弦索分别连接在上弦桁架的下部球节点上，使得跨中位置的矢高大大降低，节省了室内净空。2)安全性能提高当多根拉索中的某一根发生断裂时，其它拉索的内力增加，可通过增大上弦桁架变形的方式延缓其倒塌，为人员和财产的疏散提供宝贵时间。附图说明图I为本专利技术提供的高冗余度张弦桁架结构主视图。图2为由本专利技术提供的高冗余度张弦桁架结构构成的单向张弦桁架屋盖结构立体图。图3为传统张弦桁架结构和本专利技术提供的高冗余度张弦桁架结构在竖向地震力作用下跨中位移变化曲线。图4为传统张弦桁架结构和本专利技术提供的高冗余度张弦桁架结构在竖向地震力作用下拉索内力变化曲线。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术提供的高冗余度张弦桁架结构及实施方法进行详细说明。如图I所示，本专利技术提供的高冗余度张弦桁架结构包括上弦桁架I、多根撑杆2、多根拉索3、固定铰支座4和滑动铰支座5，其中上弦桁架I为由多根上弦桁架杆件6通过螺栓球或焊接球相互连接而构成的正放三角锥空间拱桁架；每根拉索3的两端相隔距离连接在上弦桁架I下部的两个球节点上，并且多根拉索3的部分结构交错设置；多根撑杆2相隔距离垂直连接在上弦桁架I下部和多根拉索3之间；固定铰支座4的上端与上弦桁架I一侧下部的球节点相连，下端以固定的方式安装在位于上弦桁架I 一侧的支撑结构上；滑动铰支座5的上端与上弦桁架I另一侧下部的球节点相连，下端以滑动的方式安装在位于上弦桁架I另一侧的支撑结构上。所述的拉索3的数量为三根，且位于最外侧的两根拉索3的外端分别与上弦桁架I两侧下部的球节点相连。现以由7榀张弦桁架7构成的高冗余度单向张弦桁架屋盖结构为例对本专利技术提供的高冗余度张弦桁架结构的实施方法进行说明，本单向张弦桁架屋盖结构上张弦桁架7之 间的间距为8m，纵向总长48m，相邻上弦桁架I之间设横向撑杆8。单榀张弦桁架7的跨度为100m，上弦拱矢高6m，多根拉索3垂度均为2m，多根拉索3呈抛物线形状。每榀张弦桁架7的两端分别为固定铰支座4和滑动铰支座5，标高均为20. 0m，如图2所示，所述的实施方法包括按顺序进行的下列步骤I)根据结构跨度、室内净高限制及荷载组合工况设计高冗余度张弦桁架结构中上弦桁架杆件6和撑杆2的长度及截面尺寸、多根拉索3的截面面积及相应初始预应力值F ；2)通过螺栓球或焊接球连接方式将多根上弦桁架杆件6相互连接成上弦桁架I ;3)将多根撑杆2相隔距离垂直连接在上弦桁架I下部和多根拉索3之间；4)逐根张拉多根拉索3，张拉顺序为先张拉中间一根拉索3，然后同时张拉外侧两根拉索3，待拉索3的初始预应力值F达到设计值后将多根拉索3封锚固定，由此形成一榀张弦桁架7 ；5)在施工场地将一榀张弦桁架7吊装就位后将其两端分别与设置在两侧支撑结构上的固定铰支座4和滑动铰支座5的上端相连接，并施以临时支撑；6)待多榀张弦桁架7全部吊装完毕后，在相邻张弦桁架7的上弦桁架I之间设置多根横向撑杆8而构成张弦桁架屋盖结构，以保证张弦桁架结构的侧向稳定性，撤除临时支撑，施工完毕。为了验证本专利技术提供的高冗余度张弦桁架结构的抗震性能，本专利技术人利用有限元软件建模计算了传统张弦桁架结构和本专利技术提供的高冗余度张弦桁架结构在EL-Centro (1940)波竖向地震力作用时结构跨中最大位移变化曲线和拉索6内力变化曲线，400个荷载步，加载时间8s，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高冗余度张弦桁架结构，其特征在于所述的高冗余度张弦桁架结构包括上弦桁架(I)、多根撑杆(2)、多根拉索(3)、固定铰支座(4)和滑动铰支座(5)，其中上弦桁架(I)为由多根上弦桁架杆件(6)通过螺栓球或焊接球相互连接而构成的正放三角锥空间拱桁架；每根拉索(3)的两端相隔距离连接在上弦桁架(I)下部的两个球节点上，并且多根拉索(3)的部分结构交错设置；多根撑杆(2)相隔距离垂直连接在上弦桁架(I)下部和多根拉索(3)之间；固定铰支座(4)的上端与上弦桁架(I) 一侧下部的球节点相连，下端以固定的方式安装在位于上弦桁架(I) 一侧的支撑结构上；滑动铰支座(5)的上端与上弦桁架(I)另一侧下部的球节点相连，下端以滑动的方式安装在位于上弦桁架(I)另一侧的支撑结构上。2.根据权利要求I所述的高冗余度张弦桁架结构，其特征在于所述的拉索(3)的数量为三根，且位于最外侧的两根拉索(3)的外端分别与上弦桁架(I)两侧下部的球节点相连。3.—种如权利要求I所述的高冗余度张弦桁架结构的实施方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国光，武志玮，谭振，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：