一种用于施工成形理论分析及试验研究的索穹顶结构模型制造技术

本实用新型专利技术适用于索穹顶结构模拟实验技术领域，提供了一种用于施工成形理论分析及试验研究的索穹顶结构模型，由脊索、斜索、环索、压杆、环梁和立柱连接构成；实验时，首先按照成形后的初始预应力分布求得体系各构件原长，根据体系的拓扑关系组装各构件，其中所有脊索、斜索和环索都是按照原长组装，压杆则调节正反螺纹套筒缩短到一定长度，此时体系处于松弛态；在此基础上依次逐步分批调节外圈压杆到原长、中圈压杆到原长、最后中心压杆到原长，此时模型的张拉成形，各构件获取设计初始预应力，结构简单，实用性强，具有较强的推广与应用价值。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于索穹顶结构模拟实验
，尤其涉及一种用于施工成形理论分析及试验研究的索穹顶结构模型。
技术介绍
索穹顶结构是一种由拉索和压杆组成、依靠施加预应力提供刚度的柔性体系，其预应力的生成及结构的成形是伴随着施工过程完成的。实际工程的施工一般是按阶段分批张拉的，存在明显的阶段性，对于每一个施工阶段，结构的不完整性使体系处于松弛态，且一般属于不稳定机构，刚度矩阵奇异，无法采用一般的有限元方法计算。事实上，松弛态体系在自重作用下都会通过形状和内力的调整达到一个平衡态，所以实际设计分析中可以忽略杆系在各阶段张拉过程中的移动和变位，只需关注在各阶段施工完成后体系所处的平衡 态，即此时各杆件内力和节点坐标，由此索穹顶结构的施工成形分析转化为求解结构在各施工阶段平衡态的问题。由于技术保密等原因，国外在索穹顶结构施工成形方案及理论计算分析方面的报导很少；国内学者在这方面作了一定的研究，主要是采用不同的索单元、不同的平衡态找形方法对索杆结构的施工过程进行了模拟。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种用于施工成形理论分析及试验研究的索穹顶结构模型，旨在解决目前缺乏用于施工成形理论分析及试验研究的索穹顶结构模型，使得索穹顶结构施工成形理论分析及试验研究受到了限制的问题。本技术是这样实现的，一种用于施工成形理论分析及试验研究的索穹顶结构模型，该模型包括脊索、斜索、环索、压杆、环梁和立柱；所述环梁与所述立柱相连接，所述脊索与所述环梁及压杆相连接，所述斜索与所述环梁及压杆相连接，所述环索与所述斜索及压杆相连接。进一步，所述环梁和立柱构成一个基本组装单元，24件基本组装单元拼装成支承平台，支承平台模拟索穹顶结构周边的刚性支座。进一步，该模型设置有内、外两圈环索，所述环索采用Φ5高强钢丝。进一步，所述脊索及斜索采用Φ 3高强钢丝，索头设计成U字形，中间开槽7mm以用来连接桅杆端部节点叶片，并通过Φ6销钉销住。进一步，中心位置的压杆采用Φ20Χ3无缝钢管，其余压杆采用Φ 15X3无缝钢管，所有压杆长度都是可调的，即中间采用有正、反螺纹的套筒连接。本技术提供的用于施工成形理论分析及试验研究的索穹顶结构模型，由脊索、斜索、环索、压杆、环梁和立柱连接构成；实验时，首先按照成形后的初始预应力分布求得体系各构件原长，根据体系的拓扑关系组装各构件，其中所有脊索、斜索和环索都是按照原长组装，压杆则调节正反螺纹套筒缩短到一定长度，此时体系处于松弛态；在此基础上依次逐步分批调节外圈压杆到原长、中圈压杆到原长、最后中心压杆到原长，此时模型的张拉成形，各构件获取设计初始预应力，结构简单，实用性强，具有较强的推广与应用价值。附图说明图I是本技术实施例提供的用于施工成形理论分析及试验研究的索穹顶结构模型的结构示意图。图中1、脊索；2、斜索；3、环索；4、压杆；5、环梁；6、立柱。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。图I示出了本技术实施例提供的用于施工成形理论分析及试验研究的索穹顶结构模型的结构。为了便于说明，仅仅示出了与本技术实施例相关的部分。该模型包括图中1、脊索；2、斜索；3、环索；4、压杆；5、环梁；6、立柱。环梁5与立柱6相连接，压杆4与拉索(包括脊索I、斜索2和环索3)相连接，环索3与斜索2及压杆4相连接，脊索I与环梁5及压杆4相连接，斜索2与环梁5及压杆4相连接。在本技术实施例中，环梁5和立柱6构成一个基本组装单元，24件基本组装单元拼装成支承平台，支承平台模拟索穹顶结构周边的刚性支座。在本技术实施例中，该模型设置有内、外两圈环索3，环索3采用Φ5高强钢丝。在本技术实施例中，脊索I及斜索2采用Φ 3高强钢丝，索头设计成U字形，中间开槽7mm以用来连接桅杆端部节点叶片，并通过Φ6销钉销住。在本技术实施例中，中心位置的压杆4采用Φ 20 X 3无缝钢管，其余压杆4采用Φ 15X3无缝钢管，所有压杆4长度都是可调的，即中间采用有正、反螺纹的套筒连接。以下结合附图及具体实施例对本技术的应用原理作进一步描述。如图I所示，环梁5与立柱6相连接，压杆4与拉索(包括脊索I、斜索2和环索3)相连接，环索3与斜索2及压杆4相连接，脊索I与环梁5及压杆4相连接，斜索2与环梁5及压杆4相连接。该模型主要由支承平台、压杆4和拉索(包括脊索I、斜索2和环索3)组成，其中支承平台由24件基本组装单元拼装而成来模拟周边刚性支座，每个组装单元主要由环梁5和立柱6组成。内、外两圈环索3采用Φ 5高强钢丝，脊索I和斜索2采用Φ 3高强钢丝。索头设计成U字形，中间开槽7_以用来连接桅杆端部节点叶片，然后用Φ6销钉销住。中心压杆4采用Φ 20 X 3无缝钢管，其余压杆4采用Φ 15X3无缝钢管，所有压杆4长度都是可调的，即中间采用有正、反螺纹的套筒连接，本试验压杆4长度的调节正是通过调节压杆4中央有正、反螺纹的套筒来实现。索穹顶结构施工成形理论分析和实验研究中采用一种新的施工方案，即由外及里逐圈调节压杆4长度到原长成形方案。该方案将压杆4作为主动调节长度的构件，安装时都先调节缩短到一定长度，所有索则按原长根据结构的几何拓扑关系连接好，然后由外及里逐圈分批分阶段调节压杆4长度到原长，当所有压杆4调节到原长时，那么结构达到设计形状的同时获得设计要求的初始预应力分布。在确定施工方案时，认为结构的初始预应力分布已确定，故索和杆的原长已知。在施工过程中索的原长保持不变，压杆4的长度先是缩短到一定长度然后逐步伸长到原长，即所有杆件的原长不管施工顺序怎样成形时都是一定的。实验时，首先按照成形后的初始预应力分布求得体系各构件原长，根据体系的拓扑关系组装各构件，其中所有脊索I、斜索2和环索3都是按照原长组装，压杆4则调节正反螺纹套筒缩短到一定长度，此时，体系处于松弛态。在此基础上依次逐步分批调节(伸长)外圈压杆4到原长、中圈压杆4到原长、最后中心压杆4到原长，此时张拉成形，各构件获取设计初始预应力。根据索穹顶结构由拉索(包括脊索I、斜索2和环索3)和压杆4组成的几何拓扑关系提出了一种新的施工方案一由外及里逐圈调节压杆4长度到原长成形方案，并提出了一种基于动力松弛法、控制构件原长的平衡态找形分析方法，最后通过设计加工模型试验进行模拟跟踪。试验结果与理论计算值基本符合，表明基于动力松弛法、控制构件原长的·找形方法是有效和正确的，由外及里逐圈调节压杆4长度到原长成形方案是可行的。本技术实施例提供的用于施工成形理论分析及试验研究的索穹顶结构模型，由脊索I、斜索2、环索3、压杆4、环梁5和立柱6连接构成；实验时，首先按照成形后的初始预应力分布求得体系各构件原长，根据体系的拓扑关系组装各构件，其中所有脊索I、斜索2和环索3都是按照原长组装，压杆4则调节正反螺纹套筒缩短到一定长度，此时体系处于松弛态；在此基础上依次逐步分批调节外圈压杆4到原长、中圈压杆4到原长、最后中心压杆4到原长，此时模型的张拉成形，各构件获取设计初始预应力，结构简单，实用性强，具有较强的推广与应用价值。以上仅为本实用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于施工成形理论分析及试验研究的索穹顶结构模型，其特征在于，该索穹顶结构模型包括：脊索、斜索、环索、压杆、环梁和立柱；所述环梁与所述立柱相连接，所述脊索与所述环梁及压杆相连接，所述斜索与所述环梁及压杆相连接，所述环索与所述斜索及压杆相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈联盟，董石麟，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：实用新型
国别省市：