CN204804039U - 增设备用索的张弦桁架结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种增设备用索的张弦桁架结构，由上部桁架、中部撑杆、下部拉索、支撑结构和中部备用索组成。上部桁架为由多根上弦杆件、下弦杆件、斜腹杆及水平腹杆组成的正放四角锥空间拱桁架；下部拉索的两端锚固在上部桁架端部；上部桁架与下部拉索中间均匀布置多根撑杆，撑杆顶端与底端分别与上部桁架下弦杆和下部拉索连接；中部备用索两端分别与上部桁架下弦杆和撑杆底端连接；支撑结构由固定铰支座和滑动铰支座组成，分别支撑上部桁架的两端。本实用新型提供的一种增设备用索的张弦桁架结构较传统张弦桁架结构冗余度提高，抗连续倒塌能力增强。该结构形式简单，构造方便，易于实现，适合在实际工程中应用。

Description

增设备用索的张弦桁架结构

技术领域

本实用新型属于大跨度预应力空间结构领域，涉及一种增设备用索的张弦桁架结构及其构造方法。

背景技术

张弦桁架主要由下部柔性的索和上部刚性的桁架组成，对索施加预应力并锚固在桁架的两端，拉索与桁架之间通过竖向撑杆相连接。该结构是一种自平衡混合空间结构，能充分发挥高强材料的受拉性能，具有受力合理，自重轻，构造简单，空间跨越能力强等优点。随着我国建筑事业的发展和建筑设计水平的提高，张弦桁架结构得到了越来越多的关注，被广泛应用于体育场、展览馆等大空间重要公共建筑。

张弦桁架结构冗余度较低，一旦下部拉索发生断裂，剩余结构受到冲击，往往会出现倒塌，导致惨重的人员伤亡和严重的经济损失。因此，与一般空间结构体系和框架结构体系相比，这种结构更需要对其采用防连续倒塌设计。

实用新型内容

技术问题：本实用新型公开了一种冗余度高、抗连续倒塌能力强、构造方便、易于实现的增设备用索的张弦桁架结构。

技术方案：本实用新型的增设备用索的张弦桁架结构，包括上部桁架、平行均匀设置在所述上部桁架下侧的多根中部撑杆、穿过所述中部撑杆底端的下部拉索和设置在相邻两根中部撑杆之间的中部备用索，所述下部拉索的两端分别与上部桁架的端部连接，设置的多个中部备用索对称分布在上部桁架跨中节点处的中部撑杆两侧，每个中部备用索的一端与中部撑杆的顶端连接，另一端与相邻中部撑杆的底端连接。

进一步的，上部桁架是由多根上弦杆件、下弦杆件、斜腹杆和水平腹杆连接而成的正放四角锥空间拱桁架。

进一步的，上部桁架的一端设置有固定铰支座，另一端设置有滑动铰支座。

进一步的，中部撑杆共有2N+1根，所述中部备用索共有2N根，N为大于或等于1的自然数。

进一步的，上部桁架下方的中部备用索依次连接，相邻两个中部备用索在中部撑杆的端部连接。

进一步的，上部桁架下方的各中部备用索互不连接。

本实用新型中，中部备用索有4种布置方式，每种方式中备用索对称布置在中间撑杆两侧，备用索不施加初始预应力；

本实用新型的构造上述增设备用索的张弦桁架结构的方法，包括下列步骤：

1)根据结构跨度、荷载情况等确定增设备用索的张弦桁架结构中上部桁架跨度及杆件尺寸、中部撑杆的数量及杆件尺寸、下部拉索截面尺寸及初始预应力值F和中部备用索截面尺寸；

2)采用卧式拼装等方法，通过螺栓球或焊接球的方式将上部桁架杆件进行拼装连接；

3)安装中部撑杆和下部拉索，将撑杆均匀对称得连接在上部桁架和下部拉索之间；

4)对下部拉索端部进行张拉，待拉索的内力达到设计的初始预应力值F后将拉索两端封锚固定；

5)对张弦桁架进行整体吊装，两端分别与下部支撑结构上的固定铰支座和滑动铰支座连接，并对结构施加侧向支撑保证其平面外的稳定性。

6)安装中部备用索，两端分别连接于上部桁架下弦杆和撑杆底端。

有益效果：本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

1)现有张弦桁架大多采用下部拉索设置为双索提高冗余度的方法作为结构防连续倒塌的措施，但此方法未改变结构的受力机理，当下部拉索断裂时，结构中的传力路径仍未发生改变。而本实用新型提供的结构通过在张弦桁架中增设备用索提高了结构冗余度，改变了结构的受力机理。当下部单根拉索断裂后，备用索能改变张弦桁架中的传力路径，与下部部分拉索及中部部分撑杆形成局部弦支结构体系，缓解拉索失效对剩余结构造成的冲击，改善桁架弦杆的内力，减小剩余结构竖向挠度，提高结构抗连续倒塌能力。

2)该结构形式简单，中部备用索无需施加初始预应力，构造方便，设计与实施方法与传统张弦桁架类似，易于实现，适合在实际工程中应用。

附图说明

图1a是本实用新型提供的第1种方式的增设备用索的张弦桁架结构平面图，图1b是本实用新型提供的第1种方式的增设备用索的张弦桁架结构轴侧图；

图2a是本实用新型提供的第2种方式的增设备用索的张弦桁架结构平面图，图2b是本实用新型提供的第2种方式的增设备用索的张弦桁架结构轴侧图；

图3a是本实用新型提供的第3种方式的增设备用索的张弦桁架结构平面图，图3b是本实用新型提供的第3种方式的增设备用索的张弦桁架结构轴侧图；

图4a是本实用新型提供的第4种方式的增设备用索的张弦桁架结构平面图，图4b是本实用新型提供的第4种方式的增设备用索的张弦桁架结构轴侧图；

图5是本实用新型提供的增设备用索的张弦桁架结构和传统张弦桁架结构在拉索失效前后结构跨中节点位移的时程曲线。

图6是本实用新型提供的增设备用索的张弦桁架结构和传统张弦桁架结构在拉索失效前后跨中上弦杆内力的时程曲线。

图中有：上部桁架1，中部撑杆2，下部拉索3，中部备用索4，固定铰支座5，滑动铰支座6和上部桁架中的上弦杆件7、下弦杆件8、斜腹杆9及水平腹杆10。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图，对本实用新型作进一步具体说明。

N取为3，即中部设置7根撑杆的单榀增设备用索的张弦桁架结构为例对本实用新型提供的增设备用索的张弦桁架结构的实施方法进行说明。如图1到图4所示，本实施例的一种增设备用索的张弦桁架结构由传统张弦桁架和中部备用索4组成，中部备用索4对称布置在传统张弦桁架中上部桁架1和下部拉索3之间。

本实用新型张弦桁架如图1到图4所示，包括一个上部桁架1，7根中部撑杆2，1根下部拉索3，1个固定铰支座5，1个滑动铰支座6。其中，上部桁架1是由上弦杆件7、下弦杆件8、斜腹杆9和水平腹杆10通过螺栓球或焊接球连接而成的正放四角锥空间拱桁架。下部拉索3的两端锚固在上部桁架1端部下弦杆的球节点上。7根撑杆均匀布置在上部桁架1和下部拉索3之间，顶端和底端分别与下弦杆8和下部拉索3连接。固定铰支座5上端与左侧端部下弦杆8的球节点相连，下端固定在张弦桁架的下部支撑结构上。滑动铰支座6与右侧端部下弦杆8的球节点相连，下端以水平滑动的方式与张弦桁架的下部支撑结构相连。

备用索如图1到图4所示，在上部桁架1和下部拉索3之间共布置6根备用索4，备用索4对称分布在跨中撑杆两侧，两端分别与下弦杆8的球节点和撑杆2底端连接。

本实施例中的增设备用索的张弦桁架结构跨度为72m，矢高为4.8m，垂度为4.8m，跨中撑杆高度为7.8m。本实施例的构造方法包括按顺序进行以下步骤：

1)根据结构跨度、荷载情况等设计增设备用索的张弦桁架结构中上部桁架1的跨度及杆件7、8、9、10的尺寸，中部撑杆2的数量及杆件尺寸，下部拉索3的截面尺寸及初始预应力值F和中部备用索4的截面尺寸，本实施例中中部撑杆2的数量取为7；

2)采用卧式拼装等方法，通过螺栓球或焊接球的方式将上部桁架杆件7、8、9、10进行拼装连接；

3)安装中部撑杆2和下部拉索3，将撑杆2均匀对称布置，顶端和底端分别连接上部桁架1和下部拉索3；

4)对下部拉索3端部进行张拉，待拉索的内力达到设计的初始预应力值F后将拉索3两端锚固于端部下弦杆8的球节点上；

5)对张弦桁架1进行整体吊装，两端分别连接在下部支撑结构上的固定铰支座5和滑动铰支座6，对结构施加侧向支撑保证其侧向稳定性。

6)对中部6根备用索4进行安装，两端分别与下弦杆8的球节点和撑杆2底端连接。

为了验证本实用新型提供的增设备用索的张弦桁架结构的抗连续倒塌性能，本实用新型人利用有限元软件，通过移除单根拉索考察剩余结构的动力响应，对张弦桁架的连续性倒塌进行了非线性动力分析，并与传统张弦桁架结构进行对比。图5和图6分别给出了在拉索失效前后结构跨中节点位移及跨中上弦杆7内力的时程曲线。可见，传统张弦桁架在拉索失效后很快发生了倒塌，而本实用新型提供的增设备用索的张弦桁架结构除方案4外，均未出现倒塌，构件内力减小。方案4剩余结构虽然发生倒塌，但与传统张弦桁架相比延缓了剩余结构倒塌的时间。综上所述，提供的增设备用索的张弦桁架的抗连续倒塌性能比传统张弦桁架更好。

上述实施例仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本实用新型权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种增设备用索的张弦桁架结构，其特征在于，该结构包括上部桁架(1)、平行均匀设置在所述上部桁架(1)下侧的多根中部撑杆(2)、穿过所述中部撑杆(2)底端的下部拉索(3)和设置在相邻两根中部撑杆(2)之间的中部备用索(4)，所述下部拉索(3)的两端分别与上部桁架(1)的端部连接，设置的多个中部备用索(4)对称分布在上部桁架(1)跨中节点处的中部撑杆(2)两侧，每个中部备用索(4)的一端与中部撑杆(2)的顶端连接，另一端与相邻中部撑杆(2)的底端连接。

2.根据权利要求1所述的增设备用索的张弦桁架结构，其特征在于，所述的上部桁架(1)是由多根上弦杆件(7)、下弦杆件(8)、斜腹杆(9)和水平腹杆(10)连接而成的正放四角锥空间拱桁架。

3.根据权利要求1所述的增设备用索的张弦桁架结构，其特征在于，所述上部桁架(1)的一端设置有固定铰支座(5)，另一端设置有滑动铰支座(6)。

4.根据权利要求1所述的增设备用索的张弦桁架结构，其特征在于，所述中部撑杆(2)共有2N+1根，所述中部备用索(4)共有2N根，N为大于或等于1的自然数。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的增设备用索的张弦桁架结构，其特征在于，所述上部桁架(1)下方的中部备用索(4)依次连接，相邻两个中部备用索(4)在中部撑杆(2)的端部连接。

6.根据权利要求1、2、3或4所述的增设备用索的张弦桁架结构，其特征在于，所述上部桁架(1)下方的各中部备用索(4)互不连接。