專利名稱：一種張弦懸臂梁結構及其應用和施工方法
技術領域：
本發明涉及建筑鋼結構領域，特別是一種能'用于大型體育場挑蓬結構的張 弦懸臂梁結構及其應用和施工方法。
背景技術：
鋼梁是鋼結構工程中最重要的承力構件之一，由于梁的剛度與跨度的三次 方成正比，因此有效提高大跨度梁的剛度何承載能力一直是人們研究的重要問
題之一。張弦梁結構是由日本大學M.Saitoh教授在二十世紀八十年代初首先提 出的，當時的描述為"用撐桿連接抗彎受壓構件和抗拉構件而形成的自平衡體 系"。自從M.Saitoh教授提出張弦梁結構這一新型雜交空間結構形式以來，得到
了不少應用。我國的上海浦東國際機場、廣州國際會展中心等工程采用了張弦 梁結構。
M. Saitoh教授所提出的張弦梁結構是在簡支梁的基礎上施加預應力和壓桿 而得到的，必須提供雙邊支承。對于大型體育場挑蓬結構，兩邊都是簡支邊是 不行的，因為一側的支承柱會阻擋觀眾視線。所以，目前對大型體育場挑蓬結 構還沒有一種理想的張弦梁結構。
發明內容
本發明的目的是為了解決上述技術的不足而提供一種具有良好的受力性 能，能充分發揮材料的強度、特別適用于構建大型體育場挑蓬結構的一種張弦 懸臂梁結構及其應用和施工方法。
為了達到上述目的，本發明所設計的一種張弦懸臂梁結構，它包括懸臂梁 和壓桿，懸臂梁上設有上弦索和豎桿，在懸臂梁下部設有穩定索，由此構成單 榀張弦懸臂梁結構。懸臂梁的端部設有支座，懸臂梁的端部與支座是鉸支座連 接。
本發明提供的一種張弦懸臂梁結構，可將單榀張弦懸臂梁沿環向陣列，并 用環梁相連，構成挑蓬結構。
將上述張弦懸臂梁結構應用于體育場挑蓬結構中。當用于建造由多榀張弦 懸臂梁組成的挑蓬結構時，所述的一種張弦懸臂梁結構的施工方法，是首先將懸臂梁、豎桿、壓桿及上弦索按照成形后的尺寸制作并安裝就位；之后用環向 構件環梁將各榀張弦懸臂梁結構連接在一起形成整體；最后，安裝穩定索并施 加預應力至確定的設計拉力值。
當結構承受向下荷載時，拉索承受拉力，壓桿承受壓力，共同作用抵抗懸 臂端彎矩，索中的拉力由連續的索傳給基礎，傳力路徑如圖5所示。與懸臂梁 相比，當懸臂梁上受向下lkN/m的線荷載時，分析可得張弦懸臂梁中懸臂端承 受的彎矩僅為懸臂梁的1/10;荷載產生的彎矩約、90%轉化為拉索拉力與壓桿壓 力，明顯改善了結構的受力性能，充分發揮材料的強度。當受到向上的風荷載 吸力時，懸臂梁端部的彎矩近80%轉化為穩定索的拉力，同樣達到了充分發揮 不同構件優勢的目的，改善了結構的受力性能，其傳力路徑如圖6所示。
懸臂梁的端部與支座是鉸支座連接，當結構受到地震、臺風、爆炸等偶遇 荷載時，結構會在鉸支座處轉動，可將偶遇荷載的能量傳遞和轉化，大大減輕 這些荷載對結構的沖擊破壞，實現結構的自我保護。
與背景技術相比，本發明所提出的張弦懸臂梁結構具有以下優點
(1) .可實現一端約束，這樣可用于體育場挑蓬結構中。
(2) .構件以承受軸力為主，充分發揮材料的強度；
(3) .結構具有自我調節，自我保護的功能。
圖l張弦懸臂梁結構示意圖2由張弦懸臂梁結構構成的體育場挑蓬結構示意圖3受向下荷載時結構的傳力路徑示意圖4受向上荷載時結構的傳力路徑示意圖5上弦索與豎桿或壓桿連接節點圖6是圖5的側視圖7后索與地錨連接節點圖8是圖7的側視圖。
其中上弦索l、豎桿2、壓桿3、穩定索4、懸臂梁5、支座6、單榀 張弦懸臂梁結構7、環梁8、后索9、雙層PE'防腐鋼絲10、索長調節裝置 11、預埋連接件12。
具體實施例方式
下面通過實施例結合附圖對本發明作進一步的描述。 實施例1
如圖1所示，本實施例提供的一種張弦懸臂梁結構，它包括懸臂梁5和壓 桿3，懸臂梁5上設有上弦索1和豎桿2，在懸臂梁5下部設有穩定索4，由此 構成單榀張弦懸臂梁結構7。懸臂梁5的端部設有支座6，懸臂梁5的端部與支 座6是鉸支座連接。
實施例2
本實施例提供的一種張弦懸臂梁結構是一種預應力結構，需要靠上弦索1 和穩定索4的預應力達到最后的成形狀態。因此，如圖2所示，結合該結構的 具體特點可將單榀張弦懸臂梁7沿環向陣列，并用環梁8相連，構成挑蓬結構。 將上述張弦懸臂梁結構應用于體育場挑蓬結構中。用于建造由多榀張弦懸臂梁 組成的挑蓬結構時，所述的一種張弦懸臂梁結構的施工方法，是首先將懸臂梁 5、豎桿2、壓桿3及上弦索1按照成形后的尺寸制作并安裝就位；之后用環向 構件環梁8將各榀張弦懸臂梁結構7連接在一起形成整體；最后，安裝穩定索 4并施加預應力至確定的設計拉力值。這種施工方法通過對穩定施加預應力使 結構獲得剛度，故稱為張拉穩定索的施工方法。
由張弦懸臂梁構成的體育場挑蓬結構在預應力索的張拉下協同工作，受力 更加合理，材料強度得以充分發揮。通過對結構進行幾何非線性分析，共計分 析了滿跨及半跨時向下均載、向上均載時結構的非線性穩定性。表明結構在 承受向下荷載時，在荷載不大的情況下結構呈現出線性的受力特征，當荷載增 大到一定程度后，結構的剛度退化，位移增大非常明顯，屬于延性破壞。
結構在向上荷載作用下，由于穩定索的張力效應，使得結構表現出極佳的 承載能力，在荷載增大到10kN/m的情況下，結構仍然保持良好的線性。此時上 弦索處于卸載階段，但是由于初始預應力的存在索并未退出工作。
結構在半跨荷載作用下，其極限荷載與均布情況下沒有明顯區別，說明結 構具有良好的抵抗不對稱荷載能力。
實施例3
圖5、圖6是上弦索1與豎桿2或壓桿3連接節點圖，如圖7所示，本實 施例描述的是解決索與桿、索與索連接節點，考慮到施工過程中可使拉索多次 張拉調節，本發明采用雙層PE防腐鋼絲IO。節點采用熱鑄錨與冷鑄錨相結合， 同時索中設置索長調節裝置11，可調節拉索的張拉值，該索長調節裝置11是 調節索長的鋼套筒。其主要節點形式如圖5、圖6、圖7、圖8所示。圖7、圖 8是后索9與地錨連接節點圖；穩定索4與懸臂梁5或柱連接時，先在梁或柱 內預埋連接件12，之后節點連接形式與圖8基本相同。
本發明的結構形式容易構建，傳力路徑明確，用鋼量經濟，整體力學性能
好，在偶遇荷載作用下結構具有自調解和自適應能力，施工方法簡單易行，因
此該結構是切實可行的優秀結構。
權利要求
1.一種張弦懸臂梁結構，它包括懸臂梁(5)和壓桿(3)其特征在于懸臂梁(5)上設有上弦索(1)和豎桿(2)，在懸臂梁(5)下部設有穩定索(4)，由此構成單榀張弦懸臂梁結構(7)。
2，根據權利要求1所述的一種張弦懸臂梁結構，其特征在于懸臂梁(5)的端 部設有支座(6)，懸臂梁(5)的端部與支座(6)是鉸支座連接。
3. 根據權利要求1或2所述的一種張弦懸臂梁結構，其特征在于將單榀張弦懸 臂梁(7)沿巧向陣列，并用環梁(8)相連，構成挑蓬結構。
4. 一種上述張弦懸臂梁結構的應用，其特征是應用于體育場挑蓬結構中。
5. 根據權利要求3所述的一種張弦懸臂梁結構的施工方法，其特征是首先將懸 臂梁(5)、豎桿(2)、壓桿(3)及上弦索(1)按照成形后的尺寸制作并安裝 就位；之后用環向構件環梁(8)將各榀張弦懸臂梁結構(7)連接在一起形成 整體；最后，安裝穩定索(4)并施加預應力至確定的設計拉力值。
全文摘要
本發明公開了一種張弦懸臂梁結構及其應用和施工方法，它包括懸臂梁和壓桿，懸臂梁上設有上弦索和豎桿，在懸臂梁下部設有穩定索，由此構成單榀張弦懸臂梁結構。懸臂梁的端部設有支座，懸臂梁的端部與支座是鉸支座連接。本發明提供的一種張弦懸臂梁結構，可將單榀張弦懸臂梁沿環向陣列，并用環梁相連，構成挑蓬結構。將上述張弦懸臂梁結構應用于體育場挑蓬結構中。本發明所提供的張弦懸臂梁結構具有以下優點可實現一端約束，這樣可用于體育場挑蓬結構中；構件以承受軸力為主，充分發揮材料的強度；結構具有自我調節，自我保護的功能。
文檔編號E04B1/342GK101200917SQ200710306989
公開日2008年6月18日 申請日期2007年12月29日 優先權日2007年12月29日
發明者杜文風, 金義勇, 鐘國義 申請人:浙江八達建設集團有限公司