內凹式索拱結構的制作方法
【專利摘要】本發明是一種內凹式索拱結構，包括上弦梁、下弦拉索和撐桿，下弦拉索由若干組短拉索組成，短拉索與上弦梁處于同一平面內，每組短拉索包括兩根斜拉索，兩根斜拉索的下端連接在一起呈V型設置，兩根斜拉索的上端與上弦梁鉸接；在兩根斜拉索下端的連接點向上與上弦梁之間設有一根撐桿，撐桿設置在兩根呈V型設置的斜拉索的角平分線上，在前的一組短拉索的后一根斜拉索與在后的一組短拉索的前一根斜拉索交叉設置。本發明將傳統的長拉索去掉，代之以若干根斜拉索構成，在某一根斜拉索失效后，由于其余斜拉索與上弦梁和撐桿之間的連接關系，使得整個結構不會立刻失效，提高了抗倒塌性能，能夠防止出現連續性倒塌，消除了安全隱患。
【專利說明】內四式索拱結構
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種索拱結構，特別是一種內凹式索拱結構。
【背景技術】
[0002]目前土木工程領域大跨度鋼結構的應用越來越多。但隨著跨度增加自重急劇加大，結構面臨使用功能、設計合理性及經濟指標相互制約的矛盾。為了滿足結構的使用功能同時減少結構自重改善結構的剛度，配有拉索的預應力張弦梁越來越多的應用于大跨度鋼結構中。通過預應力拉索與撐桿的布置，大跨度鋼結構的承載力與剛度都有了很大的改善。
[0003]現有的索拱結構如圖1所示，現有的張弦梁，包括位于同一平面內的上弦梁I (或拱或桁架)、撐桿3和下弦拉索2，所述上弦梁I的兩端分別和下弦拉索2的兩端固定連接；所述撐桿3豎直布置，其上端與上弦梁I鉸接，下端通過索夾具4與下弦拉索2固定連接；張拉后的下弦拉索2形成軸對稱形式的折線，上弦梁1、撐桿3和下弦拉索2形成自平衡體系，下弦拉索2受拉，撐桿3為受壓二力桿，上弦梁I為壓彎構件。
[0004]上述結構中，下弦拉索2的預應力使結構產生反撓度，故結構在荷載作用下的最終撓度會減小，并且通過下弦拉索2的張拉力，使撐桿3產生向上的分力，導致上弦梁I產生與外荷載作用下相反的內力和變形，以形成整個張弦梁結構并提高結構剛度，撐桿3對抗彎受壓構件提供彈性支撐，改善后者的受力性能；若壓彎構件取為拱時，由下弦拉索2承受拱的水平推力，減輕拱對支座產生的負擔，故在支座處宜采取必要的暫時的或永久的構造措施，在頂應力及外荷載作用下(指自重等屋面荷載作用下)形成自平衡體系，不產生水平推力；同時，下弦拉索2的存在可以大大的減小上弦梁I的截面，提高整個結構的承載能力。這時，如果下弦拉索2在使用中出現破壞斷裂，則不能為拱支座提供水平拉力，支座可能會向兩邊移動，而且在下弦拉索2失效之后，其斷裂點附近的撐桿3的作用失效，僅靠上弦梁I承受外荷載則可能會因承載力不足而發生斷裂，隨之整個張弦梁也會失效。
[0005]如圖2所示，取任意一偏離其所在折線角的角平分線的撐桿3與拉索2的連接點作為靜力平衡研究對象，連接點受左右端拉索2的拉力Pl和P2和撐桿3對連接點的支撐力P3的作用，依據平行四邊形法則，構成平衡力系，由于角α和角β不相等，因此根據幾何知識可以知道Pl不等于Ρ2，因此在撐桿3與拉索2的連接點處索夾具4對拉索2的摩擦力F=P1-P2 Φ O。顯而易見，拉索2若在索夾具4處保持平衡，索夾具4對拉索2的摩擦力F是必須的；反過來說，若索夾具4不能對拉索2提供足夠的摩擦力，拉索2就不能與之保持相對靜止，或者說撐桿3就不能保持平衡，就會向拉索2拉力小的方向滑動，導致拉索2松弛，直至索夾具4兩側的拉索2的拉力差值與索夾具4提供給拉索2的摩擦力相等為止。
[0006]由于一般情況下,拉索2表面存在一層或多層PE防護層,該防護層相對于鋼材是化學不穩定的，因此即便施工時索夾具4和拉索2間的摩擦力足夠大，也只能夠在一定時間內使撐桿3保持豎直，甚至即使當時做了摩擦力試驗，達到要求，由于PE的化學不穩定性，會很快發生化學變化(如化學分解、老化)，從而發生拉索在撐桿3與拉索2的連接點處滑移而導致拉索2變松弛，進而產生結構安全隱患。
【發明內容】
[0007]本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種設計合理，在使用中能夠避免出現整個弦梁直接失效或出現拉索松弛現象的內凹式索拱結構。
[0008]本發明所要解決的技術問題是通過以下的技術方案來實現的,一種內凹式索拱結構，包括上弦梁、設在上弦梁下方的下弦拉索以及設在上弦梁和下弦拉索之間的若干根撐桿，其特點是:所述的下弦拉索由若干組短拉索組成，短拉索與上弦梁處于同一平面內，每組短拉索包括兩根斜拉索，兩根斜拉索的下端連接在一起、呈V型設置，兩根斜拉索的上端與上弦梁鉸接；在兩根斜拉索下端的連接點向上與上弦梁之間設有一根撐桿，撐桿設置在兩根呈V型設置的斜拉索的角平分線上，所述撐桿的上端與上弦梁鉸接，撐桿的下端通過索夾具與兩根斜拉索下端的連接點相接；所述的在前的一組短拉索的后一根斜拉索與在后的一組短拉索的前一根斜拉索交叉設置。
[0009]本發明所要解決的技術問題還可以通過以下的技術方案來進一步實現，所述的內凹式索拱結構，其特點是:所述的兩根斜拉索設置為一體，索夾具設在V型折點處。
[0010]本發明所要解決的技術問題還可以通過以下的技術方案來進一步實現，所述的內凹式索拱結構，其特點是:所述的索夾具包括上下兩塊夾板，上下兩塊夾板之間設有固定螺栓，在上夾板的中部設有與撐桿配合的連接耳。
[0011]本發明所要解決的技術問題還可以通過以下的技術方案來進一步實現，所述的內凹式索拱結構，其特點是:所述的索夾具包括設在兩根斜拉索之間的連接板，連接板的兩端分別設有與斜拉索配合的連接孔，在連接板的中部設有與撐桿配合的連接耳。
[0012]本發明所要解決的技術問題還可以通過以下的技術方案來進一步實現，所述的內凹式索拱結構，其特點是:所述的在前的一組短拉索的后一根斜拉索的上端與在后一組短拉索撐桿的上端同時與上弦梁鉸接；在前的一組短拉索撐桿的上端與在后一組短拉索的在前一根斜拉索的上端同時與上弦梁鉸接。
[0013]與現有技術相比，本發明將傳統張弦梁的長拉索去掉，代之以若干根斜拉索構成，在某一根斜拉索失效后，由于其余斜拉索與上弦梁和撐桿之間的連接關系，使得整個結構不會立刻失效，提高了抗倒塌性能，能夠防止出現連續性倒塌，消除了安全隱患。同時，斜拉索在撐桿與斜拉索的連接點處的兩側內力平衡，使索夾具與斜拉索之間不存在摩擦力，從而索夾具與斜拉索之間不會發生相對滑動，因此可以避免短拉索松弛，消除安全隱患。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為現有技術的結構示意圖；
圖2為圖1中任一撐桿與斜拉索連接點的受力分析圖；
圖3為本發明的一種結構示意圖；
圖4為圖3中任一撐桿與斜拉索連接點的受力分析圖；
圖5為索夾具的一種結構意圖；
圖6為索夾具的另一種結構意圖。
【具體實施方式】[0015]參考圖3，一種內凹式索拱結構，包括上弦梁5、設在上弦梁5下方的下弦拉索以及設在上弦梁5和下弦拉索之間的若干根撐桿6，上弦梁5還可以為拱或桁架，所述的下弦拉索由若干組短拉索組成,短拉索與上弦梁處于同一平面內，每組短拉索包括兩根斜拉索7，兩根斜拉索7的下端連接在一起、呈V型設置，兩根斜拉索7的上端與上弦梁5鉸接；在兩根斜拉索7下端的連接點向上與上弦梁5之間設有一根撐桿6，撐桿6設置在兩根呈V型設置的斜拉索7的角平分線上。所述撐桿6的上端與上弦梁5鉸接，撐桿6的下端通過索夾具8與兩根斜拉索7下端的連接點相接；所述的在前的一組短拉索的后一根斜拉索7與在后的一組短拉索的前一根斜拉索7交叉設置。
[0016]所述的兩根斜拉索7設置為一體，索夾具8設在V型折點處。如圖5所示，此時索夾具8的結構為:包括上下兩塊夾板9、10，上下兩塊夾板9、10之間設有固定螺栓，在上夾板9的中部設有與撐桿6配合的連接耳11。安裝時，上下兩塊夾板9、10將斜拉索7夾在其中間，然后用固定螺栓將上下兩塊夾板9、10固定緊，撐桿6的底部用螺栓固定在索夾具8的連接耳11上即可。
[0017]當短拉索由兩根斜拉索7組成的V型結構時，如圖6所示，此時索夾具8的結構為:包括設在兩根斜拉索7之間的連接板12，連接板12的兩端分別設有與斜拉索7配合的連接孔，在連接板12的中部設有與撐桿6配合的連接耳13。安裝時，兩根斜拉索7的兩底端分別通過螺栓固定在連接板12兩端的連接孔中，而撐桿6的底部用螺栓固定在索夾具8的連接耳13上，即安裝完畢。
[0018]上弦梁5為壓彎構件，上弦梁5、撐桿6和斜拉索7形成自平衡體系，斜拉索7受拉，撐桿6為受壓二力桿。
[0019]如圖4所示，取任一組短拉索的兩根斜拉索7與相連的撐桿6的連接點作為靜力平衡研究對象，連接點受左右端斜拉索7的拉力Pl和P2和撐桿6對連接點的支撐力P3的作用，依據平行四邊形法則構成平衡力系，由于角α和角β相等，因此可以知道Ρ1=Ρ2，即斜拉索7的內力在其長度內基本是個定值，斜拉索7在撐桿6與斜拉索7的連接點處的兩側內力平衡，使撐桿6不依靠與斜拉索7間的摩擦力而自然處于二力平衡狀態，撐桿6不會相對于斜拉索7滑動，從而避免短拉索松弛。
[0020]所述每組短拉索的斜拉索7可以直接鉸接在上弦梁5上，也可以是如下結構:所述的在前的一組短拉索的后一根斜拉索7的上端與在后一組短拉索撐桿6的上端同時與上弦梁5鉸接；在前的一組短拉索撐桿6的上端與在后一組短拉索的在前一根斜拉索7的上端同時與上弦梁5鉸接，這樣可以增加整個索拱的強度。
[0021]實施程序:首先在上弦梁5上確定每一根撐桿6的位置和高度，撐桿6的方向指向上弦梁5所在圓的圓心，之后再將斜拉索拉在上弦梁5上撐桿6的位置與撐桿6的末端之間即可。
[0022]安裝各斜拉索7和撐桿6時，將索夾具8牢牢固定在各斜拉索7相應標定位置上。通過張拉、安裝等施工過程及各種荷載施加后，撐桿6與各斜拉索7便處在設計期望的狀態(所有構件的位置均同現有技術下的張弦梁的各構件位置相同)。在這種處理方式的基礎上，采取有效措施盡量增大各斜拉索7與索夾具8間的摩擦系數，作為安全儲備，以使張弦梁中的各短拉索始終處于穩定狀態。
[0023]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出:對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種內凹式索拱結構，包括上弦梁、設在上弦梁下方的下弦拉索以及設在上弦梁和下弦拉索之間的若干根撐桿，其特征在于:所述的下弦拉索由若干組短拉索組成，短拉索與上弦梁處于同一平面內，每組短拉索包括兩根斜拉索，兩根斜拉索的下端連接在一起、呈V型設置，兩根斜拉索的上端與上弦梁鉸接；在兩根斜拉索下端的連接點向上與上弦梁之間設有一根撐桿，撐桿設置在兩根呈V型設置的斜拉索的角平分線上，所述撐桿的上端與上弦梁鉸接，撐桿的下端通過索夾具與兩根斜拉索下端的連接點相接；所述的在前的一組短拉索的后一根斜拉索與在后的一組短拉索的前一根斜拉索交叉設置。
2.根據權利要求1所述的內凹式索拱結構，其特征在于:所述的兩根斜拉索設置為一體，索夾具設在V型折點處。
3.根據權利要求2所述的內凹式索拱結構，其特征在于:所述的索夾具包括上下兩塊夾板，上下兩塊夾板之間設有固定螺栓，在上夾板的中部設有與撐桿配合的連接耳。
4.根據權利要求1所述的內凹式索拱結構，其特征在于:所述的索夾具包括設在兩根斜拉索之間的連接板，連接板的兩端分別設有與斜拉索配合的連接孔，在連接板的中部設有與撐桿配合的連接耳。
5.根據權利要求1所述的內凹式索拱結構，其特征在于:所述的在前的一組短拉索的后一根斜拉索的上端與在后一組短拉索撐桿的上端同時與上弦梁鉸接；在前的一組短拉索撐桿的上端與在后一組短拉索的在前一根斜拉索的上端同時與上弦梁鉸接。
【文檔編號】E04B1/34GK103993661SQ201410110471
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年3月24日 優先權日:2014年3月24日
【發明者】宗鐘凌, 呂鳳偉 申請人:淮海工學院