CN101158179A - 张弦空间结构钢索撑杆端部节点万向转动铰接装置 - Google Patents

Abstract

一种张弦空间结构钢索撑杆端部节点万向转动铰接装置，钢撑杆的下端与球面铰固定连接，球面铰的颈部收缩，肩板与钢撑杆下端焊接；球面铰的顶面形状呈球面，并与上夹板的圆弧形凹面匹配，球面铰的颈部卡在颈部卡板的卡口内，卡口的直径大于球面铰颈部的直径，颈部卡板与上夹板之间有大于球面铰直径的铰头活动凹槽，颈部卡板与上夹板由高强螺栓连接，上夹板在另一面开有通长的1－2个钢索槽，钢索槽内置有横向预应力钢索，上夹板与开有通长钢索槽的中夹板和下夹板由长螺栓连接，中夹板和下夹板之间置有1－2道纵向预应力钢索。解决了撑杆端部节点万向转动连接的问题，可适用于双向、多向大跨度张弦空间结构。

Description

张弦空间结构钢索撑杆端部节点万向转动铰接装置

(一)技术领域

本发明涉及一种张弦空间结构建筑钢撑杆上下端部的节点夹具，特别是大跨度张弦空间结构建筑钢撑杆上下端部的节点夹具。

(二)背景技术

张弦结构是一种预应力钢结构的建筑形式，预应力钢索被夹具一一定位于撑杆端部，并通过撑杆传递到主结构上。在已有技术中，单向张弦结构的节点夹具仅需满足单向转动即可，所以，一般节点夹具由夹持在钢撑杆端部的上下夹板组成，一般索夹装置由带圆弧凹槽的上夹板和下夹板直接夹持钢索而成。但在双向张弦结构中，这种可单向转动的索夹装置就不能满足需要。目前在国内外已有较小跨度的双向张弦结构建成的工程实例，但由于跨度小，对节点的受力及变形转动要求相对较低，因此撑杆上下节点多采用简单构造处理或类似单向张弦结构的节点构造，这种处理方式不适用于大跨度空间结构。对于大跨度双向张弦结构，其撑杆的上、下节点受力及变形均较大，必须采用均符合理论计算分析模型、同时又便于施工安装的构造处理，才能保证结构安全。因此，必须研究一种可万向转动的铰接装置。

(三)发明内容

本发明的目的是提供一种钢结构万向转动球铰节点夹具，要解决大跨度双向张弦结构钢撑杆上下端节点可万向转动连接的问题，并要解决大跨度双向张弦结构钢索与撑杆节点可万向转动连接的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

这种张弦空间结构钢索撑杆端部节点万向转动铰接装置，包括连接于撑杆端部的夹板，其特征在于：

钢撑杆1的下端与球面铰2固定连接，球面铰2的颈部收缩，肩板10与钢撑杆1下端焊接；球面铰2的顶面形状呈球面，并与上夹板3的圆弧形凹面12匹配，球面铰2的颈部卡在颈部卡板4的卡口9内，卡口9的直径大于球面铰颈部的直径，颈部卡板4与上夹板之间有大于球面铰直径的铰头活动凹槽8，颈部卡板4与上夹板3由高强螺栓11连接，上夹板3在另一面开有通长的1-2个钢索槽15，钢索槽内置有横向预应力钢索14，上夹板与开有通长钢索槽的中夹板16和下夹板17由长螺栓18连接，中夹板和下夹板之间置有1-2道纵向预应力钢索13。

上述钢撑杆1的上端与球面铰2固定连接，球面铰2的颈部收缩，肩板10与钢撑杆1上端焊接；球面铰2的顶面形状呈球面，并与盖板22的圆弧形凹面12匹配，球面铰2的颈部卡在颈部卡板4的卡口9内，卡口9的直径大于球面铰颈部的直径，颈部卡板4与盖板22之间有铰头活动凹槽8，颈部卡板4与盖板22由高强螺栓11连接。

上述纵向预应力钢索13和横向预应力钢索14被夹持在球形夹20中，球形夹20由两个中心有半圆弧凹槽201的半球组合连接，半圆弧凹槽的直径不大于钢索的直径，两半球由对穿螺栓203固定连接，球形夹20的表面开有相应的螺母卧槽202；上述钢索槽15的槽宽等于钢索的直径、槽深大于钢索的半径，钢索槽15的中段扩大成球形夹槽21，球形夹20正好置于球形夹槽21中。

上述盖板的边沿可有一圈凸缘6，该凸缘与颈部卡板外边的包边凹槽7相配合。

上述盖板22的圆弧形凹面102衬有聚四氟乙烯层。

上述铰头活动凹槽8位于颈部卡板的卡口周围，铰头活动凹槽8的内角可为直角或圆角。

上述颈部卡板可为整体形或左右对称两卡板的拼接形。

上述中夹板16可为省略或为两个以上。

上述上夹板与中夹板之间可垫有垫板19，中夹板与下夹板之间也可垫有垫板19。

上述球形夹20可由两个或四个对穿螺栓固定连接。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本发明构思巧妙，结构简单，整体性好、刚度大，使撑杆上、下端节点均满足受力及空间万向转动的要求，使钢撑杆和所夹持的钢索可实现万向转动，转动幅度大，能承受较大的压力和拉力；本发明承载能力高，空间受力合理，结构安全性高，受力及变形能力均符合理论计算分析模型；本发明标准化程度高，便于加工制作和施工安装，各方向钢索可分层就位，且层次分明。可适用于双向、多向张弦空间结构建筑中撑杆与钢索连接的上下节点，包括大跨度双向张弦拱结构、张弦梁桁架结构撑杆与钢索的连接。本发明既可应用于钢索撑杆的上节点，也可应用于钢索撑杆的下节点。

(四)附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明实施例一撑杆下端双向预应力钢索万向转动铰接装置的结构示意图。

图2是本发明实施例一节点转动时的示意图。

图3是本发明实施例二撑杆下端单向预应力钢索万向转动铰接装置的结构示意图。

图4是本发明实施例二节点转动时的示意图。

图5是本发明实施例三撑杆上端节点的结构示意图。

图6是本发明实施例三的立体结构示意图。

图7是本发明实施例四撑杆上端节点的结构示意图。

图8是本发明实施例五撑杆下端双向预应力钢索万向转动铰接装置的分解结构示意图。

图9是本发明实施例六撑杆下端双向预应力钢索万向转动铰接装置的分解结构示意图。

图10是本发明实施例六节点扣合连接后的示意图。

图11是球形夹的结构示意图。

图12是球形夹与钢索的连接示意图。

图13是本发明实施例七撑杆下端单向预应力钢索万向转动铰接装置的分解结构示意图。

图14是本发明实施例七节点扣合连接后的示意图。

附图标记：1-钢撑杆、2-球面铰、3-上夹板、4-颈部卡板、5-颈部、6-外凸缘、7-包边凹槽、8-铰头活动凹槽、9-卡口、10-肩板、11-高强螺栓、12-圆弧形凹面、13-纵向预应力钢索、14-横向预应力钢索、15-钢索槽、16-中夹板、17-下夹板、18-长螺栓、19-垫板、20-球形夹、201-半圆弧凹槽、202-螺母卧槽、203-对穿螺栓、21-球形夹槽、22-盖板。

(五)具体实施方式

实施例一参见图1、2所示，钢撑杆1的下端与球面铰2固定连接，球面铰2的颈部收缩，肩板10与钢撑杆1下端焊接；球面铰2的顶面形状呈球面，并与上夹板3的圆弧形凹面12匹配，为减少接触面的相对摩擦系数，上述上夹板3的圆弧形凹面12衬有聚四氟乙烯层。球面铰2的颈部卡在颈部卡板4的卡口9内，卡口9的直径大于球面铰颈部的直径，颈部卡板4与上夹板之间有大于球面铰直径的铰头活动凹槽8，其中的间隙可以更好地保证撑杆的球面铰在夹具中万向转动。颈部卡板4与上夹板3由高强螺栓11连接，上夹板3在另一面开有通长的1-2个钢索槽15，钢索槽内置有横向预应力钢索14，上夹板与开有通长钢索槽的中夹板16和下夹板17由长螺栓18连接，中夹板和下夹板之间置有1-2道纵向预应力钢索13。中夹板16也可以为两个以上，形成多向预应力钢索空间结构。

实施例二参见图3、4所示，与实施例一不同的是省略了中夹板，预应力索为单向。

实施例三参见图5、6所示，与实施例一不同的是钢撑杆1的上端节点也为万向转动节点。钢撑杆1的上端与球面铰2固定连接，球面铰2的颈部收缩，肩板10与钢撑杆1上端焊接；球面铰2的顶面形状呈球面，并与盖板22的圆弧形凹面12匹配，为减少接触面的相对摩擦系数，上述盖板22的圆弧形凹面12衬有聚四氟乙烯层。球面铰2的颈部卡在颈部卡板4的卡口9内，卡口9的直径大于球面铰颈部的直径，颈部卡板4与盖板22之间有铰头活动凹槽8，颈部卡板4与盖板22由高强螺栓11连接。

实施例四参见图7所示，与实施例三不同的是，上述盖板的边沿有一圈凸缘6，该凸缘与颈部卡板外边的包边凹槽7相配合。上述铰头活动凹槽8位于颈部卡板4的卡口9周围，铰头活动凹槽8的内角为直角或圆角。上述颈部卡板4为整体形或左右对称两卡板的拼接形。

实施例五参见图8、11、12所示，与上述实施例不同的是，上述纵向预应力钢索13和横向预应力钢索14被夹持在球形夹20中，球形夹20由两个中心有半圆弧凹槽201的半球组合连接，半圆弧凹槽的直径不大于钢索的直径，两半球由对穿螺栓203固定连接，球形夹20的表面开有相应的螺母卧槽202，上述球形夹20由两个或四个对穿螺栓固定连接。上述钢索槽15的槽宽等于钢索的直径、槽深大于钢索的半径，钢索槽15的中段扩大成球形夹槽21，球形夹20正好置于球形夹槽21中。球形夹的尺寸由钢索直径和节点受力决定，上、中、下夹板的尺寸由球直径和节点的受力及变形要求决定。安装时最好自上而下，先连接上夹板与撑杆，然后安装球形夹和第一层钢索，再依次安装中夹板、第二层钢索和下夹板。此类节点的外观特点为夹板方向由撑杆方向控制，若撑杆垂直与地面，则夹板可平行于地面。

上夹板与中夹板之间垫有垫板19，中夹板与下夹板之间垫有用铅、橡胶或其它类似材料制作的垫板19。中夹板16也可以为两个以上，形成多向预应力钢索空间结构。

实施例六参见图9、10所示，与实施例五不同的是无垫板19。

实施例七参见图13、14所示，与实施例六不同的是上述中夹板16为省略，形成单向预应力钢索空间结构。

Claims (10)

1.一种张弦空间结构钢索撑杆端部节点万向转动铰接装置，包括连接于撑杆端部的夹板，其特征在于：

钢撑杆(1)的下端与球面铰(2)固定连接，球面铰(2)的颈部收缩，肩板(10)与钢撑杆(1)下端焊接；球面铰(2)的顶面形状呈球面，并与上夹板(3)的圆弧形凹面(12)匹配，球面铰(2)的颈部卡在颈部卡板(4)的卡口(9)内，卡口(9)的直径大于球面铰颈部的直径，颈部卡板(4)与上夹板之间有大于球面铰直径的铰头活动凹槽(8)，颈部卡板(4)与上夹板(3)由高强螺栓(11)连接，上夹板(3)在另一面开有通长的1-2个钢索槽(15)，钢索槽内置有横向预应力钢索(14)，上夹板与开有通长钢索槽的中夹板(16)和下夹板(17)由长螺栓(18)连接，中夹板和下夹板之间置有1-2道纵向预应力钢索(13)。

2.根据权利要求1所述的张弦空间结构钢索撑杆端部节点万向转动铰接装置，其特征在于：上述钢撑杆(1)的上端与球面铰(2)固定连接，球面铰(2)的颈部收缩，肩板(10)与钢撑杆(1)上端焊接；球面铰(2)的顶面形状呈球面，并与盖板(22)的圆弧形凹面(12)匹配，球面铰(2)的颈部卡在颈部卡板(4)的卡口(9)内，卡口(9)的直径大于球面铰颈部的直径，颈部卡板(4)与盖板(22)之间有铰头活动凹槽(8)，颈部卡板(4)与盖板(22)由高强螺栓(11)连接。

3.根据权利要求1或2所述的张弦空间结构钢索撑杆端部节点万向转动铰接装置，其特征在于：上述纵向预应力钢索(13)和横向预应力钢索(14)被夹持在球形夹(20)中，球形夹(20)由两个中心有半圆弧凹槽(201)的半球组合连接，半圆弧凹槽的直径不大于钢索的直径，两半球由对穿螺栓(203)固定连接，球形夹(20)的表面开有相应的螺母卧槽(202)；上述钢索槽(15)的槽宽等于钢索的直径、槽深大于钢索的半径，钢索槽(15)的中段扩大成球形夹槽(21)，球形夹正好置于球形夹槽(21)中。

4.根据权利要求2所述的张弦空间结构钢索撑杆端部节点万向转动铰接装置，其特征在于：上述盖板(22)的边沿有一圈凸缘(6)，该凸缘与颈部卡板外边的包边凹槽(7)相配合。

5.根据权利要求2所述的张弦空间结构钢索撑杆端部节点万向转动铰接装置，其特征在于：上述盖板(22)的圆弧形凹面(12)衬有聚四氟乙烯层。

6.根据权利要求3所述的张弦空间结构钢索撑杆端部节点万向转动铰接装置，其特征在于：上述铰头活动凹槽(8)位于颈部卡板(4)的卡口(9)周围，铰头活动凹槽(8)的内角为直角或圆角。

7.根据权利要求3所述的张弦空间结构钢索撑杆端部节点万向转动铰接装置，其特征在于：上述颈部卡板为整体形或左右对称两卡板的拼接形。

8.根据权利要求3所述的张弦空间结构钢索撑杆端部节点万向转动铰接装置，其特征在于：上述中夹板(16)为省略或为两个以上。

9.根据权利要求3所述的张弦空间结构钢索撑杆端部节点万向转动铰接装置，其特征在于：上述上夹板与中夹板之间垫有垫板(19)，中夹板与下夹板之间垫有垫板(19)。

10.根据权利要求3所述的张弦空间结构钢索撑杆端部节点万向转动铰接装置，其特征在于：上述球形夹(20)由两个或四个对穿螺栓固定连接。

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