CN101196015A - 张弦梁 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种张弦梁，它包括：刚性梁、拉索和若干根撑杆，撑杆的上端与刚性梁相铰接，撑杆的下端通过索夹具与拉索固定连接，经张拉后的拉索的两端分别与刚性梁的两端固定连接，拉索形成轴对称形式的折线，相邻两折线形成一折线角，折线的各转折点位于同一抛物线上，各撑杆分别位于其所在折线角的角平分线上。本发明张弦梁在使用中能够避免因预应力索在索夹具处发生滑移现象而产生的拉索松驰，消除安全隐患。

Description

张弦梁
技术领域
本发明属于一种建筑结构，尤指一种张弦梁。
背景技术
目前土木工程领域大跨度钢结构的应用越来越多。但随着跨度增加自重急剧加大，结构面临使用功能、设计合理性及经济指标相互制约的矛盾。为了满足结构的使用功能同时减小结构自重改善结构的刚度，配有拉索的预应力张弦梁越来越多的应用于大跨度钢结构中。通过预应力拉索与撑杆的布置，大跨度钢结构的承载力与刚度都有了很大的改善。现有的张弦梁，它括：钢梁或钢桁架1、若干撑杆3和拉索2，其中撑杆3的上端与钢梁或钢桁架1相铰接，撑杆3垂直于钢梁或钢桁架1，而拉索2两端分别与钢梁或钢桁架1的两端固定连接，撑杆3的下端通过索夹具4与拉索2固定连接，张拉后的拉索形成轴对称形式的折线，相邻两折线形成一折线角，折线的各转折点位于同一抛物线上，因此大部分撑杆都偏离其所在折线角的角平分线，(如图3所示)，取任意一撑杆偏离其所在折线角的角平分线的撑杆与两拉索的连接点作为静力平衡研究对象，如图4所示，连接点受左右端拉索的拉力P1和P2和撑杆对连接点的支撑力P3的作用，依据平行四边形法则，构成平衡力系，由于角α与角β不相等，因此根据几何知识可以知道P1不等于P2，因此在撑杆与拉索的连接点处索夹具对拉索的摩擦力F＝P1-P2≠0。显而易见，拉索若在索夹具处保持平衡，索夹具对拉索的摩擦力F是必须的；反过来说，若索夹具不能对拉索提供足够的摩擦力，拉索就不能与之保持相对静止，或者说撑杆就不能保持平衡，就会向拉索拉力小的方向滑动，导致拉索松弛，直至索夹具两侧的拉索的拉力差值与索夹具提供给拉索的摩擦力相等为止。
由于一般情况下，拉索表面存在一层或多层PE防护层，该防护层相对于钢材是化学不稳定的，因此即便施工时索夹具和拉索间的摩擦力足够大，能够在一定时间内使撑杆保持竖直，甚至即便当时做了摩擦力试验，达到要求，由于PE的化学不稳定性，经过数年后(可能在结构的合理使用年限内)，由于其发生化学变化(如化学分解、老化)，可能发生拉索在撑杆与拉索的连接点处滑移而导致拉索变松弛，从而产生结构安全隐患(这种现象已经在早些年竣工的某些张弦结构体系工程中发生)。
发明内容
本发明的目的是提供一种在使用中能够避免拉索松驰的张弦梁。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：
一种张弦梁，它包括：刚性梁、拉索和若干根撑杆，所述撑杆的上端与所述刚性梁相铰接，所述撑杆的下端通过索夹具与所述拉索固定连接，经张拉后的所述拉索的两端分别与所述刚性梁的两端固定连接，拉索形成轴对称形式的折线，相邻两折线形成一折线角，折线的各转折点位于同一抛物线上，其特征在于，各所述撑杆分别位于其所在折线角的角平分线上。
所述刚性梁为钢梁或钢桁架。
本发明的优点是：
本发明张弦梁由于采用以上设计方案，拉索内力在整个长度内是个定值，拉索在撑杆与拉索的连接点处的两侧内力平衡，使索夹具与拉索之间不存在摩擦力，从而索夹具与拉索之间不会发生滑动，因此可以避免拉索松弛，消除安全隐患。
附图说明
图1为本发明张弦梁结构示意图
图2为本发明中任一撑杆与拉索的连接点受力分析图
图3为现有技术中的张弦梁结构示意图
图4为图3中任一撑杆与拉索的连接点受力分析图
具体实施方式
如图1所示，本发明一种张弦梁，它包括：刚性梁1、拉索2和若干根撑杆3，撑杆3的上端与刚性梁1相铰接，撑杆3的下端通过索夹具4与拉索2固定连接，经张拉后的拉索2的两端分别与刚性梁1的两端固定连接，拉索2形成轴对称形式的折线，相邻两折线形成一折线角，折线的各转折点位于同一抛物线上，其特征在于，各撑杆3分别位于其所在折线角的角平分线上。
如图2所示，取任一撑杆与相连的拉索的连接点作为静力平衡研究对象，连接点受左右端拉索的拉力P1和P2和撑杆对连接点的支撑力P3的作用，依据平衡四边形法则构成平衡力系，由于角α与角β相等，因此可以知道P1＝P2，即拉索2的内力在整个长度内基本上是个定值，拉索2在撑杆与拉索的连接点处的两侧内力平衡，使撑杆3不依靠与拉索间的摩擦力而自然处于二力平衡状态，撑杆不会相对于拉索滑动，从而避免拉索松弛。
刚性梁1为钢梁或钢桁架。
实施程序：首先利用计算机模拟使用阶段拉索形状，依据建筑或结构要求先确定拉索分段点(即撑杆与拉索的交点)，然后将拉索张拉端与各分段点相连，所得折线即拉索最终(使用阶段)的折线，为各折线所组成的夹角沿分段点作角平分线，找出各角平分线与刚性梁的交点，即为撑杆(使用阶段)与刚性梁的连接点。然后依据拉索最终(使用阶段)的内力和其变形模量找出各段拉索的弹性变形，从而推出在零应力状态下各段拉索的长度，据之在拉索上标定出与撑杆的连接点的位置。
安装拉索及固定撑杆时，将索夹具牢牢固定在拉索相应标定位置上。通过张拉、安装等施工过程及各种荷载施加后，撑杆与拉索便处在设计期望的状态(撑杆恰好位于折线角的角平分线上)。在这种布置方式的基础上，采取有效措施尽量增大拉索与索夹具间的摩擦系数，作为安全储备，以使张弦梁中的拉索始终处于稳定状态。

Claims (2)

1.一种张弦梁，它包括：刚性梁、拉索和若干根撑杆，所述撑杆的上端与所述刚性梁相铰接，所述撑杆的下端通过索夹具与所述拉索固定连接，经张拉后的所述拉索的两端分别与所述刚性梁的两端固定连接，拉索形成轴对称形式的折线，相邻两折线形成一折线角，折线的各转折点位于同一抛物线上，其特征在于，各所述撑杆分别位于其所在折线角的角平分线上。
2.根据权利要求1所述的张弦梁，其特征在于，所述刚性梁为钢梁或钢桁架。
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