CN101319519B - 一种适用于张弦桁架双索张拉的铸钢节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于张弦桁架双索张拉的铸钢节点。它包括主桁架腹杆、主桁架下弦杆、双拉索、柱帽杆、铸钢节点、垫板、锚环、张拉端，铸钢节点是由一个圆台的下面被球面所切，所切的部份球面再被平面所切而形成，其圆台上面和圆台的所切的部份球面上分别设有主桁架下弦杆，并保持轴线与圆台的轴心线重合，铸钢节点的圆台侧面设有多个主桁架腹杆，铸钢节点的所切的部份球面上还设有柱帽杆，铸钢节点的圆台的所切部份球面的再切平面上设有垫板，垫板上有两个锚环，在两个锚环上分别设有张拉端，两张拉端内固定有双拉索，并分别从圆台侧面穿出。本发明的各个面与线均保持圆滑状态，有效的避免了应力集中问题。刚度大，变形小，预应力损失小。

Description

一种适用于张弦桁架双索张拉的铸钢节点

技术领域

本发明涉及预应力张拉的铸钢节点，尤其涉及一种适用于张弦桁架双索张拉的铸钢节点。

背景技术

张弦桁架结构是我国大跨度建筑结构中新兴的一种结构形式，是近十余年发展起来的一种大跨度预应力空间结构体系，这种结构由三类基本构件组成，即可以承受压力的上弦刚性构件、下弦的高强度拉索以及连接两者的撑杆。该结构的基本受力特性是通过张拉下弦高强度拉索使得撑杆产生向上的分力，导致上弦桁架产生与外荷载作用下相反的内力的变位，从而降低上弦构件的内力减小结构的变形。从结构受力特点来看，由于张弦桁架结构的下弦采用高强度拉索，其不仅可以承受结构在荷载作用下的拉力，而且可以适当的对结构施加预应力以改善结构的受力性能，从而提高结构的跨越能力。目前主要在大型公共和工业建筑中使用，例如机场，展览馆，火车站等等。

张弦桁架结构由其特殊的组成构件，可以将其主要连接节点分为：支座节点、撑杆与下弦拉索节点以及撑杆与上弦构件节点。拉索的预应力一般施加在支座节点上，但对于一些拉索与支座不相连的张弦桁架结构，便使用到本发明所涉及的铸钢节点。近年来铸钢节点在国内外钢结构建筑中的应用日益普及，建筑设计师在钢结构设计中也都希望采用铸钢节点，以充分表达自己的建筑思想，设计出有鲜明特色的标志性建筑。与此同时由于张弦桁架是自平衡体系，所以在使用时要进行高强度拉索的预应力张拉，这一特点也对索的张拉端与固定端提出了更高的要求。对于跨度较大的张弦桁架结构，由于张拉节点处受力大，杆件多，构造复杂，因此较多地采用铸钢节点以保证节点的空间角度和尺寸的精度，免去了相贯线切割和复杂的焊接工序，也避免产生复杂的焊接温度应力。同时由于铸钢节点的刚度大，在对索进行张拉时能有效的减小变形，避免预应力的大量损失。

目前，大跨度单根拉索的张弦桁架铸钢节点已经得到广泛应用，并经受了实际工程的检验，例如广州国际会展中心以及上海浦东国际机场的张弦梁结构中均采用了单根拉索的铸钢节点。而实际工程中对空间尺寸以及张拉端要求更高的双索张弦桁架的铸钢节点，则应用很少。因此对适用于双索张拉的铸钢节点进行设计有着重大意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种适用于张弦桁架双索张拉的铸钢节点。

它包括主桁架腹杆、主桁架下弦杆、双拉索、柱帽杆、铸钢节点、垫板、锚环、张拉端，铸钢节点的形状是由一个圆台的下面被球面所切，所切的部份球面再被平面所切而形成的，铸钢节点的圆台上面和圆台的所切的部份球面上分别设有主桁架下弦杆，两主桁架下弦杆的轴线与圆台的轴心线重合，铸钢节点的圆台侧面设有多个主桁架腹杆，铸钢节点的所切的部份球面上还设有柱帽杆，铸钢节点的圆台的所切部份球面的再切平面上设有垫板，垫板上有两个锚环，在两个锚环上分别设有张拉端，两张拉端内固定有双拉索，并分别从圆台侧面穿出。

本发明由于用各种实体切割而成，该铸钢节点的各个面与线均保持圆滑状态，因此有效的避免了应力集中问题。由于双索中张拉预应力的要求，铸钢节点的尺寸会较大，这样刚度提高，变形减小，降低了预应力的损失。同时该铸钢件能保证与其连接的索、腹杆、下弦杆以及柱帽杆的杆件轴线能交于一点，使腹杆、下弦杆基本上保持轴向受力而不会承受较大的弯矩，受力较为合理。铸钢节点与其相连的杆件是通过焊接进行连接的，因此连接方便。

附图说明

下面结合附图对本发明作详细说明：

图1是张弦桁架结构双索铸钢节点效果图；

图2是张弦桁架结构双索铸钢节点平面、立面图；

图3(a)～(d)是张弦桁架结构双索铸钢节点安装流程图；

图4是张弦桁架结构双索铸钢节点位置示意图；

图中：主桁架腹杆1、主桁架下弦杆2、双拉索3、柱帽杆4、铸钢节点5、垫板6、锚环7、张拉端8。

具体实施方式

适用于张弦桁架结构的双索张拉的铸钢节点包括主桁架腹杆1、主桁架下弦杆2、双拉索3、柱帽杆4、铸钢节点5、垫板6、锚环7、张拉端8，铸钢节点5的形状是由一个圆台的下面被球面所切，所切的部份球面再被平面所切而形成的，铸钢节点5的圆台上面和圆台的所切的部份球面上分别设有主桁架下弦杆2，两主桁架下弦杆2的轴线与圆台的轴心线重合，铸钢节点5的圆台侧面设有多个主桁架腹杆1，铸钢节点5的所切的部份球面上还设有柱帽杆4，铸钢节点5的圆台的所切部份球面的再切平面上设有垫板6，垫板6上有两个锚环7，在两个锚环7上分别设有张拉端8，两张拉端8内固定有双拉索3，并分别从圆台侧面穿出。

在双索张拉的张弦桁架中，设计一种适用于双索的铸钢节点，满足预应力张拉水平的同时连接主桁架腹杆、下弦杆、双拉索以及柱帽杆，使双索张拉时能保持一致并且与桁架结构能够协同工作。

本发明是为了提高张拉节点空间角度和尺寸的精度，同时免去相贯线切割和复杂的焊接工序，避免产生复杂的焊接温度应力，增加节点的刚度并减小预应力损失，进而维持结构的受力性能，保证双索与桁架的协同工作，真正做到张弦桁架中双索的安全、准确张拉。

本发明在实际应用时应首先根据设计需要确定张弦桁架结构中双索的截面。由于张弦桁架结构的预应力特性，对拉索的要求较高，在选择时要充分考虑结构整体的因素，同时应该采用索的常用截面型号以使其能够标准化生产。在确定拉索的型号后，就可以查得张拉端与锚固端的锚头尺寸，以此作为铸钢节点的设计条件。由于铸钢节点与主桁架焊接之后才进行拉索的预应力张拉，因此铸钢节点的开孔大小要使索的张拉端以及锚固端能够自由穿过。在索进行预应力张拉时，对张拉端有最小空间的限制来放置张拉机械，因此双索的张拉端间距要足够，以使双索能够同时张拉。

2、实现措施及安装流程：

本发明主要应用于张弦桁架结构中双索张拉时双索张拉的铸钢节点，考虑到其功能实现的需要，其相应的实现措施与安装流程有：

1)根据张弦桁架的主桁架腹杆、下弦杆、支座处柱帽杆以及双索的截面来确定铸钢节点的大小，并在除双索的其余相接触的杆方向做一段实心铸钢件，以便与其他杆件相连。并保证所有杆件相交于一点，以避免偏心引起的不利受力状态，原始铸钢件如图3(a)所示；

2)将铸钢件与下弦杆焊接，用以固定铸钢节点，如图3(b)所示。

3)将铸钢件与主桁架腹杆相焊接，将铸钢节点与张弦桁架结合，如图3(c)所示。

4)将铸钢件与柱帽杆相焊接，将铸钢节点与支撑相结合，如图3(d)所示。

5)将双索的端部从下往上穿过铸钢件，并穿过垫板，至此铸钢件已经与张弦桁架完全结合，之后在张拉端对双索进行预应力张拉。

6)各杆件的中心线要严格定位，以避免制造误差；

7)铸钢节点中索穿过的部分要留有足够大的空间，以使带有锚固端的双索能够穿过，同时减小用钢量；

8)垫板要具有足够的尺寸，以保证双索在张拉状态及工作状态下能保持足够的强度，同时为双索的张拉提供足够的空间；

9)与铸钢节点相连的各杆件进行下料时，要充分考虑铸钢节点的大小。

Claims (1)

1.一种适用于张弦桁架结构的双索张拉的铸钢节点，其特征在于包括主桁架腹杆(1)、主桁架下弦杆(2)、双拉索(3)、柱帽杆(4)、铸钢节点(5)、垫板(6)、锚环(7)、张拉端(8)，铸钢节点(5)的形状是由一个圆台下端面被球面所切，所切的部份球面再被平面所切而形成的，铸钢节点(5)的圆台上端面和圆台的所切的部份球面上分别设有主桁架下弦杆(2)，两主桁架下弦杆(2)的轴线与圆台的轴心线重合，铸钢节点(5)的圆台侧面设有多个主桁架腹杆(1)，铸钢节点(5)的所切的部份球面上还设有柱帽杆(4)，铸钢节点(5)的圆台的所切部份球面的再切平面上设有垫板(6)，垫板(6)上有两个锚环(7)，在两个锚环(7)上分别设有张拉端(8)，两张拉端(8)内分别固定有双拉索(3)，并分别从圆台侧面穿出。

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