CN101831953A - 一种带有中心拉环的肋环型刚性索穹顶结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有中心拉环的肋环型刚性索穹顶结构。它包括中心拉环、刚性杆件、环索、竖直撑杆、斜索以及边环梁；刚性杆件为向下弧形辐射状，多条刚性杆件一端与中心拉环等分刚接，刚性杆件由多根构件刚接相连，多条刚性杆件另一端与边环梁锚接，竖直撑杆的上端分别与中心拉环等分刚接点铰接和刚性杆件的两构件刚接点铰接，竖直撑杆的下端与斜索的一端和环索铰接，斜索的另一端与刚性杆件的两构件刚接点铰接，端部斜索与边环梁锚接，环索沿环向闭合布置。本发明结构形式简洁，受力性能优越，将原结构的脊索和中心拉环分别用刚性杆件和中心刚性拉环代替，使结构的承载力和稳定性都有较大提高，变形趋于平缓，同时结构安装方便。

Description

一种带有中心拉环的肋环型刚性索穹顶结构

技术领域

本发明涉及建筑领域，尤其涉及一种带有中心拉环的肋环型刚性索穹顶结构。

背景技术

索穹顶(Cable Dome)结构是美国工程师Geiger发展和推广Fuller张拉整体思想后实现的一种新型预张力大跨结构，它体现了Fuller关于“压力的孤岛存在于拉力的海洋中”的思想，是一种结构效率极高的全张力体系。肋环型索穹顶结构形式简洁美观、自重轻，但稳定性相对较差，容易在平面外出现失稳，且当荷载增大到一定程度时，中心部分脊索容易退出工作，使结构位移的增大速率明显加快，若要使中心部分的脊索不退出工作，必须极大地提高环索的预应力，从而导致结构的其他部分构件内力明显增加，而且当外环索预应力增加到一定值时，其效果逐渐减弱。因此，如何使肋环型索穹顶结构能承受更大的荷载并提高其稳定性是急需解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种带有中心拉环的肋环型刚性索穹顶结构。

带有中心拉环的肋环型刚性索穹顶结构包括中心拉环、刚性杆件、环索、竖直撑杆、斜索以及边环梁；刚性杆件为向下弧形幅射状，多条刚性杆件一端与中心拉环等分刚接，刚性杆件由多根构件刚接相连，多条刚性杆件另一端与边环梁锚接，竖直撑杆的上端分别与中心拉环等分刚接点铰接和刚性杆件的两构件刚接点铰接，竖直撑杆的下端与斜索的一端和环索铰接，斜索的另一端与刚性杆件的两构件刚接点铰接，端部斜索与边环梁锚接，环索沿环向闭合布置。

所述的刚性杆件、中心拉环为施加预应力的刚性构件。所述的中心拉环标高最高，竖直撑杆顶部标高环向相同，径向由内向外递减。所述的环索、斜索为预应力拉索。

本发明与背景技术相比具有的有益效果是：

1)结构形式简洁，呈肋环状；

2)自重轻，结构构件少；

3)充分发挥高强度材料的性能，本结构可采用受拉性能优越的高强度拉索和受压性能优越的混凝土环梁，充分发挥这两种材料各自的特性；

4)将脊索换成刚性杆件，将中心拉环换成中心刚性拉环，使结构的承载能力和稳定性都有了较大提高；

5)避免了位移变化突然增大的现象，是结构的位移随荷载的增大平缓变化，并使结构的位移有所减小。

6)安装远比普通索穹顶结构简单。

附图说明

图1为肋环型刚性索穹顶结构的三维轴测图剖；

图2为肋环型刚性索穹顶结构的剖面示意图；

图3为肋环型刚性索穹顶结构的平面示意图；

图4为肋环型刚性索穹顶结构刚性杆件、中心刚性拉环及环梁示意图；

图5为肋环型刚性索穹顶结构斜索、竖直撑杆及环索示意图；

图6(a)为本发明的算例平面示意图；

图6(b)为本发明的算例剖面示意图；

图7为本发明在竖直向下荷载作用下的荷载-位移图；

图8为本发明在竖直向上荷载作用下的荷载-位移图。

具体实施方式

如图1所示，带有中心拉环的肋环型刚性索穹顶结构包括中心拉环1、刚性杆件2、环索3、竖直撑杆4、斜索5以及边环梁6；刚性杆件2为向下弧形幅射状，多条刚性杆件2一端与中心拉环1等分刚接，刚性杆件2由多根构件刚接相连，多条刚性杆件2另一端与边环梁6锚接，竖直撑杆4的上端分别与中心拉环1等分刚接点铰接和刚性杆件2的两构件刚接点铰接，竖直撑杆4的下端与斜索5的一端和环索3铰接，斜索5的另一端与刚性杆件2的两构件刚接点铰接，端部斜索5与边环梁6锚接，环索3沿环向闭合布置。

所述的刚性杆件2、中心拉环1为施加预应力的刚性构件。所述的中心拉环1标高最高，竖直撑杆4顶部标高环向相同，径向由内向外递减。所述的环索3、斜索5为预应力拉索。

带有中心拉环的肋环型刚性索穹顶结构是脊索和中心拉环改为刚性件的肋环型索穹顶体系，它由不同强度的材料组合而成。其中，边环梁为受压边环梁，可利用结构柱顶圈梁，一般为钢筋混凝土梁，刚度大，受压性能好，施工也方便，斜索和刚性杆件的锚固用的钢板可预埋在该梁上，张拉操作空间宽敞，操作方便。斜索和环索可采用高强钢丝、钢绞线或钢丝绳等，中心拉环、刚性杆件和竖直撑杆可采用型钢。拉索施工时，首先要确定其零应力状态下的长度，加工索头、锚具。索与索连接、索与梁连接的节点已有许多形式可选择。

本结构的安装过程如下：首先安装边环梁6，接着安装中心拉环1、刚性杆件2，施加一定的设计预应力值，安装中心拉环1时，在中心点应搭设胎架，以搁置中心拉环1、刚性杆件2，然后由中心至边环梁逐圈安装竖直撑杆4、环索3、张拉斜索5至斜索预应力设计值。由斜索5的张拉需要，其下部一般搭置操作平台。至此，本结构安装完毕。

下面给出一具体算例。

一个肋环型刚性索穹顶结构，跨度为60m，承受轴对称荷载，如图6所示，竖直撑杆高度为：H₁＝2.3m，H₂＝6.75m，H₃＝11m，截面积均为138.0cm²。节点竖向荷载为：P₁＝1/11P，P₂＝4/11P，P₃＝6/11P，其中P为荷载参数。索截面面积及初始预应力分布见表1，刚性杆件截面面积及初始预应力分布见表2。梁截面积为100cm²，惯性矩为833cm⁴，拉索的弹性模量为1.85×10¹¹Pa，刚性杆件和梁的弹性模量为2.06×10¹¹Pa。

表1：

表2：

Claims (4)

1.一种带有中心拉环的肋环型刚性索穹顶结构，其特征在于包括中心拉环(1)、刚性杆件(2)、环索(3)、竖直撑杆(4)、斜索(5)以及边环梁(6)；刚性杆件(2)为向下弧形幅射状，多条刚性杆件(2)一端与中心拉环(1)等分刚接，刚性杆件(2)由多根构件刚接相连，多条刚性杆件(2)另一端与边环梁(6)锚接，竖直撑杆(4)的上端分别与中心拉环(1)等分刚接点铰接和刚性杆件(2)的两构件刚接点铰接，竖直撑杆(4)的下端与斜索(5)的一端和环索(3)铰接，斜索(5)的另一端与刚性杆件(2)的两构件刚接点铰接，端部斜索(5)与边环梁(6)锚接，环索(3)沿环向闭合布置。

2.根据权利要求1所述的一种带有中心拉环的肋环型刚性索穹顶结构，其特征在于：所述的刚性杆件(2)、中心拉环(1)为施加预应力的刚性构件。

3.根据权利要求1所述的一种带有中心拉环的肋环型刚性索穹顶结构，其特征在于：所述的中心拉环(1)标高最高，竖直撑杆(4)顶部标高环向相同，径向由内向外递减。

4.根据权利要求1所述的一种带有中心拉环的肋环型刚性索穹顶结构，其特征在于：所述的环索(3)、斜索(5)为预应力拉索。

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