CN102587500B - 一种具有缓和拉索内力作用的球节点滑动支座 - Google Patents
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Abstract
一种具有缓和拉索内力作用的球节点滑动支座。其包括下部支撑结构、预埋垫板、倒T形支座、多根预埋钢筋、滑动球节点、多个柱状滚动轴承、锚具、多根阻尼弹簧和支座。本发明提供的具有缓和拉索内力作用的球节点滑动支座具有如下优点：1)材料利用率高：安装该球节点滑动支座后，主结构上拉索内力变化小，可充分发挥拉索受拉能力强的特点。2)便于施工：倒T形支座上留有拉索贯穿孔，可兼做千斤顶的张拉支座，便于拉索张拉。3)安全性高：建筑物投入使用后，一旦遭受强烈地震、台风等动力灾变荷载，阻尼弹簧的伸缩可保证主结构产生较大变形时拉索不断裂，消除了因拉索断裂造成主结构倒塌的隐患。
Description
技术领域
本发明属于建筑结构的预应力钢结构技术领域，特别是涉及一种具有缓和拉索内力作用的球节点滑动支座。
背景技术
近年，大跨度空间钢结构得到了广泛应用，其中，预应力钢结构因其具有受力合理、刚度大、重量轻等特点尤其受到设计人员的关注，应用较多，如浦东国际机场航站楼一期、广州国际会展中心均采用了大跨度张弦桁架屋盖，天津博物馆贵宾厅、济南体育馆均采用了弦支穹顶结构。此外，在桥梁加固中，体外预应力技术的应用也日益广泛。
在预应力结构设施施工中，拉索通常设置在主结构下方，张拉拉索后主结构起拱至设计的形状，拉索受拉、上部结构受压，结构实现自平衡，可有效控制大跨度空间钢结构的竖向变形。采用预应力技术的项目多为大跨度、标志性的重点工程或工程重点部位，其设计、施工日臻成熟，研究人员也进行了多方面的研究并取得了很多成果。
虽然预应力空间钢结构是一种受力合理、刚度大、重量轻的大跨度空间结构，但在其应用的在近12年内，尚未经受强烈地震、台风等动力灾变荷载的考验。在上述动力灾变荷载作用下，预应力拉索的内力会急速增大。由于拉索属于脆性材料，其破坏会引发主结构的连续倒塌。因此，预应力空间钢结构设计中的拉索设计常留有较大的安全系数，未能充分发挥拉索的材料性能。
针对上述问题，上世纪80年代英国研究人员提出的一种解决方法，即荷载缓和体系。其核心理念是在结构中引入某种做机械运动的装置，其作用在于当结构形状变化很大时而构件内力变化不大。此概念由单建教授引入我国，郭彦林教授将其应用到体育场罩棚结构设计中，杜文风博士提出的一种具有荷载缓和作用的张弦桁架结构，都是荷载缓和体系在理论研究中取得的成果。
然而，传统悬挂重物保证拉索内力恒定的方式无法满足建筑设计的美观要求，造成应用范围狭窄，同时，在风吸力作用下，拉索内力的恒定会造成上部结构反向变形过大，引起结构提前破坏。因此，如何提供一种美观、高效、实用的荷载缓和装置，就成为限制荷载缓和体系突破理论层面而进入实际应用的关键问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种安全性更高、操作方便且高效、美观、实用的具有缓和拉索内力作用的球节点滑动支座。
为了达到上述目的，本发明提供的具有缓和拉索内力作用的球节点滑动支座包括下部支撑结构、预埋垫板、倒T形支座、多根预埋钢筋、滑动球节点、多个柱状滚动轴承、锚具、多根阻尼弹簧和支座；其中下部支撑结构的下端固定在大跨度空间结构柱的顶部；预埋垫板水平设置在下部支撑结构的表面；倒T形支座由下翼缘板和沿前后方向垂直设置的腹板一体构成，其中下翼缘板的底面固定在预埋垫板的表面一侧，腹板的中部形成有一个用于贯穿拉索的开孔；支座的底面与多个相隔距离沿前后方向并排设置在预埋垫板表面另一侧的柱状滚动轴承相连接，因此能够左右滑动；多根预埋钢筋相隔距离垂直设置在下部支撑结构的内部，其中位于倒T形支座下方的预埋钢筋上端贯穿下翼缘板的前后端部，并且利用螺帽旋紧在预埋钢筋上端的方式将倒T形支座与预埋垫板和下部支撑结构之间相互固定；滑动球节点为空心球体，安装在支座的上端，其上部同时与多个张弦桁架杆件的端部相连，同时中部水平贯穿一根拉索；锚具安装在位于倒T形支座和滑动球节点之间的拉索上，用于将拉索固定；多根阻尼弹簧相隔距离水平连接在倒T形支座上腹板的内侧面和滑动球节点上相对应的表面之间。
所述的支座由底板和十字形托架构成，其中底板水平设置，托架安装在底板的表面中部，并且托架的上端中部呈圆弧形状。
所述的多根阻尼弹簧设置在位于倒T形支座和滑动球节点之间的拉索周围。
所述的腹板两侧设有多条加强板。
本发明提供的具有缓和拉索内力作用的球节点滑动支座具有如下优点：1)材料利用率高：安装该球节点滑动支座后，主结构上拉索内力变化小，可充分发挥拉索受拉能力强的特点。2)便于施工：倒T形支座上留有拉索贯穿孔，可兼做千斤顶的张拉支座，便于拉索张拉。3)安全性高：建筑物投入使用后，一旦遭受强烈地震、台风等动力灾变荷载，阻尼弹簧的伸缩可保证主结构产生较大变形时拉索不断裂，消除了因拉索断裂造成主结构倒塌的隐患。
附图说明
图1为本发明的具有缓和拉索内力作用的球节点滑动支座结构主视图。
图2为本发明的具有缓和拉索内力作用的球节点滑动支座结构俯视图。
图3为本发明的具有缓和拉索内力作用的球节点滑动支座结构左视图。
图4为本发明的具有缓和拉索内力作用的球节点滑动支座结构右视图。
图5为本发明的具有缓和拉索内力作用的球节点滑动支座中支座结构立体图。
图6为安装有本发明的具有缓和拉索内力作用的球节点滑动支座的张弦桁架屋盖结构立体图。
图7为本发明的具有缓和拉索内力作用的球节点滑动支座与张弦桁架杆件连接部位示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的具有缓和拉索内力作用的球节点滑动支座进行详细说明。
如图1-图5所示，本发明提供的具有缓和拉索内力作用的球节点滑动支座包括下部支撑结构1、预埋垫板2、倒T形支座3、多根预埋钢筋4、滑动球节点7、多个柱状滚动轴承8、锚具9、多根阻尼弹簧10和支座11；其中下部支撑结构1的下端固定在大跨度空间结构柱的顶部；预埋垫板2水平设置在下部支撑结构1的表面；倒T形支座3由下翼缘板17和沿前后方向垂直设置的腹板18一体构成，其中下翼缘板17的底面固定在预埋垫板2的表面一侧，腹板18的中部形成有一个用于贯穿拉索6的开孔19；支座11的底面与多个相隔距离沿前后方向并排设置在预埋垫板2表面另一侧的柱状滚动轴承8相连接，因此能够左右滑动；多根预埋钢筋4相隔距离垂直设置在下部支撑结构1的内部，其中位于倒T形支座3下方的预埋钢筋4上端贯穿下翼缘板17的前后端部，并且利用螺帽5旋紧在预埋钢筋4上端的方式将倒T形支座3与预埋垫板2和下部支撑结构1之间相互固定；滑动球节点7为空心球体，安装在支座11的上端，其上部同时与多个张弦桁架杆件13的端部相连，同时中部水平贯穿一根拉索6；锚具9安装在位于倒T形支座3和滑动球节点7之间的拉索6上，用于将拉索6固定；多根阻尼弹簧10相隔距离水平连接在倒T形支座3上腹板18的内侧面和滑动球节点7上相对应的表面之间。
所述的支座11由底板20和十字形托架21构成，其中底板20水平设置，托架21安装在底板20的表面中部，并且托架21的上端中部呈圆弧形状。
所述的多根阻尼弹簧10设置在位于倒T形支座3和滑动球节点7之间的拉索6周围。
所述的腹板18两侧设有多条加强板12。
现以安装有本发明提供的具有缓和拉索内力作用的球节点滑动支座的张弦桁架为例对球节点滑动支座的应用进行说明。如图6、图7所示，所述张弦桁架的跨度为40m，跨中矢高4m，撑杆22的间距为5m，张弦桁架杆件13为圆钢管，拉索6形状为抛物线，由多根张弦桁架杆件13、多根撑杆22和拉索6构成一榀上弦桁架14，上弦桁架14为正放三角锥空间拱桁架，每榀上弦桁架14的一端安装固定铰支座15，另一端安装本发明提供的具有缓和拉索内力作用的球节点滑动支座16，支座标高+25.00m，多榀上弦桁架14沿前后方向依次连接成张弦桁架屋盖。
每榀张弦桁架的安装过程如下：首先将已制成的上弦桁架14上的拉索6一端固定在固定铰支座15上，另一端水平贯穿球节点滑动支座16上滑动球节点7的中部及腹板18的开孔19，并用锚具9将位于滑动球节点7和腹板18之间的拉索6临时固定住。将位于上弦桁架14上和锚具9同一侧的多根张弦桁架杆件13端部同时与滑动球节点7的上部相连，之后将固定铰支座15固定在上弦桁架14一侧的结构柱顶部，将球节点滑动支座16上的下部支撑结构1下端固定在上弦桁架14另一侧的结构柱顶部，张拉拉索6至设计值，即可完成每榀张弦桁架的安装过程。
在张弦桁架使用过程中，当拉索6在外力的作用下内力增大时，阻尼弹簧10将受拉伸长，从而导致支座11及滑动球节点7借助于柱状滚动轴承8而产生水平位移，通过阻尼弹簧10的耗能作用可缓和拉索6的内力，以防拉索6出现断裂。
Claims (4)
1.一种具有缓和拉索内力作用的球节点滑动支座，其特征在于：所述的球节点滑动支座包括下部支撑结构(1)、预埋垫板(2)、倒T形支座(3)、多根预埋钢筋(4)、滑动球节点(7)、多个柱状滚动轴承(8)、锚具(9)、多根阻尼弹簧(10)和支座(11)；其中下部支撑结构(1)的下端固定在大跨度空间结构柱的顶部；预埋垫板(2)水平设置在下部支撑结构(1)的表面；倒T形支座(3)由下翼缘板(17)和沿前后方向垂直设置的腹板(18)一体构成，其中下翼缘板(17)的底面固定在预埋垫板(2)的表面一侧，腹板(18)的中部形成有一个用于贯穿拉索(6)的开孔(19)；支座(11)的底面与多个相隔距离沿前后方向并排设置在预埋垫板(2)表面另一侧的柱状滚动轴承(8)相连接，因此能够左右滑动；多根预埋钢筋(4)相隔距离垂直设置在下部支撑结构(1)的内部，其中位于倒T形支座(3)下方的预埋钢筋(4)上端贯穿下翼缘板(17)的前后端部，并且利用螺帽(5)旋紧在预埋钢筋(4)上端的方式将倒T形支座(3)与预埋垫板(2)和下部支撑结构(1)之间相互固定；滑动球节点(7)为空心球体，安装在支座(11)的上端，其上部同时与多个张弦桁架杆件(13)的端部相连，同时中部水平贯穿一根拉索(6)；锚具(9)安装在位于倒T形支座(3)和滑动球节点(7)之间的拉索(6)上，用于将拉索(6)固定；多根阻尼弹簧(10)相隔距离水平连接在倒T形支座(3)上腹板(18)的内侧面和滑动球节点(7)上相对应的表面之间。
2.根据权利要求1所述的具有缓和拉索内力作用的球节点滑动支座，其特征在于：所述的支座(11)由底板(20)和十字形托架(21)构成，其中底板(20)水平设置，托架(21)安装在底板(20)的表面中部，并且托架(21)的上端中部呈圆弧形状。
3.根据权利要求1所述的具有缓和拉索内力作用的球节点滑动支座，其特征在于：所述的多根阻尼弹簧(10)设置在位于倒T形支座(3)和滑动球节点(7)之间的拉索(6)周围。
4.根据权利要求1所述的具有缓和拉索内力作用的球节点滑动支座，其特征在于：所述的腹板(18)两侧设有多条加强板(12)。
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