CN103362213A - 一种张弦梁结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种张弦梁结构，在两个面结构中均分别布置有若干根短拉索，所述短拉索相对于撑杆倾斜布置，其上端与上弦梁铰接、下端与撑杆的下端固定连接。本发明提供的张弦梁结构，增加了短拉索的使用，在下弦拉索失效后，由于短拉索与上弦梁和撑杆之间的连接关系，使得整个结构不会立刻失效，提高了抗倒塌性能，能够防止出现连续性倒塌，消除安全隐患。同时，若一根下弦拉索失效，由于短拉索的存在，使得整个结构不会出现张弦梁结构的平面外失稳或者由于结构偏心而导致的其它破坏形式。

Description

一种张弦梁结构

技术领域

本发明涉及一种张弦梁结构，属于一种建筑结构。

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少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。

如图1所示，现有的张弦梁，包括一对上弦梁1（或拱或桁架）、若干对撑杆3和一对下弦拉索2，所述成对的上弦梁1、成对的撑杆3和成对下弦拉索2相对于一个对称面对称布置在该对称面的两侧，位于该对称面同一侧的上弦梁1、撑杆3和下弦拉索2形成一个面结构；在同一个面结构中，下弦拉索2的两端分别与上弦拉索1的两端固定，所述撑杆3的上端与上弦梁1铰接，撑杆3的下端与下弦拉索2固定连接；位于两个面结构中的成对的两个撑杆3的下端通过一个双索夹具4分别与两根下弦拉索2固定连接；张拉后的下弦拉索2形成轴对称形式的折线，上弦梁1、撑杆3和下弦拉索2形成自平衡体系，下弦拉索2受拉，撑杆3为受压二力杆，上弦梁1为压弯构件。

上述结构中，下弦拉索2的预应力使结构产生反挠度，故结构在荷载作用下的最终挠度会减小，并且通过下弦拉索2的张拉力，使撑杆3产生向上的分力，导致上弦梁1产生与外荷载作用下相反的内力和变形，以形成整个张弦梁结构并提高结构刚度，撑杆3对抗弯受压构件提供弹性支撑，改善后者的受力性能；若压弯构件取为拱时，由下弦拉索2承受拱的水平推力，减轻拱对支座产生的负担，故在支座处宜采取必要的暂时的或永久的构造措施，在顶应力及外荷载作用下（指自重等屋面荷载作用下）形成自平衡体系，不产生水平推力；同时，下弦拉索2的存在可以大大的减小上弦梁1的截面，提高整个结构的承载能力。这时，如果一根下弦拉索2在使用中出现破坏断裂，整个张弦梁结构会出现重心偏移，会出现向一侧倾倒的情况，同时，若一根下弦拉索2发生断裂，则不能为拱支座提供水平拉力，支座可能会向两边移动，而且在下弦拉索2失效之后，其断裂点附近的撑杆3的作用失效，仅靠上弦梁1承受外荷载则可能会因承载力不足而发生断裂，随之整个张弦梁也会失效。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种在使用中能够避免出现在下弦拉索失效之后导致整个结构立即失效的张弦梁结构，同时也避免出现一根下弦拉索失效之后整个结构偏心倾倒的情况。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种张弦梁结构，包括一对上弦梁、若干对撑杆和一对下弦拉索，所述成对的上弦梁、成对的撑杆和成对下弦拉索相对于一个对称面对称布置在该对称面的两侧，位于该对称面同一侧的上弦梁、撑杆和下弦拉索形成一个面结构；在同一个面结构中，下弦拉索的两端分别与上弦拉索的两端固定，所述撑杆的上端与上弦梁铰接，撑杆的下端与下弦拉索固定连接；位于两个面结构中的成对的两个撑杆的下端通过一个双索夹具分别与两根下弦拉索固定连接；在两个面结构中均分别布置有若干根短拉索，所述短拉索相对于撑杆倾斜布置，其上端与上弦梁铰接、下端与撑杆的下端固定连接。

本案相对于现有技术，增加了短拉索的使用，在下弦拉索失效后，由于短拉索与上弦梁和撑杆之间的连接关系，使得整个结构不会立刻失效，提高了抗倒塌性能，能够防止出现连续性倒塌，消除安全隐患。同时，若一根下弦拉索失效，由于短拉索的存在，使得整个结构不会出现大的偏心倾覆。

优选的，所述短拉索与上弦梁铰接的位置包括且仅包括上弦梁与下弦拉索固定连接的位置和上弦梁与撑杆铰接的位置。

更为优选的，在同一个面结构中，撑杆分别将上弦梁和下弦拉索分成n段，共有n+1个节点，记上弦梁上的节点依次为：u₀、u₁、…、u_i、…、u_n-1、u_n，记下弦拉索上的节点依次为：d₀、d₁、…、d_i、…、d_n-1、d_n，所述节点u₀和节点d₀为同一节点，所述节点u_n和节点d_n为同一节点；所述短拉索连接位置依次为u₀d₁、d₁u₂、u₂d₃、d₃u₄、…、u_id_i+1，d_i+1u_i+2、…、u_n-1d_n/d_n-1u_n，或者d₀u₁、u₁d₂、d₂u₃、u₃d₄、…、d_iu_i+1，u_i+1d_i+2、…、d_n-1u_n/u_n-1d_n。

更为优选的，对称面两侧的两个面结构中短拉索5的布置位置不相对于该对称面对称。

更为优选的，所述双索夹具4同时固定相同位置上的短拉索5下端。

优选的，所述下弦拉索形成轴对称形式的折线，相邻折线形成一折线角，折线的各个转折点位于同一抛物线上；两条下弦拉索所形成的形状相同。

有益效果：本发明提供的张弦梁结构，相对于现有技术，增加了短拉索的使用，在下弦拉索失效后，由于短拉索与上弦梁和撑杆之间的连接关系，使得整个结构不会立刻失效，提高了抗倒塌性能，能够防止出现连续性倒塌，消除安全隐患。同时，若一根下弦拉索失效，由于短拉索的存在，使得整个结构不会出现张弦梁结构的平面外失稳或者由于结构偏心而导致的其它破坏形式。

附图说明

图1为现有技术的结构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为P面的结构示意图；

图4为N面的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图2所示为基于本发明思想的一种张弦梁结构示意图，包括一对上弦梁1（或拱或桁架）、若干对撑杆3和一对下弦拉索2，所述成对的上弦梁1、成对的撑杆3和成对下弦拉索2相对于一个对称面对称布置在该对称面的两侧，位于该对称面同一侧的上弦梁1、撑杆3和下弦拉索2形成一个面结构，分别记该对称面两侧的面结构为P面和N面；在同一个面结构中，下弦拉索2的两端分别与上弦拉索1的两端固定，所述撑杆3的上端与上弦梁1铰接，撑杆3的下端与下弦拉索2固定连接；位于两个面结构中的成对的两个撑杆3的下端通过一个双索夹具4分别与两根下弦拉索2固定连接；在两个面结构中均分别布置有若干根短拉索5，所述短拉索5相对于撑杆3倾斜布置，其上端与上弦梁1铰接、下端与撑杆3的下端固定连接。

所述短拉索5与上弦梁1铰接的位置包括且仅包括上弦梁1与下弦拉索2固定连接的位置和上弦梁1与撑杆3铰接的位置。所述双索夹具4同时固定相同位置上的短拉索5下端。

在同一个面结构中，撑杆3分别将上弦梁1和下弦拉索2分成n段，共有n+1个节点，记上弦梁1上的节点依次为：u₀、u₁、…、u_i、…、u_n-1、u_n，记下弦拉索2上的节点依次为：d₀、d₁、…、d_i、…、d_n-1、d_n，所述节点u₀和节点d₀为同一节点，所述节点u_n和节点d_n为同一节点；所述短拉索5连接位置依次为u₀d₁、d₁u₂、u₂d₃、d₃u₄、…、u_id_i+1，d_i+1u_i+2、…、u_n-1d_n/d_n-1u_n，或者d₀u₁、u₁d₂、d₂u₃、u₃d₄、…、d_iu_i+1，u_i+1d_i+2、…、d_n-1u_n/u_n-1d_n。

如图3、图4所示，本例每个面结构中共有四根撑杆，将上弦梁1和下弦拉索2分成5段，共有6个节点，记上弦梁1上的节点依次为：u₀、u₁、u₂、u₃、u₄、u₅，记下弦拉索2上的节点依次为：d₀、d₁、d₂、d₃、d₄、d₅，所述节点u₀和节点d₀为同一节点，所述节点u₅和节点d₅为同一节点；图中通过P和N来区分节点为P面上的节点还是N面上的节点。如图3所示，在P面上，短拉索5连接位置（以粗实线表示）依次为Pd₀Pu₁、Pu₁Pd₂、Pd₂Pu₃、Pu₃Pd₄、Pd₄Pu₅；如图4所示，在N面上，短拉索5连接位置（以粗实线表示）依次为Nu₀Nd₁、Nd₁Nu₂、Nu₂Nd₃、Nd₃Nu₄、Nu₄Nd₅。

上述结构中，上弦梁1、撑杆3和下弦拉索2形成自平衡体系，下弦拉索2受拉，撑杆3为受压二力杆，上弦梁1为压弯构件；在下弦拉索2失效后，上弦梁1、撑杆3和短拉索5形成自平衡体系，短拉索5受拉，撑杆3为受压二力杆，上弦梁1为压弯构件。

实施程序：首先利用计算机模拟现有技术中张弦梁结构使用阶段下弦拉索2形状，然后增加短拉索5，在撑杆3，下弦拉索2、各短拉索5，双索夹具4的位置均不变的情况下计算下弦拉索2和各短拉索5最终（使用阶段）的内力，内力的变化通过双索夹具4的内力变化来补偿。

安装下弦拉索2和各短拉索5及固定撑杆3时，将双索夹具4牢牢固定在下弦拉索2和各短拉索5相应标定位置上。通过张拉、安装等施工过程及各种何在施加后，撑杆3与下弦拉索2和各短拉索5便处在设计期望的状态（所有构件的位置均同现有技术下的张弦梁的各构件位置相同）。在这种处理方式的基础上，采取有效措施尽量增大下弦拉索2和各短拉索5与双索夹具4间的摩擦系数，作为安全储备，以使张弦梁中的下弦拉索2和各短拉索5始终处于稳定状态。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种张弦梁结构，包括一对上弦梁（1）、若干对撑杆（3）和一对下弦拉索（2），所述成对的上弦梁（1）、成对的撑杆（3）和成对下弦拉索（2）相对于一个对称面对称布置在该对称面的两侧，位于该对称面同一侧的上弦梁（1）、撑杆（3）和下弦拉索（2）形成一个面结构；在同一个面结构中，下弦拉索（2）的两端分别与上弦拉索（1）的两端固定，所述撑杆（3）的上端与上弦梁（1）铰接，撑杆（3）的下端与下弦拉索（2）固定连接；位于两个面结构中的成对的两个撑杆（3）的下端通过一个双索夹具（4）分别与两根下弦拉索（2）固定连接；其特征在于：在两个面结构中均分别布置有若干根短拉索（5），所述短拉索（5）相对于撑杆（3）倾斜布置，其上端与上弦梁（1）铰接、下端与撑杆（3）的下端固定连接。

2.根据权利要求1所述的张弦梁结构，其特征在于：所述短拉索（5）与上弦梁（1）铰接的位置包括且仅包括上弦梁（1）与下弦拉索（2）固定连接的位置和上弦梁（1）与撑杆（3）铰接的位置。

3.根据权利要求1所述的张弦梁结构，其特征在于：在同一个面结构中，撑杆（3）分别将上弦梁（1）和下弦拉索（2）分成n段，共有n+1个节点，记上弦梁（1）上的节点依次为：u₀、u₁、…、u_i、…、u_n-1、u_n，记下弦拉索（2）上的节点依次为：d₀、d₁、…、d_i、…、d_n-1、d_n，所述节点u₀和节点d₀为同一节点，所述节点u_n和节点d_n为同一节点；所述短拉索（5）连接位置依次为u₀d₁、d₁u₂、u₂d₃、d₃u₄、…、u_id_i+1，d_i+1u_i+2、…、u_n-1d_n/d_n-1u_n，或者d₀u₁、u₁d₂、d₂u₃、u₃d₄、…、d_iu_i+1，u_i+1d_i+2、…、d_n-1u_n/u_n-1d_n。

4.根权利要求3所述的张弦梁结构，其特征在于：对称面两侧的两个面结构中短拉索（5）的布置位置不相对于该对称面对称。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的张弦梁结构，其特征在于：所述双索夹具（4）同时固定相同位置上的短拉索（5）下端。

6.根据权利要求1所述的张弦梁结构，其特征在于：所述下弦拉索（2）形成轴对称形式的折线，相邻折线形成一折线角，折线的各个转折点位于同一抛物线上。

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