CN104025946B - 带斜拉索单杆式塑料大棚 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带斜拉索单杆式塑料大棚，包括大棚本体，所述大棚本体由若干根弧形主钢管通过若干根纵向几字形刚檩条连接而成，所述弧形主钢管两端均设有基础砼，所述两个基础砼之间纵向通过等边角钢相连，所述弧形主钢管内通过六角螺帽焊接有镀锌钢绞线I、镀锌钢绞线II、镀锌钢绞线III，所述镀锌钢绞线I、镀锌钢绞线II之间的角度为135度，所述镀锌钢绞线II、镀锌钢绞线III之间的角度为135度，所述镀锌钢绞线II与地面水平设置，所述大棚本体一侧设有若干根竖向钢管。本发明承载力和稳定性高，而大棚仅仅附加了一少部分的直径为4mm的钢丝，造价增加相对较少。

Description

带斜拉索单杆式塑料大棚
技术领域
本发明涉及一种大棚，具体涉及带斜拉索单杆式塑料大棚。
背景技术
单栋塑料大棚具有重量轻、施工速度快、建设工程量小、节约土地、工厂化生产程度高、外型美观、节省钢材等优点。
在各种不同类型的塑料大棚结构形式当中，纯拱形结构具有受力较为合理，结构整体性强和造型美观大方的特点，该种结构一直被广泛应用于单栋塑料大棚当中。但是，拱形结构在截面杆件较细长的单栋塑料大棚中，因杆件的承载不足、稳定性较差是其破坏的主要因素。为此，我们设想将土木工程领域中普遍使用的索-拱结构的思想引入到塑料温室大棚结构中，即在塑料温室大棚主骨架结构构件上施加斜拉索，形成索-拱结构，以此来增强塑料大棚结构的承载力，提高其稳定性，使得塑料温室大棚结构抵御风荷载及雪荷载的能力得到增强。
拱形结构是一种主要承受轴向压力并由两端推力维持平衡的曲线或折线形构件。拱结构比桁架结构具有更大的力学优点。在外荷载作用下，拱形结构主要产生压力，大幅度的减少了弯曲变形。不过拱结构支座(拱脚)会产生水平推力，跨度大时这个推力也大，在土木工程中主要采取的措施有以一下两种：利用钢筋混凝土基础直接承受水平推力、利用拉杆承受水平推力。由于单栋塑料的造价较低，利用钢筋混凝土基础直接承受水平推力的方法会造成大棚造价的提高和施工的复杂程度。
发明内容
本发明针对现有技术中的缺陷采用设置拉索的方式来抵抗外荷载，并提高结构的整体稳定性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案进行实施：
带斜拉索单杆式塑料大棚，包括大棚本体，所述大棚本体由若干根弧形主钢管通过若干根纵向几字形刚檀条连接而成，所述弧形主钢管两端均设有基础砼，所述两个基础砼之间纵向通过等边角钢相连，所述弧形主钢管内通过六角螺帽焊接有镀锌钢绞线I、镀锌钢绞线II、镀锌钢绞线III，所述镀锌钢绞线I、镀锌钢绞线II之间的角度为135度，所述镀锌钢绞线II、镀锌钢绞线III之间的角度为135度，所述镀锌钢绞线II与地面水平设置，所述镀锌钢绞线II与地面水平设置，所述镀锌钢绞线I、镀锌钢绞线II、镀锌钢绞线III的长度为大棚本体直径的五分之一，所述大棚本体一侧设有若干根竖向钢管。
所述大棚本体一侧设有门，所述门由若干跟竖向钢管围成。
本发明承载力和稳定性高，而大棚仅仅附加了一少部分的直径为4mm的钢丝，造价增加相对较少。
附图说明
图1为本发明的带斜拉索单杆式塑料大棚的结构示意图；
图2为本发明的带斜拉索单杆式塑料大棚的解剖图；
图3为索-拱结构塑料大棚计算简图；
图4为纯拱结构塑料大棚计算简图；
图5为全跨均布荷载作用下两种结构的荷载-位移曲线；
图6为半跨均布荷载作用下两种结构的荷载-位移曲线；
图7为两种结构在全跨均布荷载作用时的荷载-位移曲线；
图8为两种结构在半跨均布荷载作用时的荷载-位移曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了带斜拉索单杆式塑料大棚，如图1-2所示，包括大棚本体，所述大棚本体由若干根弧形主钢管1通过若干根纵向几字形刚檀条2连接而成，所述弧形主钢管1两端均设有基础砼3，所述两个基础砼3之间纵向通过等边角钢4相连，所述弧形主钢管1内通过六角螺帽6焊接有镀锌钢绞线I5、镀锌钢绞线II7、镀锌钢绞线III8，所述镀锌钢绞线I5、镀锌钢绞线II7之间的角度为135度，所述镀锌钢绞线II7、镀锌钢绞线III8之间的角度为135度，所述镀锌钢绞线II7与地面水平设置，所述镀锌钢绞线II7与地面水平设置，所述镀锌钢绞线I5、镀锌钢绞线II7、镀锌钢绞线III8的长度为大棚本体直径的五分之一，所述大棚本体一侧设有若干根竖向钢管9。
所述大棚本体一侧设有门，所述门由若干根竖向钢管9围成。
下面通过各实验验证了本申请中一种带斜拉索单杆式塑料大棚的承载力和稳定性。
承载力分析
地处北方寒区的黑龙江省种植蔬菜都采用塑料大棚，且雪荷载为该地区的主要荷载类型。为此，我们建立单榀骨架的几何模型，考虑结构在全跨均布荷载，并考虑极端雪荷载分布形式半跨均布荷载条件下来分析索-拱结构在承载力上的优势。
3.1有限元模型及相关参数
建立单榀模型进行分析，其承受荷载的跨度按照建筑结构相关规范取值，模型荷载分布图如图3-4所示。模型的跨度为8米，矢高为2.4米，拱脚两端根据实际工程按照固定端建模。截面尺寸选用直径为25mm，壁厚为1.2mm，斜拉索采用经济合理的直径为4mm的钢丝。
3.2计算结果及分析
根据以上模型及荷载条件，在ANSYS中建立模型并计算得到在相应跨度和荷载条件下，两种结构的承载力。分析时候，材料的屈服强度为235Mpa，采用理想的弹塑性模型，分别考虑结构在全跨均布荷载和半跨均布荷载作用下，结构的极限承载力，两种结构的荷载-位移曲线如图5和图6所示。分析图5可到，索-拱结构塑料大棚在杆件进入屈服状态时的极限承载力为506.3N/m，而纯拱结构塑料大棚在杆件进入屈服状态时的极限承载力为417.2N/m，承载力提升21.37％，相应的，两种结构在半跨均布荷载作用时的荷载-位移曲线如图6所示，高于应力分布图如图5所示。索-拱结构塑料大棚在杆件进入屈服状态时的极限承载力为266.8N/m，而纯拱结构塑料大棚在杆件进入屈服状态时的极限承载力为223.5N/m，承载力提升19.37％，这说明斜拉索的布置能够有效的增加结构的承载力。通过对比图5和图6，可以发现半跨均布荷载是导致结构破坏的主要因素，即可以考虑到结构在非对称荷载作用下，更容易发生破坏。
4.稳定性分析
在众多大棚结构破坏的实际案例中，由于杆件的强度不足导致结构破坏仅仅是结构破坏的一个因素，其中导致结构破坏的重要因素是骨架的整体失稳破坏。图7为结构典型的失稳破坏形式。
4.1特征值屈曲
两种结构在非对称荷载作用下的前3阶特征值屈曲形状及屈曲因子，索-拱结构的前3阶特征值屈曲形状和纯拱结构完全不相同，说明索-拱结构整体线性特征值屈曲和纯拱结构相差很大，斜拉索的布置很好的限制了整体结构的变形，结合特征值屈曲荷载因子可知，索-拱结构的一阶特征值屈曲荷载因子比纯拱结构提高71.95％，索-拱结构的二阶特征值屈曲荷载因子比纯拱结构提高37.60％，索-拱结构的三阶特征值屈曲荷载因子比纯拱结构提高45.20％这表明斜拉索的布置可以大大提高结构的特征屈曲荷载。
4.2非线性稳定性
对于两种结构模型进行非线性静力稳定性分析，荷载的取值为半跨均布荷载和全跨均布荷载。以最不利的屈曲模态作为结构的初始缺陷分布，缺陷的最大取值根据相关参考文献取跨度的1/300。图7为两种结构在全跨均布荷载作用下跨中荷载-位移曲线。分析图7可以得出：索-拱结构塑料大棚极限承载力明显高于纯拱结构，索-拱结构塑料大棚在达到截面发生几何软化时的极限位移通常认为此时结构进入非稳定状态为384mm，而纯拱结构塑料大棚的极限位移是660mm，这说明斜拉索的布置很大程度上提高了结构的整体稳定性。图8所示为结构在半跨荷载作用下跨中的荷载-位移曲线，图8同样可以说明斜拉索提高结构的稳定性。
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，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.带斜拉索单杆式塑料大棚，其特征在于，包括大棚本体，所述大棚本体由若干根弧形主钢管(1)通过若干根纵向几字形钢檀条(2)连接而成，所述弧形主钢管(1)两端均设有基础砼(3)，所述两个基础砼(3)之间纵向通过等边角钢(4)相连，所述弧形主钢管(1)内通过六角螺帽(6)焊接有镀锌钢绞线I(5)、镀锌钢绞线II(7)、镀锌钢绞线III(8)，所述镀锌钢绞线I(5)、镀锌钢绞线II(7)之间的角度为135度，所述镀锌钢绞线II(7)、镀锌钢绞线III(8)之间的角度为135度，所述镀锌钢绞线II(7)与地面水平设置，所述镀锌钢绞线I(5)、镀锌钢绞线II(7)、镀锌钢绞线III(8)的长度为大棚本体直径的五分之一，所述大棚本体一侧设有若干根竖向钢管(9)，所述大棚本体一侧设有门，所述门由若干根竖向钢管(9)围成。
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