CN104805902A - 一种改善机库受力性能的结构 - Google Patents

Abstract

本发明是一种改善机库受力性能的结构，所述机库为屋盖(1)三边支承、一边开敞结构，该结构是将机库的屋盖(1)沿跨度方向外挑形成屋盖(1)两侧的伸臂梁(2)，在伸臂梁(2)的两侧端部与屋盖(1)的支承柱的根部之间设置拉杆(4)，拉杆(4)的设置方式为以下之一：⑴在伸臂梁(2)的两侧端部或一侧端部与同侧的机库大门桁架支承柱(3)的根部之间设置2根拉杆(4)；⑵在伸臂梁(2)的两侧端部或一侧端部与同侧的机库大门桁架支承柱(3)的根部之间设置2根拉杆(4)，另外，在伸臂梁(2)的两侧端部或一侧端部与同侧的机库屋盖支承柱(5)的根部之间设置拉杆(4)；该结构通过对伸臂梁端部通过拉杆向下有效张拉，消减屋盖内力峰植，改善屋盖受力及变形性能。

Description

一种改善机库受力性能的结构

技术领域

本发明是一种改善机库受力性能的结构，属于飞机生产、维修、停放用厂房的设计，以改善大跨度机库结构的受力及变形性能。

背景技术

大型宽体飞机库的跨度一般在80m～175m；进深一般在80m～110m左右；其室内净高度视屋盖悬挂设备的情况，一般在24.5m～29.5m之间。机库大门一般均面向滑行道或停机坪，附属用房根据人流、物流关系可在机库其他三面环绕布置。大型宽体飞机库的跨度均超过80m，为大跨度结构，而且屋盖三边支承，一边开敞，其大跨度屋盖设计为机库设计的重点及难点。以往的设计中，机库屋盖一般均采用平板型钢网架结构，平面上三边设有钢筋混凝土柱支承，沿结构跨度方向的一侧无落地支承，采用由两榀大跨度钢桁架组成的空间箱型梁作为边缘构件，支承屋盖网架，传统机库设计均采用此种屋盖形式。为给屋盖网架提供弹性支承及满足屋盖上设置的大量悬挂设备的运行需要，大跨度钢桁架需要具有足够的竖向承载力及刚度。由于其受力特征整体表现为单跨简支梁，增加其竖向承载力及刚度最行之有效的方法是增加截面高度，传统的机库设计中，大门桁架的跨高比一般在1/10～1/12。但由于机场空域均有限高要求，其截面高度往往受限，只能通过增加桁架弦杆的截面面积以获得需要的承载力及刚度。传统的结构存在以下不足之处：1.机库屋盖60％～70％的重量集中在大门开敞边。我国民航维修基地一般均位于地震高烈度区，地震作用为大跨度机库控制性因素之一。结构质量分布过于不均，造成结构体系抗震性能不佳。2.作为边缘构件的大门桁架50％左右的截面面积是用来负担其自重，结构的技术经济指标欠佳。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种改善机库受力性能的结构，其目的是通过预应力的施加，抵消荷载效应、消减内力峰值及增强结构刚度及稳定性，有效改善大门桁架的受力性能及变形性能，改善机库结构体系整体的抗震性能，提升机库机构的技术经济指标。

本发明的目的是通过以下技术措施来实现的：

该种改善机库受力性能的结构，所述机库为屋盖(1)三边支承、一边开敞结构，其特征在于：将机库的屋盖(1)沿跨度方向外挑形成屋盖(1)两侧的伸臂梁(2)，伸臂梁(2)的悬挑长度L1与机库的屋盖(1)的跨度L的关系为：L1＝0.08～0.125L，在伸臂梁(2)的两侧端部与屋盖(1)的支承柱的根部之间设置拉杆(4)，拉杆(4)的设置方式为以下之一：

⑴在伸臂梁(2)的两侧端部或一侧端部与同侧的机库大门桁架支承柱(3)的根部之间设置2根拉杆(4)，拉杆(4)在地面上的投影与机库侧墙之间的夹角α为90°；

⑵在伸臂梁(2)的两侧端部或一侧端部与同侧的机库大门桁架支承柱(3)的根部之间设置2根拉杆(4)，拉杆(4)在地面上的投影与机库侧墙之间的夹角α为90°，另外，在伸臂梁(2)的两侧端部或一侧端部与同侧的机库屋盖支承柱(5)的根部之间设置拉杆(4)，拉杆(4)在地面上的投影与机库侧墙之间的夹角α为45°～135°。

本发明机库结构不同于桥梁或建筑工程中常用的斜拉索结构。斜拉索结构是通过斜拉的方式给大跨度结构提供一个或多个竖向支承点以减小结构的跨度。为了提高斜拉的效率需根据结构跨度设置相应高度的索塔结构及平衡或稳定索。索在高应力状态下会产生松弛现象，对结构的安全性会产生非常不利的影响，甚至造成结构体系的失效。故传统的斜拉索结构在设计时需要考虑索的更换的可能性。

本发明的不同之处在于，不需要设置受机场空域限高限制的索塔结构，不改变结构的跨度，仅通过伸臂梁的设置并对伸臂梁端部通过拉杆向下有效张拉，利用杠杆原理，消减屋盖内力峰植，改善屋盖受力及变形性能，拉杆与机库结构形成自平衡体系，不需要再设置附加的平衡或稳定索。索的应力松弛通过结构体系的内力重分布得以消解，对于结构内力及变形的影响可控，不会影响结构安全性及造成结构体系的失效。

传统单跨机库结构大门开敞边设置的边缘构件—大跨度钢桁架沿跨度方向整体上表现为单跨简支梁，其计算简图如图1所示，按结构力学的计算方法可以得到其弯矩及挠度图，均呈二次曲线形，最大值均发生在跨中，分别为ql²/8及5ql⁴/(384EI)，最小值在两端支座处，均为0，见图2～3。传统机库屋盖的内力几变形分布及不均匀，材料利用率较低。本发明机库结构的计算间图如图4所示，弯矩及挠度布置图见图5～6。通过对拉杆施加有效张拉力T，利用杠杆原理可以有效消减跨中的弯矩及挠度峰值，使结构的内力及挠度分布更均匀，极大的提高了材料的利用率。如对拉杆施加有效张拉力T＝ql/(2cosθ)后，桁架梁跨中截面弯矩即可减小为原来的一半，即：ql²/8-Tlcosθ/8＝ql²/16；此时，桁架梁跨中挠度为ql⁴/(192EI)，减少了～55％。其中：q—等效均布荷载，T—预拉力，l—机库跨度，θ—拉杆与支承柱在沿跨度方向的垂直面上的投影的夹角，EI—桁架梁的平均抗弯刚度。

本发明技术方案的优点是：

1.抵消荷载效应、消减内力峰值及增强结构刚度及稳定性；

2.有效改善三边支承、一边开敞机库屋盖的受力性能及变形性能；

3.使结构的整体质量及抗侧刚度分布更均匀，改善机库结构的抗震性能；

4.有效降低了屋盖大门开敞边大跨度桁架截面高度，解决机场空域限高问题；

5.降低了屋盖用钢量，提升机库机构的技术经济指标。

附图说明

图1为传统机库结构计算简图

图2为传统机库结构弯矩图

图3为传统机库结构挠度图

图4为本发明大门桁架计算简图

图5为本发明结构弯矩图

图6为本发明结构挠度图

图7为本发明技术方案的第一种实施方案的结构示意图，图中，图7-1为结构平面布置图，图7-2为图7-1中结构A向的纵剖面的结构示意图，图7-3为图7-1中结构A向的纵剖面的另一种结构示意图，图7-4为图7-1中结构B向的横剖面的结构示意图；

图8为本发明技术方案的第二种实施方案的结构示意图，图中，图8-1为结构平面布置图，图8-2为图8-1中结构A向的纵剖面的结构示意图，图8-3为图8-1中结构A向的纵剖面的另一种结构示意图，图8-4为图8-1中结构B向的横剖面的结构示意图；

图9为本发明技术方案的第三种实施方案的结构示意图，图中，图9-1为结构平面布置图，图9-2为图9-1中结构A向的纵剖面的结构示意图，图9-3为图9-1中结构A向的纵剖面的另一种结构示意图，图9-4为图9-1中结构B向的横剖面的结构示意图；

图10为本发明技术方案采用的拉杆的结构形式示意图。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：

参见附图7所示，屋盖1采用空间钢网架结构，跨度一般在45m～175m；进深一般在40m～110m左右。机库大门开敞边设置大跨度钢桁架6作为边缘构件支承屋盖1的结构，大跨度钢桁架作为屋盖1开口边的边缘构件，提供屋盖1的弹性支承，对屋盖结构的安全性至关重要。将屋盖1边缘构件--大跨度钢桁架外伸形成伸臂梁2，伸臂梁2的延伸长度L1与机库的屋盖1的跨度L的关系为：L1＝0.08～0.125L，在两侧伸臂梁2的两侧端部与同侧机库大门桁架支承柱3的根部之间设置2根拉杆4，拉杆4在地面上的投影与机库侧墙之间的夹角α为90°；若机库单侧设置门库或场地用地受限，也可在伸臂梁2的一侧端部与同侧大门桁架支承柱3的根部之间设置2根拉杆4，拉杆4在地面上的投影与机库侧墙之间的夹角α为90°，伸臂梁2可以兼做门库的屋盖，将门库与机库大厅连成一体。通过给拉杆4施加预拉力T，可有效消减大门桁架跨中弯矩及挠度，从而可有效降低大门桁架的截面高度，减少大门桁架的跨中挠度，节省大门桁架的用钢量；

参见附图8所示，屋盖1采用平面钢桁架结构，跨度一般在45m～175m；进深一般在40m～110m左右。平面内设置水平支撑系统，将各榀钢桁架两端外伸形成伸臂梁2，伸臂梁2的延伸长度L1与机库的屋盖1的跨度L的关系为：L1＝0.08～0.125L，在伸臂梁2的大门桁架两侧部分的端部与同侧机库大门桁架支承柱3的根部之间设置两根拉杆4，拉杆4在地面上的投影与机库侧墙之间的夹角α为90°；另外，在伸臂梁2的大门桁架两侧以外部分的端部与同侧机库屋盖支承柱5的根部之间设置拉杆4，拉杆4在地面上的投影与机库侧墙之间的夹角α为90°；若机库单侧设置门库或场地用地受限，上述设置可以在屋盖1的平面钢桁架结构的一侧进行，伸臂梁2可以兼做门库或附属用房的屋盖，将门库及附属用房与机库大厅连成一体。通过给拉杆4施加预拉力T，可有效消减大跨度桁架跨中弯矩及挠度，从而可有效降低桁架的截面高度，减少桁架的跨中挠度，节省屋盖的用钢量；

参见附图9所示，屋盖1采用空间网架结构或平面钢桁架结构，跨度一般在45m～175m；进深一般在40m～110m左右。平面钢桁架结构的平面内设置水平支撑系统。将屋盖1沿跨度方向的两端外伸形成伸臂梁2，伸臂梁2的延伸长度L1与机库的屋盖1的跨度L的关系为：L1＝0.08～0.125L，在两侧伸臂梁2的端部与同侧机库大门桁架支承柱3和机库屋盖支承柱5的根部布置拉杆4，拉杆4在地面上的投影与机库侧墙之间的夹角α为45°～135°；若机库单侧设置门库或场地用地受限，上述设置可以在屋盖1的平面钢桁架结构的一侧进行，通过给拉杆4施加预拉力T，可有效消减大跨度桁架跨中弯矩及挠度，从而可有效降低桁架的截面高度，减少桁架的跨中挠度，节省屋盖的用钢量。

附图10为本发明所用拉杆的一种形式，两端为为双连接耳板7，双连接耳板7的后端连接杆体9，两段杆体9之间通过可调节套筒8连接，通过机械液压装置旋转可调节套筒8，对杆体9施加预应力。若需要牵拉的距离过长，也可采用预应力钢索。

本发明技术方案与现有技术相比，可减少大门桁架截面高度1/3左右，有效解决机场空域限高问题；可有效降低大门桁架跨中挠度1/2左右，满足屋盖悬挂设备运行的需要；可降低大门桁架用钢量1/3左右，结构的技术经济指标更优；屋盖的质量分布更均匀，有效改善结构的抗震性能。

Claims (1)

1.一种改善机库受力性能的结构，所述机库为屋盖(1)三边支承、一边开敞结构，其特征在于：将机库的屋盖(1)沿跨度方向外挑形成屋盖(1)两侧的伸臂梁(2)，伸臂梁(2)的延伸长度L1与机库的屋盖(1)的跨度L的关系为：L1＝0.08～0.125L，在伸臂梁(2)的两侧端部与屋盖(1)的支承柱的根部之间设置拉杆(4)，拉杆(4)的设置方式为以下之一：

⑴在伸臂梁(2)的两侧端部或一侧端部与同侧的机库大门桁架支承柱(3)的根部之间设置2根拉杆(4)，拉杆(4)在地面上的投影与机库侧墙之间的夹角α为90°；

⑵在伸臂梁(2)的两侧端部或一侧端部与同侧的机库大门桁架支承柱(3)的根部之间设置2根拉杆(4)，拉杆(4)在地面上的投影与机库侧墙之间的夹角α为90°，另外，在伸臂梁(2)的两侧端部或一侧端部与同侧的机库屋盖支承柱(5)的根部之间设置拉杆(4)，拉杆(4)在地面上的投影与机库侧墙之间的夹角α为45°～135°。