CN105256814A - 平衡力均布的鱼腹式平衡梁及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了平衡力均布的鱼腹式平衡梁，包括横杆、竖杆、钢绞线、围檩组件、固定件、八字撑、凸字形件和鱼腹式平衡梁端部，凸字形件衔接拼装于围檩组件的两端，鱼腹式平衡梁端部固设于凸字形件的外侧端，竖杆间隔地分布于围檩组件顶部，且各竖杆与围檩组件的延伸方向垂直，横杆连接于相邻竖杆之间；固定件的一端与竖杆相邻，固定件的另一端与横杆相邻；八字撑连接于竖杆的底部和围檩组件之间；钢绞线跨设于竖杆的顶端，且钢绞线的两端分别锚固连接于鱼腹式平衡梁端部。本发明还公开了所述平衡力均布的鱼腹式平衡梁的设计方法。本发明能将钢绞线的拉力均匀的传递到围檩组件，提供均匀的抵抗力用于抵抗基坑的土压力。

Description

平衡力均布的鱼腹式平衡梁及其设计方法

技术领域

本发明涉及建筑设备领域，尤其涉及平衡力均布的鱼腹式平衡梁及其设计方法。

背景技术

在建筑领域，为了保证基坑围护墙的稳固，现有一种鱼腹式平衡梁支撑系统，即以不同规格型号型钢为材料制作鱼腹梁、对撑、斜撑以及加压端；通过鱼腹梁上的钢绞线以及对撑、斜撑上的千斤顶施加预应力，来控制基坑围护墙的位移。

然而，现有的鱼腹式平衡梁(鱼腹梁)支撑系统具有以下缺陷：

(1)三角形件问题。如中国实用新型专利公开的申请号为201420184216.3的一种土压力平衡梁三角形端部，其三角形件(或称三角件、三角组件)采用了圆筒加弧形板的结构，该结构将导致:

a、空间狭窄，可容穿越的钢绞线数量有限，导致所能提高的平衡力有限，鱼腹梁的最大跨度不大；

b、钢绞线所需要的弯曲的曲率过大，施工时是工人施工的，主要靠人力强制穿越，而且随着已经穿越的钢绞线数量的增加，穿越的难度也随之增加；

c、因为只有三角形件，这导致装配对撑时只能采取三个三角形件组合的方法实现对撑与围檩的连接；在对对撑施加预应力时，将产生一个附加力，进而导致围檩材料用量的增加；

(2)鱼腹梁问题。鱼腹梁通过锚具将钢绞线锚固在鱼腹式平衡梁端部，张拉钢绞线，钢绞线的拉力通过竖杆以及八字撑传递到围檩，但是这个拉力分布在围檩上是非均匀的，中间的分布力大；导致中间的位移大，两端的位移小，进而使位移控制效果不佳。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供平衡力均布的鱼腹式平衡梁，能将钢绞线的拉力均匀的传递到围檩组件，提供均匀的抵抗力用于抵抗基坑的土压力。

本发明的目的之二在于提供所述平衡力均布的鱼腹式平衡梁的设计方法。

本发明的目的之一采用以下技术方案实现：

平衡力均布的鱼腹式平衡梁，包括横杆、竖杆、钢绞线、围檩组件、固定件、八字撑、凸字形件和鱼腹式平衡梁端部，凸字形件衔接拼装于围檩组件的两端，鱼腹式平衡梁端部固设于凸字形件的外侧端，竖杆沿围檩组件的延伸方向间隔地分布于围檩组件顶部，且各竖杆与围檩组件的延伸方向垂直，横杆沿竖杆的延伸方向间隔分布，并连接于相邻竖杆之间；固定件位于竖杆与横杆的相交处，且固定件的一端与竖杆相邻，固定件的另一端与横杆相邻；八字撑连接于竖杆的底部和围檩组件之间；钢绞线跨设于竖杆的顶端，且钢绞线的两端分别锚固连接于鱼腹式平衡梁端部。

优选地，鱼腹式平衡梁端部为三角形件或长方形件。

优选地，竖杆的顶端、三角形件及长方形件均设有分层弧形板，分层弧形板间形成供钢绞线穿入的多层空腔，多层空腔经一楔形钢板分隔。

优选地，长方形件包括两长方形主体以及拼接于两长方形主体间的凸字形拼接件，分层弧形板分别位于两长方形主体的外侧部；长方形主体和凸字形拼接件上设有螺栓孔。

优选地，围檩组件包括型钢围檩以及叠设于型钢围檩上的钢板围檩。

本发明的目的之二采用以下技术方案实现：

应用于所述平衡力均布的鱼腹式平衡梁的设计方法，包括：

a.对于偶数跨的鱼腹式平衡梁，钢绞线与竖杆之间的角度的关系为：

$\frac{\left({\mathrm{sin\α}}_1-{\mathrm{sin\α}}_2\right)\×F}{L_1}=\frac{\left({\mathrm{sin\α}}_2-{\mathrm{sin\α}}_3\right)\×F}{L_2}=.......=\frac{{\mathrm{sin\α}}_{N/2}\×F}{L_{N/2}}---\left(1\right)$

竖杆高度为：

$H_i=\left(L_0+\frac{L_1}{2}\right){\mathrm{sin\α}}_1+\left(\frac{L_1}{2}+\frac{L_2}{2}\right){\mathrm{sin\α}}_2+......+\left(\frac{L_i}{2}+\frac{L_i}{2}\right){\mathrm{sin\α}}_i---\left(2\right)$

b.对于奇数跨的鱼腹式平衡梁，钢绞线与竖杆之间的角度的关系为：

$\frac{\left({\mathrm{sin\α}}_1-{\mathrm{sin\α}}_2\right)\×F}{L_1}=\frac{\left({\mathrm{sin\α}}_2-{\mathrm{sin\α}}_3\right)\×F}{L_2}=.......=\frac{\left({\mathrm{sin\α}}_{\[(N+1)/2-1\]}-{\mathrm{sin\α}}_{(N+1)/2}\right)\×F}{L_{\[(N+1)/2-1\]}}=\frac{2{\mathrm{sin\α}}_{(N+1)/2}\×F}{L_{(N+1)/2}}---\left(3\right)$

竖杆高度为：

$H_i=\left\{\begin{array}{cc}\left(L_0+\frac{L_1}{2}\right){\mathrm{sin\&alpha;}}_1+\left(\frac{L_1}{2}+\frac{L_2}{2}\right){\mathrm{sin\&alpha;}}_2+......+\left(\frac{L_i}{2}+\frac{L_i}{2}\right){\mathrm{sin\&alpha;}}_i& i<(N+1)/2\\ \left(L_0+\frac{L_1}{2}\right){\mathrm{sin\&alpha;}}_1+......+\left(\frac{L_{(N-1)/2-1}}{2}+\frac{L_{(N-1)/2}}{2}\right){\mathrm{sin\&alpha;}}_{(N-1)/2}+\left(\frac{L_{(N+1)/2-1}}{2}+\frac{L_{(N+1)/2}}{2}\right){\mathrm{sin\&alpha;}}_{(N+1)/2}& i=(N+1)/2\end{array}\right.$

$---\left(4\right)$

式中，F是钢绞线的张拉力；α_i是钢绞线与竖杆之间的角度；L_i是八字撑所支撑的围檩宽度。

优选地，设置八字撑呈45°支撑于围檩组件。

优选地，设置各个八字撑的跨度相同。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明通过将钢绞线锚固在鱼腹式平衡梁端部，张拉钢绞线，钢绞线的拉力通过竖杆以及八字撑均匀的传递到围檩组件，提供了能够与通过围护桩传递过来的呈均匀分布土压力平衡的平衡力，控制基坑的位移，而且可以提供均匀的抵抗力用于抵抗基坑的土压力，将基坑的土压力转移到外部鱼腹式平衡梁支撑系统的对撑和角撑。

附图说明

图1为本发明平衡力均布的鱼腹式平衡梁的结构示意图；

图2为本发明三角形件的结构示意图；

图3为本发明凸字形件的结构示意图；

图4为本发明整体式长方形件的结构示意图；

图5为本发明分体式长方形件的分解示意图；

图6为本发明竖杆顶端设置分层弧形板的结构示意图；

图7为本发明八字撑各杆件的刚度示意图。

图中：1、横杆；2、竖杆；3、钢绞线；4、围檩组件；41、型钢围檩；42、钢板围檩；5、固定件；6、八字撑；7、凸字形件；8、鱼腹式平衡梁端部；81、三角形件；82、长方形件；821、长方形主体；822、凸字形拼接件；9、分层弧形板；10、楔形钢板。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

如图1所示的平衡力均布的鱼腹式平衡梁，包括横杆1、竖杆2、钢绞线3、围檩组件4、固定件5、八字撑6、凸字形件7和鱼腹式平衡梁端部8，凸字形件7衔接拼装于围檩组件4的两端，鱼腹式平衡梁端部8固设于凸字形件7的外侧端，竖杆2沿围檩组件4的延伸方向间隔地分布于围檩组件4顶部，且各竖杆2与围檩组件4的延伸方向垂直，横杆1沿竖杆2的延伸方向间隔分布，并连接于相邻竖杆2之间；固定件5位于竖杆2与横杆1的相交处，且固定件5的一端与竖杆2相邻，固定件5的另一端与横杆1相邻；八字撑6连接于竖杆2的底部和围檩组件4之间；钢绞线3跨设于竖杆2的顶端，且钢绞线3的两端分别锚固连接于鱼腹式平衡梁端部8。

将钢绞线3锚固在鱼腹式平衡梁端部8，张拉钢绞线3，钢绞线3的拉力通过竖杆2以及八字撑6均匀的传递到围檩组件4，提供了能够与通过围护桩传递过来的呈均匀分布土压力平衡的平衡力，控制基坑的位移，而且可以提供均匀的抵抗力用于抵抗基坑的土压力，将基坑的土压力转移到外部鱼腹式平衡梁支撑系统的对撑和角撑。

横杆1可防止竖杆2偏移，具体是，在张拉鱼腹式平衡梁的钢绞线3时，采取一端锚固，一端张拉的顺序；在没有横杆1与固定件5时，单根钢绞线3张拉值一般在250KN-300KN，容易导致竖杆2偏移，本例所设置的横杆1和固定件5可解决该问题。

其中，鱼腹式平衡梁端部8的作用是为钢绞线3提供锚固端部，钢绞线3与该鱼腹式平衡梁端部8的锚固可通过锚具实现。竖杆2、八字撑6沿围檩的延伸方向均布，更利于均匀分布平衡力。如图3所示，凸字形件7可以起到传递力的作用，消除了没有凸字形件7时只能通过螺栓传递力的情况，对应可在凸字形件7上设置螺栓孔用于连接传力。围檩组件4包括型钢围檩41以及叠设于型钢围檩41上的钢板围檩42。

本例的鱼腹式平衡梁端部8为三角形件81或长方形件82。

优选地，如图2所示，竖杆2的顶端、三角形件81及长方形件82均设有分层弧形板9，分层弧形板9间形成供钢绞线3穿入的多层空腔，多层空腔经一楔形钢板10分隔。采取了与钢绞线3走向成切线的内楔钢板的分层弧形板结构，使得钢绞线3的数量可以随着分层弧形板的层数增加而增加，而且施工钢绞线3穿越极其方便。锚具可采取长方形锚具，与分层弧形板结构对应，能够分层张拉钢绞线3，而且能够左右端部对称张拉。

如图6所示，竖杆2顶端的分层弧形板9，与钢绞线3相切，分层弧形板9之间的空腔以能够顺利穿越钢绞线3为准，其作用是与鱼腹式平衡梁端部8的分层弧形板结构相协调，且使得钢绞线3可以分层次，互相独立，消除了钢绞线3之间的相互缠绕，避免相互缠绕导致钢绞线3的张拉力的实际利用率不高问题。

如图4所示，长方形件82可以是整体的一体式结构，也可采用如图5所示的分体式结构。对于分体式结构：长方形件82包括两长方形主体821以及拼接于两长方形主体821间的凸字形拼接件822，分层弧形板9分别位于两长方形主体821的外侧部；长方形主体821和凸字形拼接件822上设有螺栓孔，通过螺栓孔，可使各长方形主体821、凸字形拼接件822相互之间能与其它构件通过螺栓连接。整体式的长方形件82或分体式长方形件82，可以消除采用三角形件81组合而导致的对围檩组件4的附加力，可使外部支撑系统对撑力经过长方形件82之后不会导致附加力产生。

为保证钢绞线3的拉力通过竖杆2以及八字撑6传递到围檩，提供了能够与通过围护桩传递过来的呈均匀分布土压力平衡的平衡力是均匀的，钢绞线3与竖杆2之间的角度应以及八字撑6各个杆件刚度应该符合以下关系。应用于所述平衡力均布的鱼腹式平衡梁的设计方法，包括：

a.对于偶数跨的鱼腹式平衡梁，钢绞线3与竖杆2之间的角度的关系为：

$\frac{\left({\mathrm{sin\&alpha;}}_1-{\mathrm{sin\&alpha;}}_2\right)\&times;F}{L_1}=\frac{\left({\mathrm{sin\&alpha;}}_2-{\mathrm{sin\&alpha;}}_3\right)\&times;F}{L_2}=.......=\frac{{\mathrm{sin\&alpha;}}_{N/2}\&times;F}{L_{N/2}}---\left(1\right)$

竖杆2高度为：

$H_i=\left(L_0+\frac{L_1}{2}\right){\mathrm{sin\&alpha;}}_1+\left(\frac{L_1}{2}+\frac{L_2}{2}\right){\mathrm{sin\&alpha;}}_2+......+\left(\frac{L_i}{2}+\frac{L_i}{2}\right){\mathrm{sin\&alpha;}}_i---\left(2\right)$

b.对于奇数跨的鱼腹式平衡梁，钢绞线3与竖杆2之间的角度的关系为：

$\frac{\left({\mathrm{sin\&alpha;}}_1-{\mathrm{sin\&alpha;}}_2\right)\&times;F}{L_1}=\frac{\left({\mathrm{sin\&alpha;}}_2-{\mathrm{sin\&alpha;}}_3\right)\&times;F}{L_2}=.......=\frac{\left({\mathrm{sin\&alpha;}}_{\&lsqb;(N+1)/2-1\&rsqb;}-{\mathrm{sin\&alpha;}}_{(N+1)/2}\right)\&times;F}{L_{\&lsqb;(N+1)/2-1\&rsqb;}}=\frac{2{\mathrm{sin\&alpha;}}_{(N+1)/2}\&times;F}{L_{(N+1)/2}}$

$---\left(3\right)$

竖杆2高度为：

$H_i=\left\{\begin{array}{cc}\left(L_0+\frac{L_1}{2}\right){\mathrm{sin\&alpha;}}_1+\left(\frac{L_1}{2}+\frac{L_2}{2}\right){\mathrm{sin\&alpha;}}_2+......+\left(\frac{L_i}{2}+\frac{L_i}{2}\right){\mathrm{sin\&alpha;}}_i& i<(N+1)/2\\ \left(L_0+\frac{L_1}{2}\right){\mathrm{sin\&alpha;}}_1+......+\left(\frac{L_{(N-1)/2-1}}{2}+\frac{L_{(N-1)/2}}{2}\right){\mathrm{sin\&alpha;}}_{(N-1)/2}+\left(\frac{L_{(N+1)/2-1}}{2}+\frac{L_{(N+1)/2}}{2}\right){\mathrm{sin\&alpha;}}_{(N+1)/2}& i=(N+1)/2\end{array}\right.---\left(4\right)$

式中，F是钢绞线3的张拉力；α_i是钢绞线3与竖杆2之间的角度；L_i是八字撑6所支撑的围檩宽度。

例如：6组均匀分布八字撑6的鱼腹式平衡梁的钢绞线3与竖杆2之间的角度的关系是：

$\frac{({\mathrm{sin\&alpha;}}_1-{\mathrm{sin\&alpha;}}_2)\&times;F}{L_1}=\frac{({\mathrm{sin\&alpha;}}_2-{\mathrm{sin\&alpha;}}_3)\&times;F}{L_1}=\frac{{\mathrm{sin\&alpha;}}_3\&times;F}{L_3}$

竖杆2高度是：

$H_1=(L_0+\frac{L_1}{2}){\mathrm{sin\&alpha;}}_1$

$H_2=(L_0+\frac{L_1}{2}){\mathrm{sin\&alpha;}}_1+(\frac{L_1}{2}+\frac{L_2}{2}){\mathrm{sin\&alpha;}}_2$

$H_3=(L_0+\frac{L_1}{2}){\mathrm{sin\&alpha;}}_1+(\frac{L_1}{2}+\frac{L_2}{2}){\mathrm{sin\&alpha;}}_2+(\frac{L_2}{2}+\frac{L_3}{2}){\mathrm{sin\&alpha;}}_3$

为实现平衡力均匀分布的目的，要求从竖杆2传递过来的力通过八字撑6之后能够均匀的分布在围檩上；设置八字撑6呈45°支撑于围檩组件4，且各个八字撑6以跨度相同为宜；八字撑6各个杆件刚度，如图7所示，必须符合公式关系:

即，A₁＝A₂＝A₃＝A₄＝A₅＝A₆＝......＝A_N-5＝A_N-4＝A_N-3＝A_N-2＝A_N-1＝A_N

K为八字撑6各杆件的刚度。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.平衡力均布的鱼腹式平衡梁，其特征在于，包括横杆、竖杆、钢绞线、围檩组件、固定件、八字撑、凸字形件和鱼腹式平衡梁端部，凸字形件衔接拼装于围檩组件的两端，鱼腹式平衡梁端部固设于凸字形件的外侧端，竖杆沿围檩组件的延伸方向间隔地分布于围檩组件顶部，且各竖杆与围檩组件的延伸方向垂直，横杆沿竖杆的延伸方向间隔分布，并连接于相邻竖杆之间；固定件位于竖杆与横杆的相交处，且固定件的一端与竖杆相邻，固定件的另一端与横杆相邻；八字撑连接于竖杆的底部和围檩组件之间；钢绞线跨设于竖杆的顶端，且钢绞线的两端分别锚固连接于鱼腹式平衡梁端部。

2.根据权利要求1所述的平衡力均布的鱼腹式平衡梁，其特征在于，鱼腹式平衡梁端部为三角形件或长方形件。

3.根据权利要求2所述的平衡力均布的鱼腹式平衡梁，其特征在于，竖杆的顶端、三角形件及长方形件均设有分层弧形板，分层弧形板间形成供钢绞线穿入的多层空腔，多层空腔经一楔形钢板分隔。

4.根据权利要求3所述的平衡力均布的鱼腹式平衡梁，其特征在于，长方形件包括两长方形主体以及拼接于两长方形主体间的凸字形拼接件，分层弧形板分别位于两长方形主体的外侧部；长方形主体和凸字形拼接件上设有螺栓孔。

5.根据权利要求1所述的平衡力均布的鱼腹式平衡梁，其特征在于，围檩组件包括型钢围檩以及叠设于型钢围檩上的钢板围檩。

6.应用于权利要求1-5任一项所述平衡力均布的鱼腹式平衡梁的设计方法，其特征在于，包括：

a.对于偶数跨的鱼腹式平衡梁，钢绞线与竖杆之间的角度的关系为：

$\frac{({\mathrm{sin\&alpha;}}_1-{\mathrm{sin\&alpha;}}_2)\&times;F}{L_1}=\frac{({\mathrm{sin\&alpha;}}_2-{\mathrm{sin\&alpha;}}_3)\&times;F}{L_2}=\mathrm{.......}=\frac{{\mathrm{sin\&alpha;}}_{N/2}\&times;F}{L_{N/2}}---\left(1\right)$

竖杆高度为：

$H_i=(L_0+\frac{L_1}{2}){\mathrm{sin\&alpha;}}_1+(\frac{L_1}{2}+\frac{L_2}{2}){\mathrm{sin\&alpha;}}_2+\mathrm{......}+(\frac{L_i}{2}+\frac{L_i}{2}){\mathrm{sin\&alpha;}}_i---\left(2\right)$

b.对于奇数跨的鱼腹式平衡梁，钢绞线与竖杆之间的角度的关系为：

$\frac{({\mathrm{sin\&alpha;}}_1-{\mathrm{sin\&alpha;}}_2)\&times;F}{L_1}=\frac{({\mathrm{sin\&alpha;}}_2-{\mathrm{sin\&alpha;}}_3)\&times;F}{L_2}=\mathrm{.......}=\frac{({\mathrm{sin\&alpha;}}_{\&lsqb;(N+1)/2-1\&rsqb;}-{\mathrm{sin\&alpha;}}_{(N+1)/2})\&times;F}{L_{\&lsqb;(N+1)/2-1\&rsqb;}}=\frac{2{\mathrm{sin\&alpha;}}_{(N+1)/2}\&times;F}{L_{(N+1)/2}}---\left(3\right)$

竖杆高度为：

$H_i=\left\{\begin{array}{cc}(L_0+\frac{L_1}{2}){\mathrm{sin\&alpha;}}_1+(\frac{L_1}{2}+\frac{L_2}{2}){\mathrm{sin\&alpha;}}_2+\mathrm{......}+(\frac{L_i}{2}+\frac{L_i}{2}){\mathrm{sin\&alpha;}}_i& i<(N+1)/2\\ (L_0+\frac{L_1}{2}){\mathrm{sin\&alpha;}}_1+\mathrm{......}+(\frac{L_{(N-1)/2-1}}{2}+\frac{L_{(N-1)/2}}{2}){\mathrm{sin\&alpha;}}_{(N-1)/2}+(\frac{L_{(N+1)/2-1}}{2}+\frac{L_{(N+1)/2}}{2}){\mathrm{sin\&alpha;}}_{(N+1)/2}& i=(N+1)/2\end{array}\right.---\left(4\right)$

式中，F是钢绞线的张拉力；α_i是钢绞线与竖杆之间的角度；L_i是八字撑所支撑的围檩宽度。

7.根据权利要求6所述平衡力均布的鱼腹式平衡梁的设计方法，其特征在于，设置八字撑呈45°支撑于围檩组件。

8.根据权利要求7所述平衡力均布的鱼腹式平衡梁的设计方法，其特征在于，设置各个八字撑的跨度相同。