CN105756195A - 一种能够提高群柱失稳荷载的杂交网格筒 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够提高群柱失稳荷载的杂交网格筒，涉及结构工程技术领域。杂交网格筒包括钢网格筒、外压环、预应力索盘和空间斜向辐射预应力拉索。多道外压环沿高度方向内嵌于钢网格筒，预应力索盘设在钢网格筒轴心处，且沿高度方向与外压环错位设置，空间斜向辐射预应力拉索斜向连接于外压环和预应力索盘之间，三者共同组成杂交网格筒的内部空间索撑体系。该索撑体系在水平面内相当于在网格筒内沿高度方向嵌入若干车辐式刚性盘，能有效约束网格筒的面外变形，降低网格筒对初始几何缺陷的敏感性，进而提高网格筒的群柱失稳荷载；在竖向平面内则与网格筒共同组成桁架体系，提升网格筒的抗侧刚度和承载力，因而是一种高效经济的新型结构体系。

Description

一种能够提高群柱失稳荷载的杂交网格筒

技术领域

本发明涉及结构工程技术领域，尤其涉及一种新型杂交网格筒，特别是涉及一种能够提高群柱失稳荷载的杂交网格筒。

背景技术

作为竖向荷载的承力结构，双曲面或柱面网格筒由于其美观的外形和良好的通透效果，近年来工程应用愈来愈多。最典型的莫属中国动漫博物馆及广州新电视塔，前者采用了双曲面菱形网格筒，后者采用了刚度方向有明显差异的三向网格筒。

无论是双曲面网格筒还是柱面网格筒，在竖向荷载(重力荷载)及弯矩(风或地震)作用下，由于其平面尺寸较大不会发生筒体整体失稳，但极易发生筒体局部的大面积面外失稳破坏，称为群柱失稳。由于筒体外围构件(网格柱)沿径向无任何水平支撑，群柱失稳时失稳荷载较低，是制约网格筒结构设计经济性的主要原因。

网格筒的群柱失稳荷载与其高度和直径有密切关系，随着网格筒外形尺度增大、特别是平面尺寸增大其群柱失稳荷载将急剧下降，因而为满足承载力要求需增大网格筒外围构件(网格柱)的尺寸，但这将降低网格筒结构的通透性，且设计经济性较差。

基于这种情况，寻求竖向承载更加高效、结构设计更加经济的网格筒型式是结构工程界的当务之急。很显然，仅仅从改变筒体的网格型式或者增加网格厚度，是一种浪费材料且对竖向承载力提高不大的方法，因而要从结构体型和结构体系方面寻求解决方案。

发明内容

为提高网格筒结构的承载效率和设计经济性，本发明提出了一种能够提高群柱失稳荷载的杂交网格筒。所述杂交网格筒包括：钢网格筒、外压环、预应力索盘和空间斜向辐射预应力拉索；所述外压环根据实际需求沿高度方向多道设置，内嵌于所述钢网格筒内；所述预应力索盘放置在所述钢网格筒轴心位置，且沿高度方向与所述外压环错位设置；所述空间斜向辐射预应力拉索斜向连接于所述外压环和所述预应力索盘之间。

在上述杂交网格筒中，所述钢网格筒包括：网格柱和环梁；所述网格柱沿两向交叉布置，组成柱面或双曲面网格筒壳；所述环梁设置在所述钢网格筒的顶部和底部，分别与所述网格柱的顶部和底部连接。所述钢网格筒还在顶部环梁的下侧和底部环梁的上侧分别沿环向均匀设置8个耳板以与相对应的所述空间斜向辐射预应力拉索铰接连接。

在上述杂交网格筒中，所述外压环包括：环形梁、连接短柱和耳板；多个所述连接短柱设置在所述环形梁的外周壁上以与对应网格柱焊接连接；所述耳板在所述环形梁内侧上下分别沿环向均匀对称设置8个以与相对应的所述空间斜向辐射预应力拉索铰接连接。

在上述杂交网格筒中，所述预应力索盘包括：芯柱、环板和耳板；所述芯柱设置在所述预应力索盘的中心；所述环板外套在所述芯柱的中部；所述耳板在所述芯柱的外周壁的上下侧分别沿环向均匀对称设置8个以与相对应的所述空间斜向辐射预应力拉索铰接连接。

在上述杂交网格筒中，所述空间斜向辐射预应力拉索的两端分别设置叉耳以与相对应的设置在所述环梁、外压环和预应力索盘上的耳板铰接连接。

本发明提出的能够显著提高群柱失稳荷载的新型杂交网格筒，在内部增设了由外压环、预应力索盘和空间斜向辐射预应力拉索组成的索撑体系，这样形成的杂交网格筒具备如下优点：

(1)能有效防止网格筒发生群柱失稳，提高网格筒在竖向荷载作用下的群柱失稳荷载。由外压环、预应力索盘和空间斜向辐射预应力拉索组成的索撑体系，在水平方向上相当于在网格筒内部沿高度方向嵌入了若干个车辐式刚性盘，施加了预应力的拉索能够有效的约束与协调网格柱的面外变形，进而阻止群柱失稳模式的出现。

(2)能够有效地提高网格筒的抗侧刚度和承载能力。传统双曲面钢网格筒或柱面钢网格筒在风、地震等水平荷载作用下的承载机理类似于悬臂柱，其抗侧刚度与承载力较弱。而所述的杂交网格筒，其内部增设的由外压环、预应力索盘和空间斜向辐射预应力拉索组成的索撑体系，在竖向平面内与外围网格筒共同组成稳固的桁架体系，能够显著的提高网格筒的抗侧刚度和承载能力。由于拉索施加了一定水平的预应力，能保证这种桁架体系始终处于正常工作状态，不会由于钢网格筒变形使索松弛而退出工作。

(3)能够有效地降低网格筒对几何初始缺陷的敏感性。传统双曲面钢网格筒或柱面钢网格筒在竖向荷载或水平荷载作用下，网格柱处于竖向受压状态，群柱失稳对筒体的初始几何缺陷具有较大的敏感性；在网格筒内部增设的由外压环、预应力索盘和空间斜向辐射预应力拉索组成的索撑体系，能够有效的约束和协调网格柱的局部变形，因而极大地降低了网格筒对几何初始缺陷的敏感性，进而防止了网格筒群柱失稳模式的过早发生。

(4)提高结构体系的经济性和合理性。传统双曲面钢网格筒或柱面钢网格筒通过增大网格柱的截面尺寸，提高网格柱的抗弯刚度和抗弯承载力，进而达到减小网格筒面外变形、提高群柱失稳荷载的目的。而本发明提出的杂交网格筒通过预应力拉索约束网格筒的面外变形，利用的是预应力拉索的轴向刚度和轴向承载力，相较于构件抗弯有着更直接的约束效果和更高的材料利用率，因而是更合理更经济的结构体系。

附图说明

图1为所述杂交网格筒的三维图，当钢网格筒采用双曲面网格筒时；

图2为所述双曲面网格筒的分解图；

图3为所述索撑系统的三维图，当钢网格筒采用双曲面网格筒时；

图4为所述杂交网格筒的三维图，当钢网格筒采用柱面网格筒时；

图5为所述柱面网格筒的分解图；

图6为所述索撑系统的三维图，当钢网格筒采用柱面网格筒时；

图7为所述索撑系统基本单元的分解图；

图8为所述环梁三维图；

图9为所述外压环的三维图；

图10为所述预应力索盘的三维图；

图11为所述空间斜向辐射预应力拉索的三维图；

图12为所述空间斜向辐射预应力拉索铰接连接的分解图。

具体实施方式

下面结合附图1～图12，详细说明本发明的实施方式。

如图1、图4所示，一种能够提高群柱失稳荷载的新型杂交网格筒包括以下部件：

1——钢网格筒，包括两种形式：1-1——双曲面网格筒、1-2——柱面网格筒；

2——外压环；

3——预应力索盘；

4——空间斜向辐射预应力拉索。

如图1～图7所示，一种能够提高群柱失稳荷载的杂交网格筒由钢网格筒1、外压环2、预应力索盘3和空间斜向辐射预应力拉索4组成。钢网格筒1可采用双曲面网格筒1-1或柱面网格筒1-2；外压环2可根据实际需求沿高度方向多道设置，内嵌于钢网格筒1内；预应力索盘3放置在钢网格筒1轴心位置，且沿高度方向与外压环2错位设置；空间斜向辐射预应力拉索4斜向连接于外压环2和预应力索盘3之间。

如图2、图5所示，钢网格筒1由网格柱5和环梁6组成。网格柱5两向交叉布置组成柱面或双曲面网格筒壳；环梁6有两道，顶部环梁6-1和底部环梁6-2，分别设置在钢网格筒1的顶部和底部，并分别与所述网格柱5的顶部和底部连接。

如图2、5、8所示，在顶部环梁6-1的下侧和底部环梁6-2的上侧分别沿环向均匀设置8个耳板7以与相对应的空间斜向辐射预应力拉索4铰接连接。

如图3、6、7、9所示，外压环2由环形梁8、连接短柱9和耳板10组成。多个连接短柱9设置在环形梁8的外周壁上以与对应网格柱5焊接连接；耳板10在环形梁8内侧上下分别沿环向均匀对称设置8个以与相对应的空间斜向辐射预应力拉索4铰接连接。

如图3、6、7、10所示，预应力索盘3由芯柱11、环板12和耳板13组成。芯柱11设置在预应力索盘3的中心，环板12外套在芯柱11的中部，耳板13在芯柱11的外周壁的上下侧分别沿环向均匀对称设置8个以与相对应的空间斜向辐射预应力拉索4铰接连接。

如图3，6，7，11所示，空间斜向辐射预应力拉索4的两端分别设置叉耳14以与相对应的设置在环梁6、外压环2和预应力索盘3上的耳板7、10、13铰接连接。

如图3、6、7、12所示，空间斜向辐射预应力拉索4与设置在环梁6、外压环2或预应力索盘3上的耳板7、10、13的连接方式为铰接。采用销轴15穿过叉耳14和耳板7、10、13上的销轴孔16将两者连接在一起。

Claims (6)

1.一种能够提高群柱失稳荷载的杂交网格筒，其特征在于，所述杂交网格筒包括：钢网格筒、外压环、预应力索盘和斜向辐射预应力拉索斜；所述外压环根据实际需求沿高度方向多道设置，内嵌于所述钢网格筒内；所述预应力索盘放置在所述钢网格筒轴心位置，且沿高度方向与所述外压环错位设置；所述空间斜向辐射预应力拉索斜向连接于所述外压环和所述预应力索盘之间。

2.根据权利要求1所述的一种能够提高群柱失稳荷载的杂交网格筒，其特征在于，所述钢网格筒包括：网格柱和环梁；所述网格柱沿两向交叉布置，组成柱面或双曲面网格筒壳；所述环梁设置在所述钢网格筒的顶部和底部，分别与所述网格柱的顶部和底部连接。

3.根据权利要求1所述的一种能够提高群柱失稳荷载的杂交网格筒，其特征在于，所述钢网格筒还在顶部环梁的下侧和底部环梁的上侧分别沿环向均匀设置8个耳板，以与相对应的所述空间斜向辐射预应力拉索铰接连接。

4.根据权利要求1所述的一种能够提高群柱失稳荷载的杂交网格筒筒，其特征在于，所述外压环包括：环形梁、连接短柱和耳板；多个所述连接短柱设置在所述环形梁的外周壁上，以与对应网格柱焊接连接；所述耳板在所述环形梁内侧上下分别沿环向均匀对称设置8个，以与相对应的所述空间斜向辐射预应力拉索铰接连接。

5.根据权利要求1所述的一种能够提高群柱失稳荷载的杂交网格筒，其特征在于，所述预应力索盘包括：芯柱、环板和耳板；所述芯柱设置在所述预应力索盘的中心；所述环板外套在所述芯柱的中部；所述耳板在所述芯柱的外周壁的上下侧分别沿环向均匀对称设置8个，以与相对应的所述空间斜向辐射预应力拉索铰接连接。

6.根据权利要求1所述的一种能够提高群柱失稳荷载的杂交网格筒，其特征在于，所述空间斜向辐射预应力拉索的两端分别设置叉耳以与相对应的设置在所述环梁、外压环和预应力索盘上的耳板铰接连接。