CN109537790A - 一种用于cfrp索弦支穹顶结构的多向节点连接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于CFRP索弦支穹顶结构的多向节点连接装置，包括固定端主体、径向锚固部件、竖向撑杆连接部件和斜向支撑连接部件；所述固定端主体上面固定安装竖向撑杆连接部件，用于连接竖直方向的杆件；所述固定端主体底部设有圆弧形凹槽和盖板，用于固定环向CFRP索；所述竖向撑杆连接部件与固定端主体之间设有所述径向锚固部件和斜向支撑连接部件，用于分别连接径向和斜向的杆件。本发明有效的将CFRP径索、CFRP环索、竖向撑杆和斜向支撑等多方向杆件连接在一起共同工作，同时改善CFRP索抗剪能力差和预应力损失较大的不足。

Description

一种用于CFRP索弦支穹顶结构的多向节点连接装置
技术领域
本发明涉及土木建筑领域或者钢结构节点技术领域，特别涉及一种用于CFRP索弦支穹顶结构的多向节点连接装置。
背景技术
弦支穹顶是一种预应力大跨空间钢结构形式，由于结构效能高、易实现自平衡受力等优点，在实际工程中应用非常广泛。索是弦支穹顶结构的关键构件，但随着弦支穹顶结构对跨度和全寿命周期设计等方面的要求越来越高，传统的钢索逐渐难以适应这一发展要求。
CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer，碳纤维增强复合材料)索具有轻质高强、耐腐蚀性好等优点，用CFRP索代替钢索形成新的CFRP索弦支穹顶结构可以更加充分地发挥弦支穹顶结构高性能的特点，使该结构的应用和发展前景更加广阔。CFRP索弦支穹顶是一种复合结构，CFRP环索、CFRP径索和竖向撑杆及斜向支撑的节点连接是其设计与施工的重要内容之一。但是CFRP索具有抗剪性能较差、易发生弯折破坏以及表面有刻痕摩擦系数较高等特点，若采用常规的钢索节点连接装置，CFRP环索在节点处的预应力损失较大，且容易发生弯折或剪切破坏。常规的钢索节点连接装置无法实现将环索、径索等多方向杆件连接在一起共同工作，这样造成实际建工制作中钢索节点的浪费，成本的增加。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种用于CFRP索弦支穹顶结构的多向节点连接装置，有效的将CFRP径索、CFRP环索、竖向撑杆和斜向支撑等多方向杆件连接在一起共同工作，同时改善CFRP索抗剪能力差和预应力损失较大的不足。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种用于CFRP索弦支穹顶结构的多向节点连接装置，包括固定端主体、径向锚固部件、竖向撑杆连接部件和斜向支撑连接部件；所述固定端主体上面固定安装竖向撑杆连接部件，用于连接竖直方向的杆件；所述固定端主体底部设有圆弧形凹槽和盖板，用于固定环向CFRP索；所述竖向撑杆连接部件与固定端主体之间设有所述径向锚固部件和斜向支撑连接部件，用于分别连接径向和斜向的杆件。
进一步，所述固定端主体包括底座、支撑套筒、倾斜耳板和斜向耳板；所述底座底部设有圆弧形凹槽，所述圆弧形凹槽内穿过CFRP环索，且所述圆弧形凹槽的曲率与CFRP环索的曲率一致；所述支撑套筒安装在底座顶部，所述支撑套筒与底座之间安装倾斜耳板和斜向耳板，所述倾斜耳板与圆弧形凹槽的径向平行，所述斜向耳板与倾斜耳板垂直。
进一步，所述倾斜耳板与底座夹角为18-20°；所述斜向耳板与底座夹角为14-16°。
进一步，还包括盖板，所述盖板安装在圆弧形凹槽上，用于防止所述CFRP环索滑出。
进一步，位于所述圆弧形凹槽内的CFRP环索上安装聚四氟乙烯套筒。
进一步，所述竖向撑杆连接部件与支撑套筒连接。
进一步，所述径向锚固部件包括CFRP径索和锚固套筒；所述锚固套筒通过旋转副与倾斜耳板连接，所述锚固套筒内锚固CFRP径索。
进一步，所述斜向支撑连接部件包括斜向支撑和索头，所述索头通过旋转副与斜向耳板连接，斜向支撑与索头连接。
进一步，两个所述斜向耳板安装在支撑套筒两侧，每个所述斜向耳板上均安装斜向支撑连接部件。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的用于CFRP索弦支穹顶结构的多向节点连接装置，有效的将CFRP径索、CFRP环索、竖向撑杆和斜向支撑等多方向杆件连接在一起共同工作，同时改善CFRP索抗剪能力差和预应力损失较大的不足。
2.本发明所述的用于CFRP索弦支穹顶结构的多向节点连接装置，结构简单，质量轻，安装方便，成本低。
3.本发明所述的用于CFRP索弦支穹顶结构的多向节点连接装置，通过CFRP环索上安装聚四氟乙烯套筒，减少环索CFRP筋与固定端主体之间的摩擦力，避免CFRP环索因两者之间的摩擦而引起弯曲破坏，同时可以减小预应力损失。
附图说明
图1为本发明所述的用于CFRP索弦支穹顶结构的多向节点连接装置总图。
图2为本发明所述的固定端主体三维图。
图3为本发明所述的固定端主体上凹槽的位置。
图4为本发明所述的固定端主体底部环索安装位置图。
图5为本发明所述的径向锚固部件爆炸图。
图6为本发明所述的斜向支撑连接部件爆炸图。
图中：
1-固定端主体；2-径向锚固部件；3-竖向撑杆连接部件；4-斜向支撑连接部件；1-1-CFRP环索；1-2-第一凹槽；1-3-卡槽；1-4-圆弧形凹槽；1-5-聚四氟乙烯套管；1-6-盖板；1-7-螺钉；1-8-螺钉孔；2-1-CFRP径索；2-2-倾斜耳板；2-3-第一螺栓；2-4-U型索头；2-5-锚固套筒；3-1-端部外侧带螺纹的竖向撑杆；3-2-第二凹槽；3-3-第三凹槽；3-4-支撑套筒；4-1-斜向支撑；4-2-斜向耳板；4-3-第二螺栓；4-4-索头。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，本发明所述的用于CFRP索弦支穹顶结构的多向节点连接装置，包括固定端主体1、径向锚固部件2、竖向撑杆连接部件3和斜向支撑连接部件4；所述固定端主体1上面固定安装竖向撑杆连接部件3，用于连接竖直方向的杆件；所述固定端主体1底部内穿有CFRP环索1-1；所述竖向撑杆连接部件3与固定端主体1之间设有所述径向锚固部件2和斜向支撑连接部件4，用于分别连接径向和斜向的杆件。
如图2和图3所示，所述固定端主体1包括底座、支撑套筒3-4、倾斜耳板2-2和斜向耳板4-2；所述底座底部设有圆弧形凹槽1-4，所述圆弧形凹槽1-4内穿过CFRP环索1-1，且所述圆弧形凹槽1-4的曲率与CFRP环索1-1的曲率一致；所述支撑套筒3-4安装在底座顶部，所述支撑套筒3-4圆柱表面上设有第二凹槽3-2和第三凹槽3-3，所述底座上表面设有与第二凹槽3-2连通的第一凹槽1-2，所述斜向耳板4-2安装在第二凹槽3-2与第一凹槽1-2之间；所述底座上表面设有与第三凹槽3-3连通的卡槽1-3，所述倾斜耳板2-2安装在第三凹槽3-3与卡槽1-3之间；所述倾斜耳板2-2与圆弧形凹槽1-4的径向平行，所述斜向耳板4-2与倾斜耳板2-2垂直。第一凹槽1-2和第二凹槽3-2深度均约为1mm，用以有效的固定斜向耳板4-2；第三凹槽3-3和卡槽1-3的深度约为1mm，宽度约为6mm，以有效固定倾斜耳板2-2。所述倾斜耳板2-2与底座夹角为18-20°；所述斜向耳板4-2与底座夹角为14-16°。
如图4所示，位于所述圆弧形凹槽1-4内的CFRP环索1-1上安装聚四氟乙烯套筒1-5，减少CFRP环索1-1筋与固定端主体1之间的摩擦力，避免CFRP环索1-1因两者之间的摩擦而引起弯曲破坏，同时可以减小预应力损失。盖板1-6通过螺钉1-7与固定端主体1连接，防止CFRP环索1-1在受力过程中从圆弧形凹槽1-4中滑出。
如图5所示，所述径向锚固部件2包括CFRP径索2-1、第一螺栓2-3、U型索头2-4和锚固套筒2-5；所述锚固套筒2-5一端设有U型索头2-4，所述U型索头2-4通过第一螺栓2-3与倾斜耳板2-2连接，所述U型索头2-4与倾斜耳板2-2可相对旋转运动。所述锚固套筒2-5另一端内设有CFRP径索2-1。在实验模型中第一螺栓2-3采用普通螺栓，在实际CFRP弦支穹顶结构中由于索受力较大采用高强螺栓。
如图1所示，竖向撑杆3-1垂直插装在支撑套筒3-4内，竖向撑杆通过螺纹旋进支撑套筒3-4，通过旋进的深度调节竖向撑杆的长度。
如图6所示，所述斜向支撑连接部件4包括斜向支撑4-1、第二螺栓4-3和索头4-4，所述索头4-4通过第二螺栓4-3与斜向耳板4-2连接，斜向支撑4-1与索头4-4连接，索头4-4与斜向耳板4-2可相对旋转。
上述CFRP环索1-1为直径8mm的CFRP筋制成的拉索；CFRP径索为直径5mm的CFRP筋制成的拉索；竖向撑杆3-1是Q235碳素结构钢制成的实心钢棒；斜向支撑4-1为Q235碳素结构钢制成的普通拉杆。所述用于CFRP索弦支穹顶结构的多向节点连接装置的材料采用Q235碳素结构钢，结构简单，质量轻，用于直径为4m的CFRP索弦支穹顶模型，节点质量557g。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于CFRP索弦支穹顶结构的多向节点连接装置，其特征在于，包括固定端主体(1)、径向锚固部件(2)、竖向撑杆连接部件(3)和斜向支撑连接部件(4)；所述固定端主体(1)上面固定安装竖向撑杆连接部件(3)，用于连接竖直方向的杆件；所述固定端主体(1)底部内穿有CFRP环索(1-1)；所述竖向撑杆连接部件(3)与固定端主体(1)之间设有所述径向锚固部件(2)和斜向支撑连接部件(4)，用于分别连接径向和斜向的杆件。
2.根据权利要求1所述的用于CFRP索弦支穹顶结构的多向节点连接装置，其特征在于，所述固定端主体(1)包括底座、支撑套筒(3-4)、倾斜耳板(2-2)和斜向耳板(4-2)；所述底座底部设有圆弧形凹槽(1-4)，所述圆弧形凹槽(1-4)内穿过CFRP环索(1-1)，且所述圆弧形凹槽(1-4)的曲率与CFRP环索(1-1)的曲率一致；所述支撑套筒(3-4)安装在底座顶部，所述支撑套筒(3-4)与底座之间安装倾斜耳板(2-2)和斜向耳板(4-2)，所述倾斜耳板(2-2)与圆弧形凹槽(1-4)的径向平行，所述斜向耳板(4-2)与倾斜耳板(2-2)垂直。
3.根据权利要求2所述的用于CFRP索弦支穹顶结构的多向节点连接装置，其特征在于，所述倾斜耳板(2-2)与底座夹角为18°-20°；所述斜向耳板(4-2)与底座夹角为14°-16°。
4.根据权利要求2所述的用于CFRP索弦支穹顶结构的多向节点连接装置，其特征在于，还包括盖板(1-6)，所述盖板(1-6)安装在圆弧形凹槽(1-4)上，用于防止所述CFRP环索(1-1)滑出。
5.根据权利要求2所述的用于CFRP索弦支穹顶结构的多向节点连接装置，其特征在于，位于所述圆弧形凹槽(1-4)内的CFRP环索(1-1)上安装聚四氟乙烯套筒(1-5)。
6.根据权利要求2所述的用于CFRP索弦支穹顶结构的多向节点连接装置，其特征在于，所述竖向撑杆连接部件(3)与支撑套筒(3-4)连接。
7.根据权利要求2所述的用于CFRP索弦支穹顶结构的多向节点连接装置，其特征在于，所述径向锚固部件(2)包括CFRP径索(2-1)和锚固套筒(2-5)；所述锚固套筒(2-5)通过旋转副与倾斜耳板(2-2)连接，所述锚固套筒(2-5)内锚固CFRP径索(2-1)。
8.根据权利要求2所述的用于CFRP索弦支穹顶结构的多向节点连接装置，其特征在于，所述斜向支撑连接部件(4)包括斜向支撑(4-1)和索头(4-4)，所述索头(4-4)通过旋转副与斜向耳板(4-2)连接，斜向支撑(4-1)与索头(4-4)连接。
9.根据权利要求8所述的用于CFRP索弦支穹顶结构的多向节点连接装置，其特征在于，两个所述斜向耳板(4-2)安装在支撑套筒(3-4)两侧，每个所述斜向耳板(4-2)上均安装斜向支撑连接部件(4)。
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