CN109629692B - Cfrp悬带交叉索支结构 - Google Patents

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Abstract

CFRP悬带交叉索支结构适用于大跨度空间结构领域，包括一个平面圆形外环，CFRP悬带采用波形锚锚固于圆形外环上，CFRP悬带两两交错形成平面索网，索网可根据需要设置成葵花型、方格型或不规则型，其交叉节点处布置重力刚度块夹具夹持。本结构不设置内环，索力在CFRP悬带中分布较为平均，一根CFRP悬带的断裂不会引起结构整体的倒塌，结构抗连续倒塌的能力较强，结构的鲁棒性较好；本结构采用单层平面索网，利用各节点处的重力刚度块抵抗风吸力，整体结构轻盈、美观；用CFRP悬带替代传统的刚拉索，可节约用索量，降低结构总的造价，实现良好的经济性。

Description

CFRP悬带交叉索支结构
技术领域
本发明是一种CFRP悬带交叉索支结构，属于一种新型的单层索支结构体系，主要适用于大跨度空间结构领域，如体育场、体育馆、展览中心等。
背景技术
索支结构是由柔性受拉索及其边缘构件所形成的承重结构，主要应用于建筑工程中。其索的材料可以采用钢丝束、钢丝绳、钢铰线、链条、圆钢等材料。为了最大可能地形成室内无柱的大空间，以满足容纳比赛场地、大型展示和飞机的需要，像体育场、体育馆、展览馆和飞机库这样的大跨度建筑也广泛采用索支结构。
悬带桥是由柔性悬带支承其上的桥面板所形成的承重结构，主要应用于桥梁工程中。悬带的材料主要是采用钢材。
为了满足大空间、大跨度等的要求，同时为了使结构变的更加安全和轻盈，本文提出了一种CFRP悬带交叉索支结构，是把悬带桥的理念用在了索支结构中，并采用CFRP这种新材料作为悬带替代钢材。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前存在的建筑跨度受限制和抗倒塌能力不足的问题，提出了一种CFRP悬带交叉索支结构形式。
它包括一个圆型外环和CFRP悬带两两交错形成的索网结构体系。所述CFRP索网可根据需要设置成葵花型、方格型或不规则型，不设置内环。CFRP悬带锚固于圆外环上，CFRP悬带之间采用带重力刚度块的夹具夹持。CFRP悬带受自身重力和重力刚度块重力作用会下挠成为悬列线，以此来承受结构向下的荷载，比如自重和雪荷载；向上的风吸力由重力刚度块所产生的重力刚度来抵抗。该CFRP悬带交叉索支结构由于采用了CFRP作为悬带，相较于采用传统的钢悬带，可以节约材料用量，减轻结构自重，使结构更加轻盈、经济；采用悬带两两交错形成的单层平面索网，在结构美学上具有创新性；不设置内环，无关键节点，结构内力在各CFRP悬带和节点处分布较为平均，结构抗连续倒塌能力强、鲁棒性好。
圆外环曲线公式如下。式中，r是圆的半径。其实就是xoy平面和圆柱形曲面的交线，xoy平面的原点就是圆外环曲线的中心点。
x2+y2＝y2
CFRP悬带中心线的曲线方程，对于规则型中的葵花型，其实就是悬链线旋转曲面与相切于虚拟内环的竖直平面的交线段，且交线段的两个端点在圆外环曲线上。其公式如下：
且其端点满足：
式中，k,r的定义同上述不规则型的公式，是相切于虚拟内环的竖直平面的公式，r0是虚拟内环在xoy平面内正投影曲线(为一个圆环)的半径，(x0,y0)是该正投影曲线(为一个圆环)上的点。
CFRP悬带中心线的曲线方程，对于规则型中的方格型，其实就是悬链线旋转曲面与相交于圆柱形曲面的与x轴平行(或重合)的竖直平面或与y轴平行(或重合)的竖直平面的交线段，且交线段的两个端点在圆外环曲线上。其公式如下：
且其端点满足：
或者
且其端点满足：
式中，k,r的定义同上述不规则型的公式，w为任意实数，表示方格的宽度，i是任意自然数，只需满足|iw|＜r，r是圆柱形的半径，即圆外环曲线在xoy平面内正投影曲线(为一个圆环)的半径。
CFRP悬带中心线的曲线方程，对于不规则型，其实就是悬链线旋转曲面与相交于圆柱形曲面的竖直平面的交线段，且交线段的两个端点在圆外环曲线上，公式如下：
且其端点满足：
式中，k是由带重力刚度块节点的密度以及CFRP悬带密度决定的实常数；a,b,c是悬带的几何参数，为任意实数(只需满足)，r是圆柱形的半径，即圆外环曲线在xoy平面内正投影曲线(为一个圆环)的半径。
施工过程：本结构边梁组装拼接完成，然后在地面把全部CFRP悬带组装完成，然后提升至预定高度，分批分步张CFRP悬带，最终锚固于圆形外环的边梁上。
从结构体系的受力性能分析来看，每根CFRP悬带可以在不借助其他CFRP悬带的情况下承担来自外界的荷载，因此不会因为其他某根CFRP悬带发生撕裂而退出工作，具有很好地抗连续性倒塌性能。
所述的结构体系内的构件全部采用受拉构件，充分利用CFRP悬带优良的抗拉性能，经济性显著。
本发明的一种CFRP悬带交叉索支结构，具有结构构件体系优越、抗连续倒塌能力强、鲁棒性好、结构轻盈、美观、经济性好等优点。
附图说明
图1是一种CFRP悬带交叉索支结构葵花型示意图
图2是一种CFRP悬带交叉索支结构葵花型三维图
图3是一种CFRP悬带交叉索支结构方格型示意图
图4是一种CFRP悬带交叉索支结构方格型三维图
图5是一种CFRP悬带交叉索支结构不规则型示意图
图6是一种CFRP悬带交叉索支结构不规则型三维图
图7是CFRP悬带示意图
其中1、圆形外环
2、CFRP悬带
3、带重力刚度块的节点
具体实施方式
一种CFRP悬带交叉索支结构，属于一种新型索网结构体系，主要适用于空间结构领域。包括一个圆型外环和CFRP悬带两两交错形成的索网结构体系。所述CFRP悬带索网可根据需要设置成葵花型、方格型或不规则型，不设置内环。CFRP悬带锚固于圆形外环上，CFRP悬带之间采用夹具夹持。由受压马鞍形边梁提供CFRP悬带中的拉力。一种CFRP悬带交叉索支结构，具有结构构件布置合理、抗连续倒塌能力强、鲁棒性好、结构轻盈、美观、经济性好等优点。
具体操作：本结构外环组装拼接完成，然后在地面把全部CFRP悬带组装完成，然后提升至预定高度，分批分步张CFRP悬带，最终锚固于圆形外环的边梁上。

Claims (2)

1.一种CFRP悬带交叉索支结构，其特征在于：包括一个平面圆形外环、CFRP悬带两两交错形成的索支结构体系和各节点处布置的重力刚度块； CFRP悬带索支体系设置成葵花型或不规则型，且没有内环；CFRP悬带采用波形锚锚固于圆形外环上，CFRP悬带之间采用布置重力刚度块的夹具夹持；
平面圆形外环，方程为
式中， r 是圆形外环的半径；
CFRP悬带采用CFRP单层悬带；
CFRP悬带与CFRP悬带之间采用布置重力刚度块的夹具夹持，利用该重力刚度块产生的重力刚度来抵抗风吸力；
葵花型，是悬链线旋转曲面与相切于虚拟内环的竖直平面的交线段，且交线段的两个端点在圆外环曲线上；
不规则型，是悬链线旋转曲面与相交于圆柱形曲面的竖直平面的交线段，且交线段的两个端点在圆外环曲线上。
2.安装如权利要求1所述一种CFRP悬带交叉索支结构的方法，其特征在于：本结构外环组装拼接完成，然后在地面把全部CFRP悬带索网组装完成，然后提升至预定高度，分批分步张拉CFRP悬带，最终锚固于外环的边梁上。
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