CN113431191A - 防止拉索失效连续倒塌的四边环索支穹顶结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防止拉索失效连续倒塌的四边环索支穹顶结构，包括单层网壳、撑杆、四边形的水平索、斜拉索，撑杆设置在水平索的角部节点，撑杆下端连接在水平索的角部节点，上端连接单层网壳，斜拉索设置在撑杆外旁侧，斜拉索下端连接在水平索的角部节点，上端连接单层网壳；水平索内交叉设置有两条水平交叉索，水平交叉索端部与四边形水平索的角部节点相连接，同一角部节点处的撑杆与斜拉索之间设置有备用拉索，备用拉索下端连接在水平索的角部节点，上端连接单层网壳，本设计结增设水平交叉索、备用拉索，解决单根拉索破断引起的整环索失效的问题，而且大大提高了单索破断后剩余结构的抗连续倒塌的能力。

Description

防止拉索失效连续倒塌的四边环索支穹顶结构

技术领域

本发明涉及一种防止拉索失效连续倒塌的四边环索支穹顶结构。

背景技术

弦支穹顶结构由单层网壳和下部撑杆、拉索组成，各环撑杆的上端和单层网壳对应的各环节点铰接；撑杆下端由径向拉索与单层网壳的下一环节点连接；同一环的撑杆由环向箍索连接在一起，使整个结构形成一个完整的结构体系。通过对下弦拉索施加预应力来改善结构的刚度、杆件内力和整体稳定承载力，这是弦支穹顶结构的受力特点。

弦支穹顶结构的下弦拉索与刚性构件不同，具有高应力、只能受拉不能受压等特点，而且撑杆与上弦和索的连接均为铰接。拉索失效将导致相连撑杆跟着转动而失效，结构的几何刚度可能大幅减小，并显著削弱整体结构的承载力储备；还会对结构产生一定的动力冲击作用，引起附近杆件位置发生振动，从而引起结构局部破坏，甚至发生连续性倒塌，对公共财产及安全造成极大危害。虽然在弦支穹顶结构设计中，拉索的设计应力仅取索强度的30%-50%，且均采用高强度钢材，不容易破断，但实际使用过程中依然会因材料质量缺陷、施工缺陷、维护缺陷等偶然因素引起某根索的破断，从而引发结构的整体性坍塌。

四边环索支穹顶就是一种新型弦支结构体系，其结构基本示意如图1所示。深圳北站站台雨棚和福州海峡奥体中心体育馆即为典型的四边环索支穹顶屋盖。与传统弦支穹顶结构相比，四边环索支体系的传力效率更高，同时也更为经济。但是，由于拉索冗余度较低，同环中任一拉索破断会引起整个环索的失效，可能会进而引起整个屋盖的连续倒塌。不论是单根水平索还是斜索失效后，由于缺少替代传力路径，同时，上部撑杆发生转动也失效，拉索体系变为机构体系，整个拉索体系均整体失效。

现在的四边环索支结构，在任何一根拉索失效均会引起包括水平索、斜索及撑杆的整个环索体系的失效，屋盖结构的冗余度和抗连接倒塌能力较差。因此，提高四边环索穹支结构抗连续倒塌性能具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种防止拉索失效连续倒塌的四边环索支穹顶结构。

本发明解决技术问题所采用的方案是，一种防止拉索失效连续倒塌的四边环索支穹顶结构，包括单层网壳、撑杆、四边形的水平索、斜拉索，撑杆设置在水平索的角部节点，撑杆下端连接在水平索的角部节点，上端连接单层网壳，斜拉索设置在撑杆外旁侧，斜拉索下端连接在水平索的角部节点，上端连接单层网壳；

所述水平索内交叉设置有两条水平交叉索，水平交叉索端部与四边形水平索的角部节点相连接，水平交叉索的拉索应力水平为水平拉索的一半；

同一角部节点处的撑杆与斜拉索之间设置有备用拉索，备用拉索下端连接在水平索的角部节点，上端连接单层网壳，备用拉索与撑杆之间的夹角为斜拉索之与撑杆之间的夹角的一半，备用拉索的拉索应力水平为斜拉索的一半。

进一步的，同一角部节点处撑杆、斜拉索、备用拉索共面。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：结构简单，设计合理，增设水平交叉索、备用拉索，解决单根拉索破断引起的整环索失效的问题，而且大大提高了单索破断后剩余结构的抗连续倒塌的能力。

附图说明

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

图1是现有的四边环索穹支结构示意图。

图2是某水平索失效后的环索体系示意图。

图3是某斜索失效后的环索体系示意图。

图4是本发明的结构示意图。

图中：1-单层网壳；2-撑杆；3-水平索；4-斜拉索；5-水平交叉索；6-备用拉索；7-失效索。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-4所示，一种防止拉索失效连续倒塌的四边环索支穹顶结构，包括单层网壳1、撑杆2、四边形的水平索3、斜拉索4，撑杆设置在水平索的角部节点，撑杆下端连接在水平索的角部节点，上端连接单层网壳，斜拉索设置在撑杆外旁侧，斜拉索下端连接在水平索的角部节点，上端连接单层网壳；

所述水平索内交叉设置有两条水平交叉索5，水平交叉索端部与四边形水平索的角部节点相连接，水平交叉索的拉索应力水平为水平拉索的一半；

同一角部节点处的撑杆与斜拉索之间设置有备用拉索6，备用拉索下端连接在水平索的角部节点，上端连接单层网壳，备用拉索与撑杆之间的夹角为斜拉索之与撑杆之间的夹角的一半，备用拉索的拉索应力水平为斜拉索的一半；

正常工作时，水平索、斜拉索处于工作状态；当某个水平索失效后，水平交叉索进入工作状态；当某个斜拉索失效后，备用拉索进入工作状态。

在本实施例中，同一角部节点处撑杆、斜拉索、备用拉索共面。

在本实施例中，水平交叉索在最小数量（仅2条）的增加水平拉索的前提下，有效地增加了四边环索体系的冗余度，有效实现了单拉水平拉索失效后，剩余环索仍能正常工作。

在本实施例中，备用拉索与正常工作的斜拉索在同一水平面的设置方式，可以使得工作的斜拉索失效，备用拉索加入工作时，除斜拉索外的其它环索体系的受力并不会因原斜索失效而发生明显改变；备用拉索和斜拉索与撑杆的夹角不同，以此来改变两根索的应力差，实现寿命差。

在本实施例中，水平索内交叉、备用拉索与正常工作的拉索具有较显著的应力差，可以有效避免备用拉索与工作拉索因同程度腐蚀而导致同时腐蚀失效。

在本实施例中，水平索内交叉、备用拉索的设置，可以极大方便拉索的更换。当某根拉索需要被更换时，只需要适当提高备用拉索的预应力，即可以十分方便地更换相应的拉索。即拉索随断随换，无需专门的结构支撑，为工程检测时，拆换或修复索提供便利条件。

本设计不局限于四边环索体系，多边环索体系均可通过采用双斜索、交叉备用安全索的设计来增加传力路径，以此防止结构在拉索破断的情况下发生连续倒塌的事故。

本专利如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种防止拉索失效连续倒塌的四边环索支穹顶结构，包括单层网壳、撑杆、四边形的水平索、斜拉索，其特征在于：撑杆设置在水平索的角部节点，撑杆下端连接在水平索的角部节点，上端连接单层网壳，斜拉索设置在撑杆外旁侧，斜拉索下端连接在水平索的角部节点，上端连接单层网壳；

所述水平索内交叉设置有两条水平交叉索，水平交叉索端部与四边形水平索的角部节点相连接，水平交叉索的拉索应力水平为水平拉索的一半；

同一角部节点处的撑杆与斜拉索之间设置有备用拉索，备用拉索下端连接在水平索的角部节点，上端连接单层网壳，备用拉索与撑杆之间的夹角为斜拉索之与撑杆之间的夹角的一半，备用拉索的拉索应力水平为斜拉索的一半。

2.根据权利要求1所述的防止拉索失效连续倒塌的四边环索支穹顶结构，其特征在于：同一角部节点处撑杆、斜拉索、备用拉索共面。

Images