CN114108945B - 一种减振拉索张弦梁结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减振拉索张弦梁结构及方法，包括上弦主梁，上弦主梁两端之间连接拉索，拉索与上弦主梁之间间隔设置多个受压撑杆；拉索的至少一端安装阻尼减振装置，阻尼减振装置在液压油作用下张拉拉索。本发明克服了张弦梁施工过程中拉索张拉困难，以及拉索在地震荷载作用下振动幅度大、易发生疲劳破坏等问题，拉索连接阻尼减振装置，在安装阶段通过拉索缩短，实现对拉索的张拉，在使用阶段，减振拉索可以耗散振动能量，减小拉索振幅，防止结构疲劳破坏。

Description

一种减振拉索张弦梁结构及方法

技术领域

本发明涉及建筑工程领域，尤其涉及一种减振拉索张弦梁结构及方法。

背景技术

张弦梁结构是由上部刚性构件上弦梁、下部柔性拉索和连接上下部分的撑杆组合而成的结构体系，通过给拉索施加预应力使张弦梁结构形成自平衡体系，是一种大跨度预应力空间结构体系。撑杆减小上弦梁的弯矩和变形，拉索抵消上弦梁的支座推力，充分发挥钢材和拉索的受力特性，提高结构的稳定性。张弦梁结构跨度大，自重轻，体系简单，受力明确，结构形式多样，在体育馆、展览馆等大跨度建筑的屋盖结构中具有广泛的适用性。

传统的张弦梁结构的张拉方式是采用大型张拉千斤顶等设备进行张拉，在下弦拉索一端进行张拉，设备要求高，张拉精度难以控制，特别是对大跨度张弦梁结构，张拉千斤顶行程大，设备更加复杂。同时，下弦拉索为柔性结构，在风和振动荷载作用下，振动幅度大，影响结构使用性能和疲劳破坏等。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明提供了一种减振拉索张弦梁结构及方法，克服了张弦梁施工过程中拉索张拉困难，以及拉索在地震荷载作用下振动幅度大、易发生疲劳破坏等问题，拉索连接阻尼减振装置，在安装阶段通过拉索缩短，实现对拉索的张拉，在使用阶段，减振拉索可以耗散振动能量，减小拉索振幅，防止结构疲劳破坏。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：

一种减振拉索张弦梁结构，包括上弦主梁，上弦主梁两端之间连接拉索，拉索与上弦主梁之间间隔设置多个受压撑杆；拉索的至少一端安装阻尼减振装置，阻尼减振装置在液压油作用下张拉拉索。

进一步的，所述阻尼减振装置包括油缸，油缸的伸出段套设有配合板，配合板与油缸端部之间连接若干弹性部件。

进一步的，所述配合板垂直于伸出段，且伸出段调节至设定长度后配合板能够与油缸主体连接。

进一步的，所述配合板通过螺栓与油缸主体相连。

进一步的，所述弹性部件采用弹簧。

进一步的，所述油缸一侧设有进油口和出油口，进油口和出油口之间连接阻尼管。

进一步的，所述阻尼管安装阻断阀，进油口和出油口均安装阀门。

进一步的，所述阻尼减振装置的两端分别与拉索铰接。

一种减振拉索张弦梁结构的安装方法，包括：

沿上弦主梁长度方向依次安装受压撑杆；

将固定有阻尼减振装置的拉索连接于上弦主梁一端，之后拉索依次连接各受压撑杆直至另一端与上弦主梁另一端连接；

打开阻尼减振装置的出油口和进油阀门，进油口与液压油泵出油管相连，出油口与液压油泵回油管相连，并关闭阻断阀，螺栓处于松动状态；

油泵施加压力，当拉索总长度达到设计长度时，停止进油；

同步旋转各螺栓，直至液压油泵的输出压力为零；

关闭出油口和进油阀门，撤除液压油泵，打开阻断阀，调节阻尼至设定大小。

进一步的，相邻撑杆连接点之间的距离为拉索无应力状态下的距离。

本发明的有益效果是：

（1）本发明的拉索连接阻尼减振装置，拉索在施工阶段可作为张拉器，能够有效控制拉索的缩短，对拉索施加预紧力，代替张拉千斤顶的作用；在使用阶段，耗散风、地震和其他动力荷载导致的拉索振动，提高张弦梁结构的舒适性和耐久性，并减小拉索的振幅，避免拉索疲劳破坏。

（2）本发明通过油缸、弹簧的配合可以调节与拉索松弛、索力下降导致的结构损毁；当拉索温度升高膨胀导致索力降低时，阻尼减振装置的弹簧将收缩，对拉索施加附加预紧力，弥补索力的降低。

（3）本发明实现了施工张拉与服役期间构件功能的统一，充分发挥了构件材料性能，有效增强张弦梁施工过程中的精准性和使用阶段的安全性。

附图说明

图1为本发明的张弦梁安装前的状态示意图；

图2为本发明的张弦梁安装后的状态示意图；

图3为本发明的阻尼减振装置收缩前状态示意图；

图4为本发明的阻尼减振装置收缩前后状态示意图；

图5为本发明的受压撑杆结构示意图；

图6为本发明的张弦梁仿真示意图；

图7（a）为本发明拉索在张拉前的悬挂状态下的应力图；

图7（b）为本发明拉索在张拉后的正常状态下的应力图；

图8（a）为采用传统张弦梁拉索控制应力图；

图8（b）为本发明张弦梁拉索控制应力图；

图9为本发明张弦梁与传统张弦梁拉索应力对比图；

图10为本发明张弦梁与传统张弦梁拉索跨中水平位移对比图。

其中，1、上弦主梁， 2、受压撑杆，21、连接部，22、杆体，23、滑轮节点，24、安装板，3、拉索，4、阻尼减振装置，41、连接片，42、油缸，43、活塞杆，44、弹簧，45、出油口，46、阻尼管，461、阻断阀，47、进油口，48、螺栓，481、第二配合板，482、第一配合板。

具体实施方式

实施例一：

本实施例提供了一种减振拉索张弦梁结构，如图1-图4所示，包括上弦主梁1、拉索3、受压撑杆2、阻尼减振装置4，上弦主梁1的两端之间连接拉索3，拉索3呈弧形垂下，拉索3与上弦主梁1之间通过多根受压撑杆2连接，且受压撑杆2的长度从中间向两端逐渐缩短。

在本实施例中，拉索3的一端连接阻尼减振装置4，拉索3在施工阶段可作为张拉器，能够有效控制拉索的缩短，对拉索施加预紧力，代替张拉千斤顶的作用；在使用阶段，耗散风、地震和其他动力荷载导致的拉索振动，提高张弦梁结构的舒适性和耐久性，并减小拉索的振幅，避免拉索疲劳破坏。

可以理解的，在其他实施例中，阻尼减振装置4也可以安装于拉索3的两端，具体根据减振需求而定。

如图5所示，受压撑杆2包括杆体22，杆体22一端通过连接部21与上弦主梁1铰接，杆体22另一端通过滑轮节点23连接拉索3。本实施例的滑轮节点23由上下间隔安装的滑轮构成，滑轮通过安装板24设置于杆体22末端。

进一步的，如图3和图4所示，所述阻尼减振装置4包括油缸42、弹性部件等，油缸42的两端均安装连接片41，连接片41与连接头铰接，所述连接头与拉索3连接，通过连接头、连接片41实现拉索3与阻尼减振装置4的连接。

油缸42包括油缸主体、活塞杆43，活塞杆43从油缸主体中伸出，油缸主体伸出活塞杆43的一端固定有第二配合板481；活塞杆43上套设有第一配合板482。

所述第一配合板482、第二配合板481对应开设多个孔洞，用于安装螺栓48。孔洞两侧均设置螺母，用以拧紧螺栓48。

所述活塞杆43端部连接的连接片41与第一配合板482之间通过若干弹簧44连接。在本实施例中，弹簧44可套设于活塞杆43上，可设置一根或多根，具体根据耗能要求而定。

可以理解的，在其他实施例中，弹簧44可不套于活塞杆43，其沿第一配合板481周向间隔分布多个。

进一步的，油缸主体一侧设有出油口45和进油口47，出油口45和进油口47均安装阀门。所述出油口45和进油口47之间通过阻尼管46连接，阻尼管46安装阻断阀461。

油缸42的初始状态是进油口45和出油口47均关闭，阻断阀461打开，油缸42内的油压平衡，活塞杆43可在油缸42内自由伸缩，油缸42端部的第二配合板481和弹簧44端部的第一配合板482之间未用螺栓48连接，阻尼减振装置4处于可自由伸缩状态。阻尼减振装置4开始收缩时，关闭阻断阀461，打开进油口47和出油口45，液压油泵从进油口47处进油，活塞杆43向油缸42内收缩，拉索3实现张拉。

拉索3张拉达到设计的预紧力后，液压油泵停止进油，油缸42与弹簧44之间用螺栓48连接，调整螺栓48的长度，使弹簧44受拉，直至油缸42内液压油压力全部降为零，此时阻尼减振装置4所受拉力全部由油缸42、螺栓48和弹簧44承担。接着封闭进油口47和出油口45，打开阻断阀461，撤走液压油泵，此时油缸42内的液压油从活塞杆43右端的油缸42内穿过阻尼管46流向活塞杆43左端的油缸42内，油缸42内的油压自动达到平衡。

实施例二：

本实施例提供了一种减振拉索张弦梁结构的安装方法，所述张弦梁结构与实施例一相同，包括以下步骤：

步骤一、在临时支架架上安装上弦主梁1。

步骤二、在上弦主梁1相应位置，依次安装受压撑杆2。

步骤三、将阻尼减振装置4连接固定在拉索3上。

步骤四、拉索固定端的一端与上弦主梁1的拉索固定节点I连接固定，拉索3依次穿过撑杆2下端的滑轮节点23，拉索固定端的另一端与上弦主梁1另一端的拉索固定节点II连接，相邻受压撑杆2连接点之间的距离为拉索的无应力状态下的距离。

步骤五、打开阻尼减振装置4的出油口45和进油口47的阀门，液压油泵出油管与进油口45相连，液压油泵回油管与出油口47相连，阻断阀461处于关闭状态，弹簧44端部的第一配合板482与油缸42端部的第二配合板481之间的螺栓48处于松动状态，不影响活塞杆42伸缩。

步骤六、油泵施加压力，向油缸42内压入液压油，活塞杆43被收入，阻尼减振装置4收缩，拉索3被张拉，同步监测活塞杆43收缩量和液压油泵的输出压力，当拉索3总长度达到设计长度时，停止向油缸42内进油，且保持油泵输出压力不变。

步骤七、同步旋转第一配合板482和第二配合板481之间的螺栓48，使弹簧44受到拉伸，活塞杆43承受的拉力逐步由弹簧44承担，液压油泵输出压力逐渐减小。旋紧螺栓48的过程中，同步监测活塞杆43的收入量，阻尼减振装置4总长度不变。液压油泵的输出压力为零时，表明活塞杆43的拉力完全由弹簧44、油缸42和弹簧44与之间的螺栓48承受。在第二配合板481的背侧安装的螺母拧紧，锁定螺栓48的长度；

步骤八、关闭进油口45和出油口47处与液压油泵的出油管和回油管相连接口的阀门，撤除液压油泵。打开阻断阀461，油缸42内的液压油可通过阻尼管46连通流动，并通过调整阻尼开关阻断阀461的闭合程度，调整阻尼的大小。

步骤九、撤除液压油泵，受压撑杆2下端滑轮节点23夹紧拉索3，张弦梁制作完成，并撤除临时支架。

实施例三：

如图6所示，本实施例采用实施例一所述的张弦梁结构，其中，张弦梁跨度为66990mm，上弦主梁为箱型截面，尺寸为1100mm×350 mm×30 mm×30 mm，受压撑杆为圆管截面，直径为600mm，壁厚为20mm，拉索直径为100mm，抗拉强度为1860MPa，张拉控制应力为410 MPa。

图7（a）和图7（b）分别展示了拉索在张拉前的悬挂状态和张拉后的正常状态下的应力大小，在拉索张拉前，张弦梁结构处于悬挂状态，该应力大小较小，可忽略不计，在拉索张拉后，张弦梁结构处于正常的受力状态，由图7（a）和图7（b）可看出，拉索的控制应力约为410MPa，达到该张弦梁结构张拉控制设计应力。

进一步的，对比拉索升温后本实施例张弦梁与传统张弦梁拉索应力及效果：

本实施例展示拉索温度相对升高10℃时，耗能减振拉索张弦梁与现有技术张弦梁性能进行对比，如图8（a）和图8（b）所示，当张弦梁下弦拉索相对于上弦温度升高10℃时传统张弦梁升温前后拉索的张拉应力对比图，采用传统张弦梁结构的拉索控制应力达到254MPa，相对降低了156MPa；当张弦梁下弦拉索相对于上弦温度升高10℃时采用本实施例张弦梁结构的拉索控制应力达到355MPa，相对降低了55MPa。与传统相比，本实施例的张弦梁结构拉索控制应力更接近设计张拉控制应力，结构更安全。

进一步的，对比地震作用下本实施例张弦梁与传统张弦梁拉索应力效果：

本实施例将展示地震作用下，耗能减振拉索张弦梁与现有技术张弦梁性能进行对比，引入ELCentro竖向地震波；图9展示了本实施例拉索张弦梁与传统张弦梁的拉索应力对比，采用本实施例的张弦梁拉索应力相比于传统张弦梁拉索应力，其应力波动幅度小，应力变化平缓，拉索损耗减小，延长张弦梁结构的使用寿命；应力大小接近于设计的张拉控制应力水平，符合设计要求，达到设计的张拉效果。

图10展示了本实施例减振拉索张弦梁与传统张弦梁的拉索跨中水平的水平位移对比，采用本实施例的张弦梁拉索应力相比于传统张弦梁拉索应力，其位移变化幅度小，阻尼减振装置对控制张弦梁结构的地震加速度效果明显，能够减缓地震振动引起的变形，具有良好的耗能减震的功能；其位移最大值与传统张弦梁相近，在拉索跨中水平位移的控制范围内，满足张弦梁结构在地震作用下的位移要求。

本实施例提供了以上所述，仅为本发明的具体实施方式，熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的范围内，可轻易想到的变化，都应涵盖在发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种减振拉索张弦梁结构，其特征在于，包括上弦主梁，上弦主梁两端之间连接拉索，拉索与上弦主梁之间间隔设置多个受压撑杆；拉索的至少一端安装阻尼减振装置，阻尼减振装置在液压油作用下张拉拉索；

所述阻尼减振装置包括油缸，油缸的伸出段套设有第一配合板，第一配合板与油缸端部之间连接若干弹性部件，所述弹性部件采用弹簧；所述第一配合板垂直于伸出段，且伸出段调节至设定长度后第一配合板能够与油缸主体连接；所述油缸一侧设有进油口和出油口，进油口和出油口之间连接阻尼管；阻尼管安装阻断阀，进油口和出油口均安装阀门；

油缸包括油缸主体、活塞杆，活塞杆从油缸主体中伸出，油缸主体伸出活塞杆的一端固定有第二配合板；第一配合板、第二配合板对应开设多个孔洞，用于安装螺栓；活塞杆端部连接的连接片与第一配合板之间通过若干弹簧连接；

油缸的初始状态是进油口和出油口均关闭，阻断阀打开，油缸内的油压平衡，活塞杆可在油缸内自由伸缩，油缸端部的第二配合板和弹簧端部的第一配合板之间未用螺栓连接，阻尼减振装置处于可自由伸缩状态；阻尼减振装置开始收缩时，关闭阻断阀，打开进油口和出油口，液压油泵从进油口处进油，活塞杆向油缸内收缩，拉索实现张拉。

2.根据权利要求1所述的一种减振拉索张弦梁结构，其特征在于，所述阻尼减振装置的两端分别与拉索铰接。

3.如权利要求1或2所述的一种减振拉索张弦梁结构的安装方法，其特征在于，包括：

沿上弦主梁长度方向依次安装受压撑杆；

将固定有阻尼减振装置的拉索连接于上弦主梁一端，之后拉索依次连接各受压撑杆直至另一端与上弦主梁另一端连接；

打开阻尼减振装置的出油口和进油阀门，进油口与液压油泵出油管相连，出油口与液压油泵回油管相连，并关闭阻断阀，螺栓处于松动状态；

油泵施加压力，当拉索总长度达到设计长度时，停止进油；

同步旋转各螺栓，直至液压油泵的输出压力为零；

关闭出油口和进油阀门，撤除液压油泵，打开阻断阀，调节阻尼至设定大小。

4.如权利要求3所述的一种减振拉索张弦梁结构的安装方法，其特征在于，相邻撑杆连接点之间的距离为拉索无应力状态下的距离。

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