CN114562027B - 一种抗滑移索夹节点结构及施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种抗滑移索夹节点结构及施工方法，属于大跨空间结构中的索网结构领域，包括边界索，边界索之间通过抗滑移索连接，抗滑移索上连接有第一斜拉索和第一联系索；边界索上间隔连接有抗滑移索夹，抗滑移索夹之间连接有钢拉杆，抗滑移索夹上连接有第二斜拉索和第二联系索。抗滑移索夹包括索夹主体及通过螺栓连接在索夹主体两侧的外凸板；索夹主体为一体结构，中部为并排的钢拉杆孔道，钢拉杆孔道的两端为半圆形的内凹板，内凹板的两端向上、下延伸形成连接部。本发明解决在某些特殊索节点处，无法通过断索来抵抗较大的不平衡力的问题；同时解决通过断索来抵抗较大的不平衡力时，加工制造成本高，施工难度大的问题。
Description
技术领域
本发明属于大跨空间结构中的索网结构领域，具体涉及一种抗滑移索夹节点结构及施工方法。
背景技术
索网结构是大跨度预应力钢结构体系之一，它是一种结构效率极高的全张力体系（Tensegrity System）。
由于索网结构本身结构的复杂性，索节点需要与不同方向、不同规格的拉索相连接。在索网结构的设计过程中，各个索段之间由于结构本身的限制不可避免的会产生不平衡力。而这种不平衡力会在施工过程中受到钢索加工精度误差、钢索上的标记点位置误差、索夹安装位置误差、多根钢索共同作用、以及钢结构锚固点的加工和安装误差等多种因素影响得到进一步放大。当这种不平衡力超过一定数值，需要在索节点处进行断索处理。通过钢索的拉力和索连接节点的抗拉性来克服这种不平衡力。
但是针对某些特殊结构，索节点和索节点之间的距离过短，无法满足拉索的构造要求。而在索节点处，各个索段之间又产生了较大的不平衡力，在这种情况下无法通过断索来抵抗这种较大的不平衡力。
同时，通过断索来抵抗较大的不平衡力时，加工制造成本较高，施工难度较大。
为了解决上述难题，本发明提出了一种索夹+钢拉杆的结构形式设计。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗滑移索夹节点结构及施工方法，解决在某些特殊索节点处，无法通过断索来抵抗较大的不平衡力的问题；同时解决通过断索来抵抗较大的不平衡力时，加工制造成本高，施工难度大的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种抗滑移索夹节点结构，包括边界索，边界索之间通过抗滑移索连接，抗滑移索上连接有第一斜拉索和第一联系索；边界索上间隔连接有抗滑移索夹，抗滑移索夹之间连接有钢拉杆，抗滑移索夹上连接有第二斜拉索和第二联系索。
抗滑移索夹包括索夹主体及通过螺栓连接在索夹主体两侧的外凸板；索夹主体为一体结构，中部为并排的钢拉杆孔道，钢拉杆孔道的两端为半圆形的内凹板，内凹板的两端向上、下延伸形成连接部；外凸板的结构与内凹板相同，并内凹板对扣；钢拉杆孔道的顶面连接有第二斜拉索连接部，一外凸板的外侧间隔连接有第二联系索连接部。
进一步优选的技术方案：钢拉杆包括杆体、穿接在杆体两端的调节螺母及设置在调节螺母内侧的防松螺母。
进一步优选的技术方案：边界索分为多段布置，由并排的双根或多根边界索段组成。
边界索段包括主索体和连接在主索体两端的主锚具。
进一步优选的技术方案：抗滑移索包括柱状主体、连接在柱状主体侧面两端的边界索连接部、连接在柱状主体侧面中间的第一斜拉索连接部、间隔连接在柱状主体一底面的第一联系索连接部。
进一步优选的技术方案：第一斜拉索包括次索体、连接在次索体两端的次锚具及设置在次锚具内侧的调节螺杆。
第一联系索、第二斜拉索和第二联系索的结构与第一斜拉索相同。
进一步优选的技术方案：第一斜拉索通过第一斜拉索连接部连接在抗滑移索上，第一联系索通过第一联系索连接部连接在抗滑移索上。
进一步优选的技术方案：第二斜拉索通过第二斜拉索连接部连接在抗滑移索夹上；第二联系索通过第二联系索连接部连接在抗滑移索夹上。
一种所述的抗滑移索夹节点结构的施工方法，步骤为：
S1.根据整个索网结构的受力特点，通过分析找出索网结构边界区域不平衡力较大处。
S2.建立索网结构的计算模型，并进行各施工阶段的仿真分析，确定边界索的索长和标记点。
S3.建立索网结构边界区域三维模型，模拟安装过程，并对相应节点进行受力仿真分析和优化，确定最终结构模型。
S4.在施工场地进行索网结构的拼装，其中索网结构边界区域的拼装包括如下步骤。
S41. 依次铺放需要安装抗滑移索夹的边界索和相邻边界索。
S42. 将钢拉杆与抗滑移索夹组装成一体、形成抗滑移索夹组件，并通过调节防松螺母和调节螺母精确控制抗滑移索夹之间的位置。
S43. 按照边界索上的标记点位置，将组装好的抗滑移索夹组件安装在边界索上。
S44. 将安装完抗滑移索夹的边界索通过主锚具与抗滑移索连接，同时将相邻边界索连接到该处抗滑移索上。
S45. 将第一斜拉索通过第一斜拉索连接部与抗滑移索连接。
将第二斜拉索通过第二斜拉索连接部与抗滑移索夹连接。
S46. 将第一联系索通过第一联系索连接部与抗滑移索连接。
将第二联系索通过第二联系索连接部与抗滑移索夹连接。
S47. 依次连接至完成整体索网结构连接。
S5. 根据步骤S2中的仿真分析结果,对索网结构进行提升安装和张拉成型，在此施工过程中监测抗滑移索夹在边界索上的位置，保证该抗滑移索夹与边界索始终未出现相对滑动的情况。
S6. 完成施工。
进一步优选的技术方案：步骤S42中，抗滑移索夹组件的具体组装过程为：先在钢拉杆上安装防松螺母；再在钢拉杆上安装抗抗滑移索夹，并控制防松螺母和安装抗抗滑移索夹的位置；安装调节螺母，通过调节螺母对抗滑移索夹之间的距离进行精确调整；利用防松螺母将抗滑移索夹在钢拉杆上固定，并保证抗抗滑移索夹与标记点位置相对应。
对钢拉杆上抗滑移索夹位置进行精确调整是利用刻度尺对调节螺母之间的距离进行精确控制，并用锁紧后的防松螺母与钢拉杆的相对位置进行校核。
进一步优选的技术方案：步骤S43中，按照边界索上的标记点位置安装抗滑移索夹时，需保证边界索处于平直状态或微绷直状态，不得弯曲。
与现有技术相比，本发明具有以下特点和有益效果：
1，本发明解决现有拉索构造空间受限的问题；具体：现有拉索构造中，两个抗滑移索之间的距离太短，无法把拉索从中间弄断；本发明通过两个抗滑移索夹把拉索分成了三段，克服两个抗滑移索之间的距离短，空间受限制的问题。
2，由于抗滑移索夹3上设有第二斜拉索7，抗滑移索夹3上的第二斜拉索7的力是沿边界索1的轴向向外的，为了抵抗向外的力，本发明通过在抗滑移索夹3之间加设钢拉杆做向内的力，平衡向外的不平衡力。
3，本发明中钢拉杆4是刚性结构，且具有高强度的特点；应用在复杂索网结构中，能够与抗滑移索夹节点共同作用来抵抗较大的不平衡力，为不平衡力的主要抵抗构件；该构件是整个索网结构在服役期间，保证抗滑移索夹始终能抵抗由斜拉索产生的沿边界索方向的不平衡力。
4，本发明中抗滑移索夹包括索夹主体3.1和外凸板3.2，并通过螺栓连接；通过索夹主体3.1和外凸板3.2将边界索紧固包覆其间，使得抗滑移索夹具有较大的抗滑移力，以保证索网结构在整个施工过程中，索夹不会与拉索发生相对位移。
5，本发明在索网结构边界索段受到不平衡力过大的区域，通过在边界索段上安装抗滑移索夹和钢拉杆，并将抗滑移索夹和钢拉杆与边界索段连接为一体，将利用断索形式来抵抗较大不平衡力的结构形式转换为利用钢拉杆来抵抗这种较大的不平衡力的结构形式来满足设计和安全要求，同时利用抗滑移索夹的刚拉杆索道来代替断索的形式，不需要在抗滑移索处进行拉索断索处理，从而保证拉索具有足够的构造空间；这种结构形式相对断索的结构形式，加工制造成本更低，施工难度更小。
6，本发明索网结构成型后，钢拉杆始终处于工作状态，保证了抗滑移索夹的受力合理性，提高了整个索网在服役期间的安全域度。
附图说明
图1是发明抗滑移索夹节点结构的示意图。
图2是发明抗滑移索的示意图。
图3是发明抗滑移索夹的示意图。
图4是发明图1中A部的放大图。
图5是发明图1中B部的放大图。
图6是发明钢拉杆的示意图。
附图标记：1—边界索、2—抗滑移索、3—抗滑移索夹、4—钢拉杆、5—第一斜拉索、6—第一联系索、7—第二斜拉索、8—第二联系索、
2.1—柱状主体、2.2—边界索连接部、2.3—第一斜拉索连接部、2.4—第一联系索连接部、
3.1—索夹主体、3.2—外凸板、3.3—第二斜拉索连接部、3.4—第二联系索连接部、
4.1—杆体、4.2—调节螺母、4.3—防松螺母。
具体实施方式
参见图1至6所示，本发明一种抗滑移索夹节点结构及施工方法，抗滑移索夹节点结构包括边界索1，边界索1之间通过抗滑移索2连接，抗滑移索2上连接有第一斜拉索5和第一联系索6；边界索1上间隔连接有抗滑移索夹3，抗滑移索夹3之间连接有钢拉杆4，抗滑移索夹3上连接有第二斜拉索7和第二联系索8。
边界索1分为多段布置，由并排的双根或多根边界索段组成，边界索段沿索网轴线对称布置，边界索段之间通过抗滑移索相连；边界索段包括主索体和连接在主索体两端的主锚具，边界索段为钢索。
抗滑移索2，包括柱状主体2.1、连接在柱状主体侧面两端的边界索连接部2.2、连接在柱状主体侧面中间的第一斜拉索连接部2.3、间隔连接在柱状主体一底面的第一联系索连接部2.4；本实施例中，边界索连接部2.2设置两对，第一斜拉索连接部2.3设置一个，第一联系索连接部2.4间隔设置三个。
第一斜拉索5包括次索体、连接在次索体两端的次锚具及设置在次锚具内侧的调节螺杆；第一联系索6、第二斜拉索7和第二联系索8的结构与第一斜拉索5相同。
第一斜拉索通过第一斜拉索连接部连接在抗滑移索上，第一联系索通过第一联系索连接部连接在抗滑移索上。
抗滑移索夹3包括索夹主体3.1及通过螺栓连接在索夹主体3.1两侧的外凸板3.2；索夹主体3.1为一体结构，中部为并排的钢拉杆孔道，钢拉杆孔道的两端为半圆形的内凹板，内凹板的两端向上、下延伸形成连接部；外凸板3.2的结构与内凹板相同，并内凹板对扣；钢拉杆孔道的顶面连接有第二斜拉索连接部3.3，一外凸板3.2的外侧间隔连接有第二联系索连接部3.4；本实施例中，第二斜拉索连接部3.3设置一个，第二联系索连接部3.4设置两个；钢拉杆孔道内径略大于钢拉杆外径。
第二斜拉索通过第二斜拉索连接部连接在抗滑移索夹上；第二联系索通过第二联系索连接部连接在抗滑移索夹上。
钢拉杆4包括杆体4.1、穿接在杆体4.1两端的调节螺母4.2及设置在调节螺母内侧的防松螺母4.3。
抗滑移索夹之间设置单根或多根钢拉杆，具体将钢拉杆的杆体两端部穿接在抗滑移索夹的钢拉杆孔道内，并在杆体上穿接防松螺母和调节螺母紧固，其中调节螺母位于钢拉杆孔道的外侧，防松螺母位于钢拉杆孔道的内侧。
本发明解决现有拉索构造空间受限的问题；具体：现有拉索构造中，两个抗滑移索之间的距离太短，无法把拉索从中间弄断；本发明通过两个抗滑移索夹把拉索分成了三段，克服两个抗滑移索之间的距离短，空间受限制的问题。
由于抗滑移索夹3上设有第二斜拉索7，抗滑移索夹3上的第二斜拉索7的力是沿边界索1的轴向向外的，为了抵抗向外的力，本发明通过在抗滑移索夹3之间加设钢拉杆做向内的力，平衡向外的不平衡力。
本发明中钢拉杆4是刚性结构；较柔性的索结构，能够抵抗较大的不平衡力，为不平衡力的主要抵抗构件。
本发明中抗滑移索夹包括索夹主体3.1和外凸板3.2，并通过螺栓连接；通过索夹主体3.1和外凸板3.2将边界索紧固包覆其间，使得抗滑移索夹具有较大的抗滑移力，以适用于不平衡力较大的拉索构造中。
本发明根据索网结构的受力特点，通过分析、比较各种施加钢拉索预应力的索网受结构力状态，找出索网结构边界分段处受到不平衡力过大的区域，对该区域进行分析研究，对于无法达到拉索构造要求的边界索段进行单独结构设计。
本发明通过利用一种抗滑移索夹+钢拉杆的结构形式设计来满足设计和安全要求，即利用钢拉杆来抵抗较大不平衡力的结构形式来满足设计和安全要求，这种结构形式不需要在索节点处进行拉索断索处理，从而保证拉索具有足够的构造空间；这种结构形式相对断索的结构形式加工制造成本更低，施工难度更小。
索网结构成型后，钢拉杆始终处于工作状态，保证了抗滑移索夹的受力合理性，提高了整个索网结构在服役期间的安全域度。
本发明抗滑移索夹节点结构的施工方法如下：
S1.根据索网结构的受力特点，通过分析、比较各种施加钢拉索预应力的索网结构受力状态，找出索网结构边界区域不平衡力较大处，针对该区域无法利用拉索分段来抵抗不平衡力的部位进行单独结构设计；
S2.建立索网结构的计算模型，并进行各施工阶段的仿真分析，以给出步骤S1中索网结构边界区域在各施工阶段的位形和应力，并确定边界索的索长和标记点，其中，边界索与抗滑移索相连，抗滑移索夹在标记点处与边界索相连；
S3.建立步骤S1中索网结构边界区域三维模型，模拟安装过程，并对相应节点进行受力仿真分析和优化，确定最终结构模型；
S4.在施工场地进行索网结构的拼装，其中，步骤S1中索网结构边界区域的拼装包括如下步骤：
S41. 依次铺放需要安装抗滑移索夹的边界索和相邻边界索；
S42. 将钢拉杆与抗滑移索夹组装成一体、形成抗滑移索夹组件，并通过调节防松螺母和调节螺母精确控制抗滑移索夹之间的位置；
具体组装过程为：先在钢拉杆上安装防松螺母；再在钢拉杆上安装抗抗滑移索夹，并控制防松螺母和安装抗抗滑移索夹的位置；安装调节螺母，通过调节螺母对抗滑移索夹之间的距离进行精确调整；利用防松螺母将抗滑移索夹在钢拉杆上固定，并保证抗抗滑移索夹与标记点位置相对应；
对钢拉杆上抗滑移索夹位置进行精确调整是利用刻度尺对调节螺母之间的距离进行精确控制，并用锁紧后的防松螺母与钢拉杆的相对位置进行校核；
S43. 按照边界索上的标记点位置，将组装好的抗滑移索夹组件安装在边界索上；
具体的，将抗滑移索夹的外凸板扣合在索夹主体上，并包裹住边界索，然后通过螺栓穿接固定；
按照边界索上的标记点位置安装抗滑移索夹时，需保证边界索处于平直状态或微绷直状态，不得弯曲；
S44. 将安装完抗滑移索夹的边界索通过主锚具与抗滑移索连接，同时将相邻边界索连接到该处抗滑移索上；
S45. 将第一斜拉索通过第一斜拉索连接部与抗滑移索连接；
将第二斜拉索通过第二斜拉索连接部与抗滑移索夹连接；
S46. 将第一联系索通过第一联系索连接部与抗滑移索连接；
将第二联系索通过第二联系索连接部与抗滑移索夹连接；
S47. 依次连接至完成整体索网结构连接；
S5. 根据步骤S2中的仿真分析结果,对索网结构进行提升安装和张拉成型，在此施工过程中监测抗滑移索夹在边界索上的位置，保证该抗滑移索夹与边界索始终未出现相对滑动的情况；
索网结构成型后，拉索的索力值与步骤S2的仿真分析索网结构中的拉索索力设计值的偏差在±10%以内。
索网成型后，钢拉杆始终处于工作状态，保证了抗滑移索夹的受力合理性，提高了整个索网结构在服役期间的安全域度。
S6. 完成施工。
上述中，抗滑移索、抗滑移索夹和钢拉杆的结构设计需要满足设计要求和施工要求。
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。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (1)
1.一种抗滑移索夹节点结构的施工方法，其特征在于：包括抗滑移索夹节点结构，抗滑移索夹节点结构包括边界索（1），边界索（1）之间通过抗滑移索（2）连接，抗滑移索（2）上连接有第一斜拉索（5）和第一联系索（6）；边界索（1）上间隔连接有抗滑移索夹（3），抗滑移索夹（3）之间连接有钢拉杆（4），抗滑移索夹（3）上连接有第二斜拉索（7）和第二联系索（8）；
抗滑移索夹（3）包括索夹主体（3.1）及通过螺栓连接在索夹主体（3.1）两侧的外凸板（3.2）；索夹主体（3.1）为一体结构，中部为并排的钢拉杆孔道，钢拉杆孔道的两端为半圆形的内凹板，内凹板的两端向上、下延伸形成连接部；外凸板（3.2）的结构与内凹板相同，并内凹板对扣；钢拉杆孔道的顶面连接有第二斜拉索连接部（3.3），一外凸板（3.2）的外侧间隔连接有第二联系索连接部（3.4）；
钢拉杆（4）包括杆体（4.1）、穿接在杆体（4.1）两端的调节螺母（4.2）及设置在调节螺母内侧的防松螺母（4.3）；
第二斜拉索（7）通过第二斜拉索连接部（3.3）连接在抗滑移索夹上；第二联系索（8）通过第二联系索连接部（3.4）连接在抗滑移索夹上；
边界索（1）分为多段布置，由并排的双根或多根边界索段组成；
边界索段包括主索体和连接在主索体两端的主锚具；
抗滑移索（2）包括柱状主体（2.1）、连接在柱状主体侧面两端的边界索连接部（2.2）、连接在柱状主体侧面中间的第一斜拉索连接部（2.3）、间隔连接在柱状主体一底面的第一联系索连接部（2.4）；
第一斜拉索（5）包括次索体、连接在次索体两端的次锚具及设置在次锚具内侧的调节螺杆；
第一联系索（6）、第二斜拉索（7）和第二联系索（8）的结构与第一斜拉索（5）相同；
第一斜拉索（5）通过第一斜拉索连接部（2.3）连接在抗滑移索上，第一联系索（6）通过第一联系索连接部（2.4）连接在抗滑移索上；
边界索段沿索网轴线对称布置，边界索段之间通过抗滑移索相连；边界索段为钢索；
边界索连接部（2.2）设置两对，第一斜拉索连接部（2.3）设置一个，第一联系索连接部（2.4）间隔设置三个；
第二斜拉索连接部（3.3）设置一个，第二联系索连接部（3.4）设置两个；钢拉杆孔道内径略大于钢拉杆外径；
具体施工方法为：
S1.根据索网结构的受力特点，通过分析、比较各种施加钢拉索预应力的索网结构受力状态，找出索网结构边界区域不平衡力较大处，针对该区域无法利用拉索分段来抵抗不平衡力的部位进行单独结构设计；
S2.建立索网结构的计算模型，并进行各施工阶段的仿真分析，以给出步骤S1中索网结构边界区域在各施工阶段的位形和应力，并确定边界索的索长和标记点，其中，边界索与抗滑移索相连，抗滑移索夹在标记点处与边界索相连；
S3.建立步骤S1中索网结构边界区域三维模型，模拟安装过程，并对相应节点进行受力仿真分析和优化，确定最终结构模型；
S4.在施工场地进行索网结构的拼装，其中，步骤S1中索网结构边界区域的拼装包括如下步骤：
S41. 依次铺放需要安装抗滑移索夹的边界索和相邻边界索；
S42. 将钢拉杆与抗滑移索夹组装成一体、形成抗滑移索夹组件，并通过调节防松螺母和调节螺母精确控制抗滑移索夹之间的位置；
具体组装过程为：先在钢拉杆上安装防松螺母；再在钢拉杆上安装抗抗滑移索夹，并控制防松螺母和安装抗抗滑移索夹的位置；安装调节螺母，通过调节螺母对抗滑移索夹之间的距离进行精确调整；利用防松螺母将抗滑移索夹在钢拉杆上固定，并保证抗抗滑移索夹与标记点位置相对应；
对钢拉杆上抗滑移索夹位置进行精确调整是利用刻度尺对调节螺母之间的距离进行精确控制，并用锁紧后的防松螺母与钢拉杆的相对位置进行校核；
S43. 按照边界索上的标记点位置，将组装好的抗滑移索夹组件安装在边界索上；
具体的，将抗滑移索夹的外凸板扣合在索夹主体上，并包裹住边界索，然后通过螺栓穿接固定；
按照边界索上的标记点位置安装抗滑移索夹时，需保证边界索处于平直状态或微绷直状态，不得弯曲；
S44. 将安装完抗滑移索夹的边界索通过主锚具与抗滑移索连接，同时将相邻边界索连接到该处抗滑移索上；
S45. 将第一斜拉索通过第一斜拉索连接部与抗滑移索连接；
将第二斜拉索通过第二斜拉索连接部与抗滑移索夹连接；
S46. 将第一联系索通过第一联系索连接部与抗滑移索连接；
将第二联系索通过第二联系索连接部与抗滑移索夹连接；
S47. 依次连接至完成整体索网结构连接；
S5. 根据步骤S2中的仿真分析结果,对索网结构进行提升安装和张拉成型，在此施工过程中监测抗滑移索夹在边界索上的位置，保证该抗滑移索夹与边界索始终未出现相对滑动的情况；
索网结构成型后，拉索的索力值与步骤S2的仿真分析索网结构中的拉索索力设计值的偏差在±10%以内；
索网成型后，钢拉杆始终处于工作状态，保证了抗滑移索夹的受力合理性，提高了整个索网结构在服役期间的安全域度；
S6. 完成施工。
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