CN115787921B - 一种具有高耐用性的抗风张弦梁结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有高耐用性的抗风张弦梁结构及其施工方法，属于张弦梁结构技术领域，张弦梁结构包括刚性梁、张拉节点、钢绞线、撑杆和组装孔道；张拉节点设置在刚性梁上；钢绞线两端分别与张拉节点连接；组装孔道套设在钢绞线上，其内部设置浆料，两端与张拉节点柔性连接；撑杆的两端分别与刚性梁、组装孔道连接。本发明在钢绞线外部套设组装孔道，对钢绞线进行保护，避免高温、潮湿等气候对钢绞线强度的影响，提升耐久性能，在设计使用年限内无需更换受拉构件；在组装孔道内灌浆，利用水泥将钢绞线包裹，解决了结构的防火问题，耐火时间大大延长；同时，水泥增加了结构自重，有效保证结构在风吸力作用下预应力不退出工作，提升抗风性能。

Description

一种具有高耐用性的抗风张弦梁结构及其施工方法

技术领域

本发明属于张弦梁结构技术领域，特别涉及一种具有高耐用性的抗风张弦梁结构及其施工方法。

背景技术

张弦梁结构是一种高效的大跨度空间钢结构形式，由连续受拉构件（拉索或钢拉杆）和独立受压杆件（撑杆）共同支承上部受压结构而形成。张弦梁结构中，弦的预拉力使结构产生一定的反挠度，整体上部结构在荷载作用下的最终挠度减小；撑杆对抗弯受压构件提供弹性支撑，改善后者的受力性能。张弦梁结构使压弯构件和抗拉构件取长补短，协同工作，受力非常合理。

张弦梁结构的受拉构件通常采用成品拉索，拉索通过索夹和撑杆与上部结构连接，通过对下弦拉索施加预应力，对上部构件产生竖向顶升力，改善上部构件的内力幅值和分布，减小由外载荷产生的内力和变形。现有的张弦梁结构存在以下问题：

（1）高温对钢构件的强度有显著影响，目前张弦梁结构的拉索均裸露在空气中，拉索通常与上部钢结构采取相同的防火做法，即喷涂防火涂料，与钢筋混凝土结构相比，防火涂料耐火的时间较短，一般很难超过2个小时；

（2）拉索表面与防火涂料粘接力差，为了增加耐火时间，通过增加防火涂料厚度的做法，反而容易导致防火涂料发生剥落，影响防火效果，造成安全隐患；

（3）拉索没有保护层，耐久性较差，拉索寿命一般为20年，结构设计使用年限最少为50年，设计使用年限内有可能需要换索；

（4）张弦梁用作屋盖结构时，屋面常采用轻质围护材料，此时张弦梁属于风荷载敏感型结构，对于设计风荷载较大且采用轻屋面系统的张弦梁屋盖，在风吸力作用下下弦拉索可能会受压而退出工作，这将使得张弦梁结构的整体受力状态发生实质性变化，会影响结构的安全性，因此有时增加配重以防止拉索在风吸工况下松弛；

（5）成品拉索成本较高，一般每吨的成本为2万元，其中索头的造价占比较大，一般在30%。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高耐用性的抗风张弦梁结构及其施工方法，以解决上述背景技术中张弦梁结构防火能力差、结构强度难以保持、耐久性差、抗风能力薄弱以及制作成本较高的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种具有高耐用性的抗风张弦梁结构，包括刚性梁、张拉节点、钢绞线、撑杆和组装孔道；所述张拉节点设置在刚性梁上；所述钢绞线两端分别与张拉节点连接；所述组装孔道套设在钢绞线上，其内部设置浆料，两端与张拉节点柔性连接；所述撑杆的两端分别与刚性梁、组装孔道连接。

进一步地，所述张拉节点为钢套管，其管体上开设灌浆孔。

进一步地，所述组装孔道包括保护管、变形管和撑杆安装管；所述保护管套设在钢绞线上；所述变形管的两端分别与张拉节点、保护管连接；所述撑杆安装管套设在钢绞线上，并与撑杆连接。

进一步地，所述保护管为钢套管；所述变形管为金属波纹管。

进一步地，所述撑杆安装管为T型管，包括横管和立管，所述横管两端与保护管固连，所述立管与撑杆固连。

进一步地，所述变形管由两个圆台型金属环焊接而成，所述圆台型金属环的大口径面相互连接。

进一步地，所述刚性梁呈上拱型，由两根直梁连接而成。

进一步地，所述浆料为普通硅酸盐水泥。

一种具有高耐用性的抗风张弦梁结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、根据设计的张拉力值，对张拉时的结构变形、张拉力变化、结构应力大小等进行仿真模拟分析；

步骤二、根据仿真模拟分析得出的结论，确定钢绞线的长度；

步骤三、将变形管、保护管和撑杆安装管拼接形成组装孔道，并将组装孔道安装至张拉节点，然后安装撑杆；

步骤四、将钢绞线穿入组装孔道内，然后在钢绞线端部安装锚具；

步骤五、设置张拉操作平台，并进行钢绞线张拉；

步骤六、张拉到位后，通过灌浆孔向组装孔道内注浆；

步骤七、灌浆完成后，切除外露多余钢绞线，然后将张拉节点封住。

进一步地，所述步骤五中，钢绞线张拉方式包括以下步骤：

（1）安装千斤顶，将钢绞线从千斤顶的前端穿入，直至千斤顶的顶压器顶住锚具为止，然后安装工具锚；

（2）检查无误后进行张拉，持续加压直至达到设计要求的张拉力，当千斤顶行程满足不了所需的伸长值时，中途可停止张拉，作临时锚固，倒回千斤顶行程，进行二次张拉。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的一种具有高耐用性的抗风张弦梁结构及其施工方法，在钢绞线外部套设组装孔道，对钢绞线进行保护，避免高温、潮湿等气候对钢绞线强度的影响，这种张弦梁结构不仅具有传统张弦梁的优势，同时能够极大增加结构的抗气候能力，提升耐久性能，在设计使用年限内无需更换受拉构件，大大节省后期维护费用。

2、本发明提供的一种具有高耐用性的抗风张弦梁结构及其施工方法，在组装孔道内灌浆，利用水泥将钢绞线包裹，解决了结构的防火问题，耐火时间大大延长，可以媲美钢筋混凝土结构；同时，水泥增加了结构自重，有效保证结构在风吸力作用下预应力不退出工作，提升抗风性能。

3、本发明提供的一种具有高耐用性的抗风张弦梁结构及其施工方法，以钢绞线作为受拉构件，替换了常规拉索结构，降低索体加工成本和索头的成本，可降低综合成本50%。

附图说明

图1为本发明涉及的张弦梁结构的整体结构示意图；

图2为本发明涉及的变形管的结构示意图；

图3为本发明涉及的撑杆安装管的结构示意图；

图4为本发明涉及的撑杆与刚性梁的连接示意图。

图中：1-刚性梁、2-张拉节点、3-钢绞线、4-撑杆、5-组装孔道、51-保护管、52-变形管、53-撑杆安装管。

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所示，本发明提供的一种具有高耐用性的抗风张弦梁结构，包括刚性梁1、张拉节点2、钢绞线3、撑杆4和组装孔道5；张拉节点2设置在刚性梁1的两端；钢绞线3两端与张拉节点2连接；撑杆4的两端分别与刚性梁1、组装孔道5连接；组装孔道5套设在钢绞线3上，其内部设置浆料，包括保护管51、变形管52和撑杆安装管53；保护管51套设在钢绞线3上；变形管52的两端分别与张拉节点2、保护管51连接；撑杆安装管53套设在钢绞线3上，并与撑杆4连接；张拉节点2和组装孔道5连为一体，将钢绞线3整体包裹，使钢绞线3与外界分隔，减少气候对钢绞线3强度的影响。

刚性梁1呈上拱型，由两根直梁连接而成，优选的，直梁为钢管结构。刚性梁1也可呈圆拱形和平直线，当刚性梁1为平直线时，为防止失稳，需增加平面外约束。

张拉节点2为钢套管，其顶端设置封堵结构，钢套管预设在刚性梁1内，其设置角度与钢绞线3张拉成型后的端部延伸角度一致。张拉节点2的管体上开设灌浆孔，灌浆孔兼做出气孔，灌浆孔设置在张拉节点2露出刚性梁1的筒体侧面。

钢绞线3穿过张拉节点2后，在其端部设置锚具，通过锚具与张拉节点2固连。

如图4所示，撑杆4顶端与刚性梁1铰接连接。刚性梁1对应撑杆设置安装座，撑杆顶端设置耳板，耳板通过销轴与安装座铰接。

组装孔道5内部设置的浆料优选为42.5级普通硅酸盐水泥，其水灰比为0.4。优选的，组装孔道5内径的截面积为钢绞线总截面积的3-3.5倍。

保护管51为钢管结构。

如图2所示，变形管52为金属波纹管，在后续钢绞线3张拉过程中，通过变形管52的形变为保护管51提供张拉空间。变形管52包括一系列贯通的圆台型金属环，相邻圆台型金属环之间通过相同口径面对接固连。优选的，每个变形管52由两个圆台型金属环焊接而成，圆台型金属环的大口径面相互连接，变形管52的两端分别与张拉节点2、保护管51焊接连接。

如图3所示，撑杆安装管53为T型管，包括横管和立管，横管套设在钢绞线3上，其两端与保护管51通过螺栓或者焊接连接；立管与撑杆4底端焊接连接，且立管尺寸与撑杆4底端尺寸相适应。

一种具有高耐用性的抗风张弦梁结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、根据设计的张拉力值，对张拉时的结构变形、张拉力变化、结构应力大小等进行仿真模拟分析，检验否满足结构安全需要；

步骤二、根据仿真模拟分析得出的结论，确定钢绞线3的长度，钢绞线3两端预留1000mm的张拉长度；

步骤三、将变形管52、保护管51和撑杆安装管53拼接形成组装孔道5，并将组装孔道5安装至张拉节点2，然后安装撑杆4；

步骤四、将钢绞线3穿入组装孔道5内，多束钢绞线3应采用分束多次穿入的方法；

步骤五、在钢绞线3端部安装锚具，锚具紧贴张拉节点2表面并通过夹片固定；

步骤六、设置张拉操作平台，操作平台应满足设备摆放和张拉操作的空间需求；当张弦梁跨度小于60m时，可以采用单端张拉方式，当张弦梁跨度大于60m时，采用双端张拉方式；

步骤七、安装千斤顶，将钢绞线3从千斤顶的前端穿入，直至千斤顶的顶压器顶住锚具为止，然后安装工具锚，使工具锚与千斤顶后部贴紧并通过夹片固定；

步骤八、检查无误后进行张拉，持续加压直至达到设计要求的张拉力，当千斤顶行程满足不了所需的伸长值时，中途可停止张拉，作临时锚固，倒回千斤顶行程，进行二次张拉；

步骤九、张拉检验通过后，通过灌浆孔向组装孔道5内注浆，浆料采用42.5级普通硅酸盐水泥，灌浆前，需将浆料搅拌均匀；

步骤十、灌浆完成后，切除外露多余钢绞线3，切除后，钢绞线3露出长度不小于30mm，然后将张拉节点2封住，做好保护。

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 (7)

1.一种具有高耐用性的抗风张弦梁结构，其特征在于，包括刚性梁（1）、张拉节点（2）、钢绞线（3）、撑杆（4）和组装孔道（5）；所述张拉节点（2）设置在刚性梁（1）上；所述钢绞线（3）两端分别与张拉节点（2）连接；所述组装孔道（5）套设在钢绞线（3）上，其内部设置浆料，两端与张拉节点（2）柔性连接；所述撑杆（4）的两端分别与刚性梁（1）、组装孔道（5）连接；所述组装孔道（5）包括保护管（51）、变形管（52）和撑杆安装管（53）；所述保护管（51）套设在钢绞线（3）上；所述变形管（52）的两端分别与张拉节点（2）、保护管（51）连接；所述撑杆安装管（53）套设在钢绞线（3）上，并与撑杆（4）连接；所述张拉节点（2）为钢套管，其管体上开设灌浆孔；

所述撑杆安装管（53）为T型管，包括横管和立管，所述横管两端与保护管（51）固连，所述立管与撑杆（4）固连。

2.根据权利要求1所述的一种具有高耐用性的抗风张弦梁结构，其特征在于，所述保护管（51）为钢套管；所述变形管（52）为金属波纹管。

3.根据权利要求1所述的一种具有高耐用性的抗风张弦梁结构，其特征在于，所述变形管（52）由两个圆台型金属环焊接而成，所述圆台型金属环的大口径面相互连接。

4.根据权利要求1所述的一种具有高耐用性的抗风张弦梁结构，其特征在于，所述刚性梁（1）呈上拱型，由两根直梁连接而成。

5.根据权利要求1所述的一种具有高耐用性的抗风张弦梁结构，其特征在于，所述浆料为普通硅酸盐水泥。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种具有高耐用性的抗风张弦梁结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、根据设计的张拉力值，对张拉时的结构变形、张拉力变化、结构应力大小进行仿真模拟分析；

步骤二、根据仿真模拟分析得出的结论，确定钢绞线（3）的长度；

步骤三、将变形管（52）、保护管（51）和撑杆安装管（53）拼接形成组装孔道（5），并将组装孔道（5）安装至张拉节点（2），然后安装撑杆（4）；

步骤四、将钢绞线（3）穿入组装孔道（5）内，然后在钢绞线（3）端部安装锚具；

步骤五、设置张拉操作平台，并进行钢绞线（3）张拉；

步骤六、张拉到位后，通过灌浆孔向组装孔道（5）内注浆；

步骤七、灌浆完成后，切除外露多余钢绞线（3），然后将张拉节点（2）封住。

7.根据权利要求6所述的一种具有高耐用性的抗风张弦梁结构的施工方法，其特征在于，所述步骤五中，钢绞线（3）张拉方式包括以下步骤：

（1）安装千斤顶，将钢绞线（3）从千斤顶的前端穿入，直至千斤顶的顶压器顶住锚具为止，然后安装工具锚；

（2）检查无误后进行张拉，持续加压直至达到设计要求的张拉力，当千斤顶行程满足不了所需的伸长值时，中途可停止张拉，作临时锚固，倒回千斤顶行程，进行二次张拉。

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