CN115992566B - 一种刚柔正交索网结构及其成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刚柔正交索网结构及其成型方法，属于索梁结构施工技术领域，索网结构包括环梁、钢梁、承重索、控制索、第一交叉节点、第二交叉节点、可调连接件和张拉机构；所述钢梁的两端与环梁连接；所述承重索与钢梁相交；所述控制索与钢梁相交，且由索段连接而成；所述第一交叉节点对应承重索设置在钢梁上；所述第二交叉节点对应控制索设置在钢梁上，其内部设置球槽索道，所述控制索上固设球型索夹；所述可调连接件两端与相邻的索段连接；所述张拉机构对应可调连接件设置。当钢梁无法平衡受力时，通过第二交叉节点对控制索产生作用力，传感器检测到此作用力时，通过张拉机构和可调连接件对控制索的长度进行调节，以抵消钢梁的不利变形。

Description

一种刚柔正交索网结构及其成型方法

技术领域

本发明属于索梁结构施工技术领域，特别涉及一种刚柔正交索网结构及其成型方法。

背景技术

刚柔正交索网结构是钢梁和拉索交织而成的新型结构，该结构形式简洁，受力明确，充分利用了拉索的抗拉性能和钢梁的抗压弯性能，在建筑工程中有着广泛的应用。

在拉索施工过程中，由于结构本身的构造、钢索加工精度误差、拉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，拉索不可避免的会产生不平衡力和滑动摩擦力。而这种力会在施工过程中进一步放大，对整个索网结构，尤其是钢梁产生不利影响。由于钢梁具有刚度大、变形小的特点，因此需要在施工过程中对这种力差进行消减，避免钢梁变形，影响整个索网结构的稳定性和安全性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种刚柔正交索网结构及其成型方法，以解决上述背景技术中拉索产生的不平衡力和滑动摩擦力易对钢梁造成不利影响，进而破坏索网结构稳定性的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种刚柔正交索网结构，包括环梁、钢梁、承重索、控制索、第一交叉节点、第二交叉节点、可调连接件和张拉机构；所述环梁设置在支撑结构上；所述钢梁的两端与环梁连接；所述承重索与钢梁相交，其两端与环梁连接；所述控制索与钢梁相交，其两端与环梁连接，所述控制索由索段连接而成；所述第一交叉节点对应承重索设置在钢梁上，其内部开设索道；所述第二交叉节点对应控制索设置在钢梁上，其内部设置球槽索道，所述控制索上固设球型索夹，所述球型索夹设置在球槽索道内；所述可调连接件两端与相邻的索段连接；所述张拉机构对应可调连接件设置，包括承压部和动力结构，所述承压部固设在索段上，所述动力结构与承压部接触连接。

进一步地，所述张拉机构还包括传力部、连杆和传感器；所述传力部固设在索段上，所述传力部和承压部上对应开设通孔；所述连杆活动穿设在承压部和传力部的通孔内；所述传感器与传力部接触连接，所述传感器和动力结构均设置在连杆上。

进一步地，所述可调连接件包括锚具和连接螺杆；所述锚具固设在索段端部，其靠近连接螺杆的一侧开设内螺纹；所述连接螺杆与锚具螺纹配合。

进一步地，所述动力结构左侧与承压部接触，右侧设置反力螺母；所述传感器右侧与传力部接触，左侧设置定位螺母；所述反力螺母和定位螺母均与连杆螺纹连接；所述承压部、传力部分别与可调连接件的两锚具接触。

进一步地，所述第一交叉节点包括主盖板、副盖板和加固板；所述主盖板和副盖板设置在钢梁上，二者共同围合成索道；所述钢梁对应索道上开设通孔；所述加固板设置在钢梁上，并分别与主盖板和副盖板连接。

进一步地，所述主盖板设置在钢梁的两侧，其底面开设弧形槽；所述副盖板通过螺栓设置在钢梁的两侧，其顶面开设弧形槽；所述钢梁的通孔下方开设连槽；所述加固板包括上加固板和下加固板，所述上加固板分别与钢梁、主盖板连接；所述下加固板截面呈L型，包括立板和横板；所述立板顶部与副盖板抵接，侧面与钢梁通过螺栓连接；所述横板与连槽两侧的钢梁通过螺栓连接。

进一步地，所述第二交叉节点的球槽索道由主定位部、副定位部围设而成，所述钢梁对应球槽索道开设预留孔。

进一步地，所述主定位部固设在钢梁两侧，其底面为半球槽；所述副定位部通过螺栓设置在钢梁两侧，其顶面为半球槽；所述主定位部顶面以及副定位部底面均设置成撑板，所述撑板与钢梁固连。

进一步地，所述球型索夹包括两个半球型夹片，两个半球型夹片通过螺栓固定在控制索上。

一种刚柔正交索网结构的成型方法，包括以下步骤，

S1.根据索网特点，确定承重索和控制索的索长，计算施工过程中的承重索和控制索的索力值、以及钢梁受承重索摩擦力和不平衡力下的变形值，以此设计张拉机构；

S2.安装控制索和张拉机构；

S3.依次对称安装控制索两侧的承重索，通过传感器实时监测该过程中承重索与钢梁索道之间的摩擦力对钢梁的影响，及时通过张拉机构对球型索夹进行微调；

S4.依次对称张拉承重索，通过传感器实时监测该过程中承重索与钢梁索道之间的不平衡力对钢梁的影响，及时通过张拉机构对球型索夹进行微调；

S5.紧固承重索索夹盖板，完成承重索施工；

S6.通过张拉机构微调控制索的索力值，完成控制索施工；

S7.拆除张拉机构，完成整体索网结构施工。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的一种刚柔正交索网结构及其成型方法，当钢梁自身无法平衡承重索与钢梁之间的摩擦力或者两侧承重索的拉力时，钢梁发生变形，进而对控制索产生作用力，传感器检测到此作用力时，通过张拉机构和可调连接件对控制索的长度进行调节，进而对球型索夹进行微调，以抵消钢梁的不利变形。

2、本发明提供的一种刚柔正交索网结构及其成型方法，通过球型索夹和球槽索道配合，并通过传感器对控制索的索力进行监测，可以实时监测控制索的索力变化，进而反映承重索与钢梁索道之间的摩擦力以及承重索与钢梁索道之间的不平衡力对钢梁的影响。

3、本发明提供的一种刚柔正交索网结构及其成型方法，当控制索的索力发生变化时，球型索夹可进行微小的转动，进而消耗不利应力，避免第二交叉节点因钢梁形变或控制索张拉发生结构破坏。

附图说明

图1为本发明涉及的索网结构的整体结构示意图；

图2为本发明涉及的承重索与第一交叉节点的布设示意图；

图3为本发明涉及的控制索、第二交叉节点以及可调连接件的布设示意图；

图4为本发明涉及的张拉机构的结构示意图；

图5为本发明涉及的第一交叉节点的拆解图；

图6为本发明涉及的第二交叉节点的拆解图。

图中：1-环梁、2-钢梁、3-承重索、4-控制索、5-第一交叉节点、51-主盖板、52-副盖板、53-加固板、6-第二交叉节点、61-主定位部、62-副定位部、63-球型索夹、7-可调连接件、8-张拉机构、81-承压部、82-传力部、83-连杆、84-动力结构、85-反力螺母、86-传感器、87-定位螺母。

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1-3所示，本发明提供的一种刚柔正交索网结构，包括环梁1、钢梁2、承重索3、控制索4、第一交叉节点5、第二交叉节点6、可调连接件7和张拉机构8；环梁1设置在支撑结构上；钢梁2的两端与环梁1铰接；承重索3两端与环梁1铰接，并与钢梁2正交设置，承重索3间隔设置多道；控制索4设置在两承重索3之间，并与钢梁2正交连接，控制索4由多个索段连接而成；第一交叉节点5对应承重索3设置在钢梁2上，其内部开设索道，供承重索3通过；第二交叉节点6对应控制索4设置在钢梁2上，其内部设置球槽索道，控制索4对应固设球型索夹63，球型索夹63设置在球槽索道内，并与之配合。当控制索4的索力发生变化时，球型索夹63可进行微小的转动，进而消耗不利应力，避免第二交叉节点6因钢梁2形变发生结构破坏；可调连接件7两端与相邻的两索段连接，可调连接件7可伸缩设置，进而调节控制索4的整体长度；张拉机构8对应可调连接件7设置，其上设置传感器86。

当钢梁2自身无法平衡承重索3与钢梁2之间的摩擦力或者两侧承重索3的拉力时，钢梁2发生变形，并通过第二交叉节点6对控制索4产生作用力，当传感器86检测到此作用力时，通过张拉机构8和可调连接件7对控制索4的长度进行调节，进而对球型索夹63进行微调，以抵消钢梁2的不利变形。

钢梁2与环梁1通过销轴-耳板配合的方式连接，承重索3、控制索4均通过销轴-耳板配合的方式与环梁1连接。

如图5所示，第一交叉节点5包括主盖板51、副盖板52和加固板53；主盖板51和副盖板52共同围合成索道，钢梁2对应索道上开设通孔。加固板53设置在钢梁2上，并分别与主盖板51和副盖板52连接。作为一种优选方式，主盖板51水平设置在钢梁2的两侧，其底面开设弧形槽，主盖板51与钢梁2焊接连接；副盖板52水平设置在钢梁2的两侧，其顶面开设弧形槽，副盖板52与主盖板51通过螺栓固定；钢梁2的通孔下方开设连槽，便于承重索3的安装。加固板53包括上加固板和下加固板，上加固板分别与钢梁2、主盖板51焊接连接；下加固板截面呈L型，包括立板和横板，立板顶部与副盖板52抵接，侧面与钢梁2通过螺栓连接；横板与连槽两侧的钢梁2通过螺栓连接，增强第一交叉节点5处的钢梁2强度。主盖板51和上加固板预先安装至钢梁2上，施工时，将承重索3沿连槽向上移动至通孔处，安装副盖板52对承重索3进行固定，最后安装下加固板，即完成第一交叉节点5的安装。

如图6所示，第二交叉节点6的球槽索道由主定位部61、副定位部62围设而成，钢梁2对应球槽索道开设预留孔。作为一种优选方式，主定位部61固设在钢梁2两侧，其底面为半球槽，副定位部62设置在钢梁2两侧，其顶面为半球槽，主定位部61与钢梁2焊接连接，副定位部62与钢梁2螺栓连接，主定位部61顶面以及副定位部62底面均设置成撑板，撑板与钢梁2固连，增强第二交叉节点6处的钢梁2强度。

球型索夹63包括两个半球型夹片，两个半球型夹片通过螺栓固定在控制索4上。球型索夹63可在球槽索道内轻微转动，球槽索道的进出口径大于控制索4的直径，保证控制索4在成型态时与钢梁2不发生干涉。

如图4所示，可调连接件7包括锚具和连接螺杆，锚具固设在控制索4的索段端部，其靠近连接螺杆的一侧开设内螺纹，连接螺杆与锚具螺纹配合。对控制索4的索长进行张拉调整时，需要利用刻度尺对索长进行精确控制，并用连接螺杆的进出量进行校核。

张拉机构8包括承压部81、传力部82、连杆83、动力结构84、反力螺母85、传感器86和定位螺母87；承压部81固设在索段上；传力部82固设在与承压部81相邻索段上，二者对应开设通孔；连杆83活动穿设在承压部81和传力部82的通孔内，优选为螺杆结构；动力结构84设置在连杆83上，其左侧与承压部81接触；反力螺母85与连杆83螺纹连接，并设置在动力结构84右侧；传感器86设置在连杆83上，其右侧与传力部82接触；定位螺母87与连杆83螺纹连接，并设置在传感器86左侧。优选的，承压部81、传力部82均与可调连接件7的锚具端部接触。

控制索4的索段连接处设置在相邻的两个钢梁2之间，可调连接件7和张拉机构8对应设置。动力结构84为穿心式千斤顶；传感器86为穿心式传感器86。

由可调连接件7和张拉机构8配合微调控制索4的长度，调节时需要用动力结构84拉伸索体，在索体弹性变形时，转动连接螺杆进行长度调节，然后卸载动力结构84的力，此时动力结构84产生的拉力就转换为控制索4的内力。

一种刚柔正交索网结构的施工方法，包括以下步骤：

S1.根据索网特点，进行各施工阶段的仿真分析，得出索网结构在各施工阶段的位形和应力，并确定承重索3和控制索4的索长；然后对关键施工阶段进行三维模型放样，准确模拟施工阶段中各个主要构件的位形；再提取施工过程中的承重索3和控制索4的索力值、以及钢梁2受承重索3摩擦力和不平衡力下的变形值，根据承重索3和控制索4的索力值以及钢梁2的变形值设计张拉机构8；

S2.安装控制索4和张拉机构8；

S21.在施工现场铺设控制索4各个索段，并将球型索夹63安装在控制索4的标记点处；

S22.依次将控制索4各个索段穿过钢梁2，安装副固定部将球型索夹63定位，再通过可调连接件7将控制索4各个索段连接成整体；

S23.在控制索4的连接部位处安装张拉机构8；

S24.通过张拉机构8对控制索4施加预紧力，通过传感器86对钢梁2的受力变形进行监测；

S3.依次对称安装控制索4两侧的承重索3，并安装副盖板52和下固定板，然后通过传感器86实时监测该过程中承重索3与钢梁2索道之间的摩擦力对钢梁2的影响，当钢梁2变形超过一定范围，及时通过张拉机构8对球型索夹63进行微调，以抵消钢梁2的不利变形；

S4.依次对称张拉承重索3，通过传感器86实时监测该过程中承重索3与钢梁2索道之间的不平衡力对钢梁2的影响，当钢梁2变形超过一定范围，及时通过张拉机构8对球型索夹63进行微调，以抵消钢梁2的不利变形；

S5.紧固承重索3索夹盖板，完成承重索3施工；

S6.通过张拉机构8微调控制索4的索力值，完成控制索4施工；

S7.拆除张拉机构8，完成整体索网结构施工。

步骤S1中，对张拉机构8的设计需要保证钢梁2可以抵抗施工过程中承重索3产生的不平衡力以及承重索3与索道之间的滑动摩擦力之和，同时保证张拉机构8具有实时监测功能。

步骤S22中，张拉机构8对控制索4施加预紧力，需克服承重索3在安装过程中滑动摩擦力对钢梁2的不利影响，同时保证钢梁2平面外变形控制在极小范围，且保证钢梁2与环梁1之间的耳板不发生碰撞。

步骤S4中，依次对称张拉承重索3，可以分批或整体进行张拉，但需对承重索3进行对称施工，从而降低承重索3施工过程中对钢梁2的影响，并减小对控制索4索力调整的难度。

步骤S6中，对索长进行微调时，需要通过刻度尺对拉索的索长进行精确控制，并用连接螺杆的进出量进行校核。

以上述方法张拉成型后的索网结构，承重索3和控制索4的索力实际值与步骤S1的仿真分析结构中的索力计算值偏差在±10%以内。

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 (10)

1.一种刚柔正交索网结构，其特征在于，包括环梁（1）、钢梁（2）、承重索（3）、控制索（4）、第一交叉节点（5）、第二交叉节点（6）、可调连接件（7）和张拉机构（8）；所述环梁（1）设置在支撑结构上；所述钢梁（2）的两端与环梁（1）连接；所述承重索（3）与钢梁（2）相交，其两端与环梁（1）连接；所述控制索（4）与钢梁（2）相交，其两端与环梁（1）连接，所述控制索（4）由索段连接而成；所述第一交叉节点（5）对应承重索（3）设置在钢梁（2）上，其内部开设索道；所述第二交叉节点（6）对应控制索（4）设置在钢梁（2）上，其内部设置球槽索道，所述控制索（4）上固设球型索夹（63），所述球型索夹（63）设置在球槽索道内；所述可调连接件（7）两端与相邻的索段连接；所述张拉机构（8）对应可调连接件（7）设置，包括承压部（81）和动力结构（84），所述承压部（81）固设在索段上，所述动力结构（84）与承压部接触连接。

2.根据权利要求1所述的一种刚柔正交索网结构，其特征在于，所述张拉机构（8）还包括传力部（82）、连杆（83）和传感器（86）；所述传力部（82）固设在索段上，所述传力部（82）和承压部（81）上对应开设通孔；所述连杆（83）活动穿设在承压部（81）和传力部（82）的通孔内；所述传感器（86）与传力部（82）接触连接，所述传感器（86）和动力结构（84）均设置在连杆（83）上。

3.根据权利要求2所述的一种刚柔正交索网结构，其特征在于，所述可调连接件（7）包括锚具和连接螺杆；所述锚具固设在索段端部，其靠近连接螺杆的一侧开设内螺纹；所述连接螺杆与锚具螺纹配合。

4.根据权利要求3所述的一种刚柔正交索网结构，其特征在于，所述动力结构（84）左侧与承压部（81）接触，右侧设置反力螺母（85）；所述传感器（86）右侧与传力部（82）接触，左侧设置定位螺母（87）；所述反力螺母（85）和定位螺母（87）均与连杆（83）螺纹连接；所述承压部（81）、传力部（82）分别与可调连接件（7）的两锚具接触。

5.根据权利要求1所述的一种刚柔正交索网结构，其特征在于，所述第一交叉节点（5）包括主盖板（51）、副盖板（52）和加固板（53）；所述主盖板（51）和副盖板（52）设置在钢梁（2）上，二者共同围合成索道；所述钢梁（2）对应索道上开设通孔；所述加固板（53）设置在钢梁（2）上，并分别与主盖板（51）和副盖板（52）连接。

6.根据权利要求5所述的一种刚柔正交索网结构，其特征在于，所述主盖板（51）设置在钢梁（2）的两侧，其底面开设弧形槽；所述副盖板（52）通过螺栓设置在钢梁（2）的两侧，其顶面开设弧形槽；所述钢梁（2）的通孔下方开设连槽；所述加固板（53）包括上加固板和下加固板，所述上加固板分别与钢梁（2）、主盖板（51）连接；所述下加固板截面呈L型，包括立板和横板；所述立板顶部与副盖板（52）抵接，侧面与钢梁（2）通过螺栓连接；所述横板与连槽两侧的钢梁（2）通过螺栓连接。

7.根据权利要求1所述的一种刚柔正交索网结构，其特征在于，所述第二交叉节点（6）的球槽索道由主定位部（61）、副定位部（62）围设而成，所述钢梁（2）对应球槽索道开设预留孔。

8.根据权利要求7所述的一种刚柔正交索网结构，其特征在于，所述主定位部（61）固设在钢梁（2）两侧，其底面为半球槽；所述副定位部（62）通过螺栓设置在钢梁（2）两侧，其顶面为半球槽；所述主定位部（61）顶面以及副定位部（62）底面均设置成撑板，所述撑板与钢梁（2）固连。

9.根据权利要求1所述的一种刚柔正交索网结构，其特征在于，所述球型索夹（63）包括两个半球型夹片，两个半球型夹片通过螺栓固定在控制索（4）上。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种刚柔正交索网结构的成型方法，其特征在于，包括以下步骤，

S1.根据索网特点，确定承重索（3）和控制索（4）的索长，计算施工过程中的承重索（3）和控制索（4）的索力值、以及钢梁（2）受承重索（3）摩擦力和不平衡力下的变形值，以此设计张拉机构（8）；

S2.安装控制索（4）和张拉机构（8）；

S3.依次对称安装控制索（4）两侧的承重索（3），通过传感器（86）实时监测该过程中承重索（3）与钢梁（2）索道之间的摩擦力对钢梁（2）的影响，及时通过张拉机构（8）对球型索夹（63）进行微调；

S4.依次对称张拉承重索（3），通过传感器（86）实时监测该过程中承重索（3）与钢梁（2）索道之间的不平衡力对钢梁（2）的影响，及时通过张拉机构（8）对球型索夹（63）进行微调；

S5.紧固承重索（3）索夹盖板，完成承重索（3）施工；

S6.通过张拉机构（8）微调控制索（4）的索力值，完成控制索（4）施工；

S7.拆除张拉机构（8），完成整体索网结构施工。

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