CN117145065B - 一种高净空张弦结构及其低拉力成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高净空张弦结构及其低拉力成型方法，结构包括钢梁、钢索、钢拉杆以及可调撑杆，所述钢梁分别与钢索、钢拉杆和可调撑杆连接，所述钢拉杆和可调撑杆分别通过索夹与钢索连接，所述钢拉杆位于钢索中部且分布于两根可调撑杆之间。本申请采用钢梁、钢索、钢拉杆以及可调撑杆组合形成张弦梁结构，在满足使用净空的条件下，增加了钢索下部使用刚度，且采用适配的成型方法，具有操作简便、成本低的优点。

Description

一种高净空张弦结构及其低拉力成型方法

技术领域

本发明涉及预应力钢结构施工的技术领域，特别是涉及一种高净空张弦结构及其低拉力成型方法。

背景技术

张弦梁结构是预应力空间结构中较为常用的一种结构，该结构一般包括两种形式，一种由上部钢结构、撑杆和下部柔性钢索组成，其中下弦索一般设置为下凹式，这种结构容易在风吸作用下退出工作，同时这种占用空间较大，整体使用净空间也因此变小。

另一种结构形式由上部钢结构、钢拉杆和下部柔性钢索组成，其中下弦索一般设置为上凸式，这种结构使用净空间大于下凹式张弦结构，但这种结构是由下部钢索的张紧力提供钢拉杆和拉索的刚度，当屋面载荷较大时，钢索容易退出工作。

针对上述问题，本申请提供一种高净空张弦结构及其低拉力成型方法。

发明内容

本发明提供一种高净空张弦结构及其低拉力成型方法，以解决上述技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种高净空张弦结构，包括钢梁、钢索、钢拉杆以及可调撑杆，所述钢梁分别与钢索、钢拉杆和可调撑杆连接，所述钢拉杆和可调撑杆分别通过索夹与钢索连接，所述钢拉杆位于钢索中部且分布于两根可调撑杆之间；钢索于可调撑杆处形成下凹结构，于钢拉杆处形成上凸结构。

本发明一种高净空张弦结构，进一步的，所述钢梁上于钢索、钢拉杆和可调撑杆连接处分别设有连接耳板，所述钢梁通过连接耳板分别与钢索、钢拉杆、可调撑杆连接。

本发明一种高净空张弦结构，进一步的，所述可调撑杆包括上部叉耳、撑杆杆体、锥形连接部、调节螺杆、承压螺母、承压叉耳以及锁紧螺母，所述上部叉耳用于与连接耳板连接，所述锥形连接部固设在撑杆杆体下端，所述调节螺杆与锥形连接部螺纹连接，所述承压叉耳通过两侧的承压螺母和锁紧螺母与调节螺杆连接，所述承压叉耳用于与索夹连接。

本发明一种高净空张弦结构，进一步的，所述钢拉杆上端设置为双叉耳形式，通过销轴与钢梁连接，下端为单叉耳形式，通过销轴与索夹连接。

本发明一种低压力成型方法，包括以下步骤：

S1、根据钢梁结构特点和受力特点，确定成型方案；基于所确定的钢梁结构，建立整体结构计算模型，并进行各施工阶段的仿真计算，以给出结构在各施工阶段的位形和应力，并确定钢索的索长，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，提取施工过程中的钢索侧向加载力值和变形量，并设计钢索的加载设备；

S2、将撑杆索夹和拉杆索夹安装在钢索标记点处，组装可调撑杆，并利用承压螺母和锁紧螺母将承压叉耳固定在调节螺杆上极限位置；

将钢索与钢梁连接，将可调撑杆分别与钢梁和撑杆索夹连接，将钢拉杆分别与钢梁和拉杆索夹连接；

将锁紧螺母调整至调节螺杆下极限位置；将加载设备A和B分别安装在撑杆索夹处；

S3、同时启动加载设备A和B，逐级对称加压，对张拉变形进行实时监测，并利用压力传感器对力值进行校核；

S4、当加载设备加载力值和加载变形值达到要求后，停止加载，利用承压螺母和锁紧螺母将承压叉耳固定在可调撑杆上；

S5、对加载设备逐级对称卸载，力学体系转换完成后，拆除加载设备完成施工。

本发明一种低压力成型方法，进一步的，步骤2中，调节螺杆的上极限位置根据步骤1的计算模型和三维实际放样所得，该位置保证钢索与钢梁连接耳板、撑杆索夹与可调撑杆、拉杆索夹和钢拉杆处于无应力连接状态；

下极限位置根据步骤1的计算模型和三维实际放样所得，该位置保证承压叉耳在调节螺杆中的下移量大于承压叉耳施工的变形所产生的下移量值。

本发明一种低压力成型方法，进一步的，所述加载设备包括反力横担、加载装置以及反力耳板，所述反力横担与撑杆索夹连接，所述反力横担通过锚具组件与加载装置连接，所述加载装置通过销轴与反力耳板连接，所述反力耳板固设在持力点上。

本发明一种低压力成型方法，进一步的，所述加载装置包括反力架、钢绞线、螺纹钢、千斤顶、张拉螺母、调节螺母以及压力传感器。

本发明一种低压力成型方法，进一步的，步骤S3中对张拉变形进行实时监测，是利用千斤顶的出缸量进行测量并通过调节螺母的旋转圈数进行校核，千斤顶的出缸量测量误差的精度控制在0.1mm。

本发明一种低压力成型方法，进一步的，钢梁成型后钢索的索力实际值与步骤S1的仿真分析结构中拉索索力计算值的偏差在±6%以内。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1.本申请在尽可能增加使用净空的条件下，在局部区域利用撑杆增加下部使用刚度，同时利用可调撑杆来对下弦索施加预应力来完成结构成型；且由于撑杆处合力较小，因此本发明利用下弦索的高精度变形控制来实现预应力加载和结构成型，这种成型方法相较于直接对拉索施加轴向力的传统成型方法来说，加载力值大大减小，更为简单安全，同时也可省去钢索端部与钢结构连接构件之间的施工设备安装空间，使钢结构连接构件空间利用率更高，更加小巧美观；

2.本申请采用钢梁、钢索、钢拉杆以及可调撑杆组合形成张弦梁结构，在满足使用净空的条件下，增加了钢索下部使用刚度，且采用适配的成型方法，具有操作简便、成本低的优点。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的张拉示意图；

图3为本发明可调撑杆结构示意图；

图4为本发明可调撑杆爆炸示意图；

图5为本发明钢拉杆结构示意图；

图6为本发明钢索及其上连接耳板结构示意图；

图7为本发明加载设备结构示意图；

图8为本发明加载装置结构示意图。

附图标记：

1、钢梁；2、钢索；3、钢拉杆；4、可调撑杆；4.1、上部叉耳；4.2、撑杆杆体；4.3、锥形连接部；4.4、调节螺杆；4.5、承压螺母；4.6、承压叉耳；4.7、锁紧螺母；5、加载设备；5.1、反力横担；5.2、加载装置；5.3、反力耳板；5.21、反力架；5.22、钢绞线；5.23、压力传感器；5.24、张拉螺母；5.25、千斤顶；5.26、调节螺母；5.27、螺纹钢；6、撑杆索夹；7、拉杆索夹。

具体实施方式

如图1-图8所示，本发明公开了一种高净空张弦结构及其低拉力成型方法，结构包括钢梁1、钢索2、钢拉杆3以及可调撑杆4，钢梁1与钢索2、钢拉杆3、可调撑杆4通过销轴连接，钢拉杆3、可调撑杆4分别通过索夹与钢索2连接，钢拉杆3位于钢索2中部且分布于两根可调撑杆4之间，钢索2于可调撑杆4处形成下凹结构，于钢拉杆3处形成上凸结构。本申请以设置两根可调撑杆4和两根钢拉杆3进行说明，其排布方式为可调撑杆4、钢拉杆3、钢拉杆3、可调撑杆4，上述设置以及排布方式理论上受力最好，且实现了钢索2中部高净空的要求。

钢梁1上于钢索2、钢拉杆3和可调撑杆4连接处分别固设有连接耳板，钢梁1通过连接耳板分别与钢索2、钢拉杆3、可调撑杆4连接。

可调撑杆4包括上部叉耳4.1、撑杆杆体4.2、锥形连接部4.3、调节螺杆4.4、承压螺母4.5、承压叉耳4.6以及锁紧螺母4.7，上部叉耳4.1用于与连接耳板连接，锥形连接部4.3固设在撑杆杆体4.2下端，调节螺杆4.4与锥形连接部4.3螺纹连接；承压叉耳4.6通过两侧的承压螺母4.5和锁紧螺母4.7与调节螺杆4.4连接固定，承压叉耳4.6用于与索夹通过销轴连接。其中撑杆索夹6上还设有工装安装孔。

钢拉杆3的上端设置为双叉耳形式，通过销轴与钢梁1连接，下端为单叉耳形式，通过销轴与索夹连接。其中钢拉杆3索夹为左右两半式，通过螺栓紧固在钢索2上。

低压力成型方法包括以下步骤：

S1：根据钢梁1的结构特点和受力特点，确定成型方案；基于所确定的钢梁1结构，建立整体结构计算模型，并进行各施工阶段的仿真计算，以给出结构在各施工阶段的位形和应力，并确定钢索2的索长，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，提取施工过程中的钢索2的侧向加载力值和变形量，并设计拉索加载设备5；其中关键施工阶段包括钢索2安装、可调撑杆4安装、对钢索2逐级施加拉力、力学体系转换等阶段。

此外，在S1中，基于所确定的钢梁1结构，建立整体结构计算模型，并进行各施工阶段的仿真计算，并通过三维节点实际放样来确定结构索的下料和确定可调节长度，提取施工过程中的结构索的侧向加载力值和变形量，并设计拉索加载设备5和张拉工艺。

S2：钢索2安装，具体的：

S2.1铺索，将撑杆索夹6和拉杆索夹7安装在钢索2标记点处。

S2.2组装可调撑杆4，将调节螺杆4.4上端完全旋入锥形连接部4.3上，依次将承压螺母4.5、承压叉耳4.6、锁紧螺母4.7安装在调节螺杆4.4上，并利用承压螺母4.5和锁紧螺母4.7将承压叉耳4.6固定在调节螺杆4.4的上极限位置。其中上极限位置根据步骤S1的计算模型和三维实际放样所得，该位置保证钢索2与钢梁1连接耳板、撑杆索夹6与可调撑杆4、拉杆索夹7和钢拉杆3处于无应力连接状态。

S2.3将钢索2与钢梁1连接，将可调撑杆4分别与钢梁1和撑杆索夹6连接，将钢拉杆3分别与钢梁1和拉杆索夹7连接。

S2.4将锁紧螺母4.7调整至调节螺杆4.4的下极限位置，将加载设备5A和B分别安装在撑杆索夹6和地面反力耳板5.3之间。其中下极限位置根据步骤S1的计算模型和三维实际放样所得，该位置需要保证承压叉耳4.6在调节螺杆4.4中的下移量大于承压叉耳4.6施工的变形所产生的下移量值。

加载设备5包括反力横担5.1、加载装置5.2以及反力耳板5.3，反力横担5.1通过螺杆与撑杆索夹6连接，反力横担5.1通过锚具组件与加载装置5.2连接，加载装置5.2通过销轴与反力耳板5.3连接，反力耳板5.3固设在持力点上，此处持力点为预埋件。

加载装置5.2包括反力架5.21、钢绞线5.22、压力传感器5.23、张拉螺母5.24、千斤顶5.25、调节螺母5.26以及螺纹钢5.27，其中钢绞线5.22上端通过锚具与反力横担5.1锚固，下端通过锚具与反力架5.21锚固。张拉螺母5.24和调节螺母5.26设置在螺纹钢5.27上，千斤顶5.25位于下反力架5.21与张拉螺母5.24之间。

S3：同时启动加载设备5A和B，逐级对称加压，对张拉变形进行实时监测，并利用压力传感器5.23对力值进行校核。

具体的，利用千斤顶5.25的出缸量值进行测量并通过调节螺母5.26的旋转圈数进行校核，千斤顶5.25的出缸量测量误差精度控制在0.1mm。

其中在加压过程中，千斤顶5.25出缸，带动反力架5.21沿着螺纹钢5.27向持力点进行移动，进而对钢索2进行张拉，然而调整调节螺母5.26与下反力架5.21接触，千斤顶5.25回缸，调整张拉螺母5.24与千斤顶5.25接触，如此反复进行张拉施工。

S4：当加载设备5加载力值和加载变形值达到验收要求，停止加载，利用承压螺母4.5和锁紧螺母4.7将承压叉耳4.6固定在可调撑杆4上。

S5：加载设备5逐级对称卸载，力学体系转换完成，拆除加载设备5，完成施工；钢梁1成型后结构索的索力实际值与步骤S1的仿真分析结构中的拉索索力计算值的偏差在±6%以内。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高净空张弦结构，其特征在于：包括钢梁(1)、钢索(2)、钢拉杆(3)以及可调撑杆(4)，所述钢梁(1)分别与钢索(2)、钢拉杆(3)和可调撑杆(4)连接，所述钢拉杆(3)和可调撑杆(4)分别通过索夹与钢索(2)连接，所述钢拉杆(3)位于钢索(2)中部且分布于两根可调撑杆(4)之间；所述钢索（2）于可调撑杆（4）处形成下凹结构，于钢拉杆（3）处形成上凸结构。

2.根据权利要求1所述的一种高净空张弦结构，其特征在于：所述钢梁(1)上于钢索(2)、钢拉杆(3)和可调撑杆(4)连接处分别设有连接耳板，所述钢梁(1)通过连接耳板分别与钢索(2)、钢拉杆(3)、可调撑杆(4)连接。

3.根据权利要求1所述的一种高净空张弦结构，其特征在于：所述可调撑杆(4)包括上部叉耳(4.1)、撑杆杆体(4.2)、锥形连接部(4.3)、调节螺杆(4.4)、承压螺母(4.5)、承压叉耳(4.6)以及锁紧螺母(4.7)，所述上部叉耳(4.1)用于与连接耳板连接，所述锥形连接部(4.3)固设在撑杆杆体(4.2)下端，所述调节螺杆(4.4)与锥形连接部(4.3)螺纹连接，所述承压叉耳(4.6)通过两侧的承压螺母(4.5)和锁紧螺母(4.7)与调节螺杆(4.4)连接，所述承压叉耳(4.6)用于与索夹连接。

4.根据权利要求1所述的一种高净空张弦结构，其特征在于：所述钢拉杆(3)上端设置为双叉耳形式，通过销轴与钢梁(1)连接，下端为单叉耳形式，通过销轴与索夹连接。

5.一种低压力成型方法，包括权利要求1-4任一所述的高净空张弦结构，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据钢梁(1)结构特点和受力特点，确定成型方案；基于所确定的钢梁(1)结构，建立整体结构计算模型，并进行各施工阶段的仿真计算，以给出结构在各施工阶段的位形和应力，并确定钢索(2)的索长，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，提取施工过程中的钢索(2)侧向加载力值和变形量，并设计钢索的加载设备(5)；

S2、将撑杆索夹(6)和拉杆索夹(7)安装在钢索(2)标记点处，组装可调撑杆(4)，并利用承压螺母(4.5)和锁紧螺母(4.7)将承压叉耳(4.6)固定在调节螺杆（4.4）上极限位置；

将钢索(2)与钢梁(1)连接，将可调撑杆(4)分别与钢梁(1)和撑杆索夹(6)连接，将钢拉杆(3)分别与钢梁(1)和拉杆索夹(7)连接；

将锁紧螺母(4.7)调整至调节螺杆（4.4）下极限位置；将加载设备A和B分别安装在撑杆索夹(6)处；

S3、同时启动加载设备A和B，逐级对称加压，对张拉变形进行实时监测，并利用压力传感器(5.23)对力值进行校核；

S4、当加载设备(5)加载力值和加载变形值达到要求后，停止加载，利用承压螺母(4.5)和锁紧螺母(4.7)将承压叉耳(4.6)固定在调节螺杆（4.4）上；

S5、对加载设备(5)逐级对称卸载，力学体系转换完成后，拆除加载设备(5)完成施工。

6.根据权利要求5所述的一种低压力成型方法，其特征在于：步骤2中，调节螺杆（4.4）的上极限位置根据步骤1的计算模型和三维实际放样所得，该位置保证钢索(2)与钢梁(1)连接耳板、撑杆索夹(6)与可调撑杆(4)、拉杆索夹(7)和钢拉杆(3)处于无应力连接状态；

下极限位置根据步骤1的计算模型和三维实际放样所得，该位置保证承压叉耳(4.6)在调节螺杆（4.4）中的下移量大于承压叉耳(4.6)施工的变形所产生的下移量值。

7.根据权利要求5所述的一种低压力成型方法，其特征在于：所述加载设备(5)包括反力横担(5.1)、加载装置(5.2)以及反力耳板(5.3)，所述反力横担(5.1)与撑杆索夹(6)连接，所述反力横担(5.1)通过锚具组件与加载装置(5.2)连接，所述加载装置(5.2)通过销轴与反力耳板(5.3)连接，所述反力耳板(5.3)固设在持力点上。

8.根据权利要求7所述的一种低压力成型方法，其特征在于：所述加载装置(5.2)包括反力架(5.21)、钢绞线(5.22)、螺纹钢(5.27)、千斤顶(5.25)、张拉螺母(5.24)、调节螺母(5.26)以及压力传感器(5.23)。

9.根据权利要求8所述的一种低压力成型方法，其特征在于：步骤S3中对张拉变形进行实时监测，是利用千斤顶(5.25)的出缸量进行测量并通过调节螺母(5.26)的旋转圈数进行校核，千斤顶(5.25)的出缸量测量误差的精度控制在0.1mm。

10.根据权利要求5所述的一种低压力成型方法，其特征在于：钢梁(1)成型后钢索(2)的索力实际值与步骤S1的仿真分析结构中拉索索力计算值的偏差在±6%以内。