CN120083140A - 一种适用于既有人行天桥的脱开型内力平衡附加罩棚改造结构 - Google Patents

Abstract

本申请属于装配式建筑及公共建筑改造施工领域，具体涉及一种适用于既有人行天桥的脱开型内力平衡附加罩棚改造结构，包括：脱开型附加空间预应力张拉索网罩棚结构；地上张拉内力平衡结构，具有在既有桥墩系统基础上设置的外包强化构造、抗侧力改造结构和张拉内力索杆体系平衡构造；外包强化构造设于既有墩柱上，抗侧力改造结构连接于既有墩柱的外包强化构造上；张拉内力索杆体系平衡构造连接于抗侧力改造结构与脱开型附加空间预应力张拉索网罩棚结构之间，被配置为将上部脱开型附加空间预应力张拉索网罩棚结构的张拉索力改变方向，传递至地上张拉内力平衡结构。本申请的附加罩棚与既有桥体脱开，对既有桥体结构产生额外影响。

Description

一种适用于既有人行天桥的脱开型内力平衡附加罩棚改造 结构

技术领域

本申请属于装配式建筑及公共建筑改造施工技术领域，具体而言涉及一种适用于既有人行天桥的脱开型内力平衡附加罩棚改造结构。

背景技术

现有人行天桥结构，大多数条件下采用未设置结构罩棚的开敞型构造，虽然具有结构简单、造价低廉等优势；但是，由于未设置结构罩棚，在雨雪、暴晒等天气条件下的人行使用体验相对较差。对应于上述情况，常见的附加罩棚改造策略存在以下问题：

问题一：由于新加罩棚结构需要与既有桥体结构发生结构连接，新加罩棚结构的竖向荷载、水平荷载需要传递至既有桥体结构。该类条件下，由于新旧结构存在实质性连接，属于协同承载结构体系，对于既有桥体结构影响相对较大，其竖向承载能力、水平承载能力、结构稳定性能、结构舒适度条件均会发生显著变化，大概率引起既有桥体的改造加固工程量，结构实施条件、造价情况相对不利。

问题二：考虑到新旧结构的连接与协同工作影响，新加罩棚样式通常选用非预应力张拉样式的刚性结构罩棚，以避免张拉索力引起既有结构过大支座反力的不利影响。该类条件下，新加罩棚样式受限于刚性结构限制，无法采用空间张拉索网等相对外观优美、体型纤细的轻型预应力结构，罩棚建筑外观相对受限。

基于上述问题可知，现有人行天桥结构增设罩棚改造，通常未采用新旧结构脱开策略，导致既有桥体结构可能增加额外的附加改造需求；同时，新加罩棚结构受限于对既有桥体结构的附加反力控制需求，难以采用空间索网张拉结构等相对轻盈的建筑样式。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种适用于既有人行天桥的脱开型内力平衡附加罩棚改造结构，用以解决现有技术中存在的上述问题中的至少一者。

本发明的目的是这样实现的：

一种适用于既有人行天桥的脱开型内力平衡附加罩棚改造结构，包括：

脱开型附加空间预应力张拉索网罩棚结构，不与既有人行天桥的桥体直接连接；

地上张拉内力平衡结构，具有在既有桥墩系统基础上设置的外包强化构造、抗侧力改造结构和张拉内力索杆体系平衡构造；外包强化构造设于既有墩柱上，抗侧力改造结构连接于既有墩柱的外包强化构造上；

其中，张拉内力索杆体系平衡构造连接于抗侧力改造结构与脱开型附加空间预应力张拉索网罩棚结构之间，被配置为将上部所述脱开型附加空间预应力张拉索网罩棚结构的张拉索力改变方向，传递至所述地上张拉内力平衡结构。

进一步地，还包括地下张拉内力平衡结构，地下张拉内力平衡结构具有在既有桥墩基础的基础上设置的现浇钢筋混凝土地梁结构或整体式筏板结构，现浇钢筋混凝土地梁结构或整体式筏板结构与既有桥墩基础连系为整体基础结构。

进一步地，所述地下张拉内力平衡结构还设有抗倾覆配重结构，与既有桥墩基础连接，抗倾覆配重结构设置于地上结构倾覆弯矩的反向位置。

进一步地，所述外包强化构造采用外包钢板，所述外包钢板固定设于既有墩柱外；且在既有桥墩底部埋入土体部分，增设外包钢筋混凝土强化构造，对既有基础进一步加固形成改造后的桥墩基础。

进一步地，所述抗侧力改造结构包括多根柱间钢梁，多根柱间钢梁与既有墩柱外的外包钢板连接后共同构成钢管混凝土框架结构。

进一步地，所述抗侧力改造结构还包括钢支撑构件，所述钢支撑构件包括竖管构件和斜管构件，竖管构件的顶端垂直连接于柱间钢梁上，竖管构件的底端固定于改造后的桥墩基础内；斜管构件的一端连接于竖管构件的下部，另一端连接于既有墩柱上外包钢板的顶部，竖管构件、斜管构件以及柱间钢梁形成三角形支撑。

进一步地，所述脱开型附加空间预应力张拉索网罩棚结构包括刚性鱼腹悬垂桁架、脊索、边索、分布稳定索、A形支撑柱和端部支撑柱，两个所述A形支撑柱支撑于所述刚性鱼腹悬垂桁架的两端；所述端部支撑柱设于所述A形支撑柱的外侧，所述A形支撑柱和所述端部支撑柱之间连接有所述脊索。

进一步地，所述张拉内力索杆体系平衡构造包括柔性的拉索和刚性的支撑杆组件，拉索的上端连接所述端部支撑柱，另一端连接支撑杆组件，支撑杆组件连接于所述外包强化构造和抗侧力改造结构上。

进一步地，所述支撑杆组件包括两根水平支撑杆和一根斜支撑杆，其中一根水平支撑杆垂直连接于外包钢板的上部，另一根水平支撑杆连接于相邻的一个外包钢板上或者连接于柱间钢梁上；斜支撑杆的下端连接于外包钢板的下部，斜支撑杆的上端连接两根水平支撑杆；拉索的下端通过索夹连接于斜支撑杆与两根水平支撑杆的连接节点位置。

进一步地，所述边索具有大跨度方向边索和侧方边索，且所述大跨度方向边索为水平或近似水平。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

a)本发明提供的适用于既有人行天桥的脱开型内力平衡附加罩棚改造结构，附加罩棚与既有桥体脱开，是一种罩棚附加荷载与附加体系不对既有桥体结构产生额外影响的新型改造结构；而且，采用预应力张拉索网结构的外观轻盈的新型附加罩棚结构，并通过设置内力平衡构造，有效解决张拉结构的反力平衡问题，不对既有桥体结构产生额外影响。

b)本发明提供的适用于既有人行天桥的脱开型内力平衡附加罩棚改造结构，既有桥墩系统增设的外包强化构造、抗侧力改造结构、张拉内力索杆体系平衡构造共同构成既有桥墩系统的地上张拉内力平衡结构，该部分负责完成上部罩棚张拉力的地上平衡工作，并依托地下张拉内力平衡结构保证自身稳定性。

c)本发明提供的适用于既有人行天桥的脱开型内力平衡附加罩棚改造结构，通过既有基础整体化改造结构和抗倾覆配重结构，共同抵御地上结构传递至基础部分的倾覆力矩和滑移荷载，保证改造后基础部分和其支撑的上部结构稳定安全。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的适用于既有人行天桥的脱开型内力平衡附加罩棚改造结构的局部结构示意图一；

图2为本发明提供的适用于既有人行天桥的脱开型内力平衡附加罩棚改造结构的局部结构示意图二；

图3为本发明提供的适用于既有人行天桥的脱开型内力平衡附加罩棚改造结构的结构示意图；

图4为本发明提供的适用于既有人行天桥的脱开型内力平衡附加罩棚改造结构的现场实施效果图；

图5为本发明提供的外包强化构造和抗侧力改造结构的结构示意图；

图6为本发明提供的外包强化构造、抗侧力改造结构以及整体式筏板结构的结构示意图；

图7为本发明提供的外包强化构造、抗侧力改造结构以及现浇钢筋混凝土地梁结构、抗倾覆配重结构的结构示意图；

图8为本发明提供的适用于既有人行天桥的脱开型内力平衡附加罩棚改造结构的侧视图；

图9为本发明提供的柔性索网结构系统的俯视图。

附图标记：

100、既有桥体；200、既有墩柱；300、构筑物；

11、刚性鱼腹悬垂桁架；12、脊索；13、分布稳定索；14、大跨度方向边索；15、侧方边索；16、A形支撑柱；161、外伸短柱；162、主杆；163、侧向稳定杆；164、平衡对拉杆；17、端部支撑柱；

21、现浇钢筋混凝土地梁结构；22、整体式筏板结构；23、抗倾覆配重结构；24、外包钢板；25、柱间钢梁；26、钢支撑构件；27、水平支撑杆；28、斜支撑杆；29、拉索。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合、分离、互换和/或重新布置。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，可以夸大部件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的部件。

这里使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不意图是限制性的。如这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个(种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如这里使用的，术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似术语而不用作程度术语，如此，它们被用来解释本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供的值的固有偏差。

实施例1

本发明的一个具体实施例，公开了一种适用于既有人行天桥的脱开型内力平衡附加罩棚改造结构，其中，既有人行天桥具有既有桥体100、既有桥墩系统和既有基础系统，既有桥墩系统具有既有墩柱200，既有基础系统具有既有桥墩基础。

如图1至图9所示，适用于既有人行天桥的脱开型内力平衡附加罩棚改造结构，包括脱开型附加空间预应力张拉索网罩棚结构、地上张拉内力平衡结构和地下张拉内力平衡结构；脱开型附加空间预应力张拉索网罩棚结构不与既有人行天桥的既有桥体100直接连接；地上张拉内力平衡结构具有在既有桥墩系统基础上设置的外包强化构造、抗侧力改造结构和张拉内力索杆体系平衡构造；外包强化构造设于既有墩柱200上，抗侧力改造结构连接于既有墩柱200的外包强化构造上；其中，张拉内力索杆体系平衡构造连接于抗侧力改造结构与脱开型附加空间预应力张拉索网罩棚结构之间，被配置为将上部脱开型附加空间预应力张拉索网罩棚结构的张拉索力改变方向，传递至地上张拉内力平衡结构。

本实施例中，脱开型附加空间预应力张拉索网罩棚结构，可以简称为“张拉索网罩棚结构”，包括刚性鱼腹悬垂桁架11、脊索12、边索、分布稳定索13、A形支撑柱16和端部支撑柱17，两个A形支撑柱16支撑于刚性鱼腹悬垂桁架11的两端；端部支撑柱17设于A形支撑柱16的外侧，A形支撑柱16和端部支撑柱17之间连接有脊索12，具体结构详见实施例2。这里的“脱开型”是指，整体张拉索网罩棚结构的所有构件均不与既有人行天桥的桥体部分发生连接，亦不发生内力传递关系，属于完全脱开处理构造。

本实施例中，基于既有基础系统的地下张拉内力平衡结构包括既有基础整体化改造结构和抗倾覆配重结构23。通过既有基础整体化改造结构和抗倾覆配重结构23，共同抵御地上结构传递至基础部分的倾覆力矩和滑移荷载，保证改造后基础部分和其支撑的上部结构稳定安全。其中，地上结构是指基础上方的所有结构，包括基础上方的既有人行天桥的所有结构以及基础上方新增的罩棚改造相关结构。

在进行既有基础整体化改造结构时包括两种做法：第一种为设置大尺寸钢筋混凝土地梁结构，将现状基础连系为统一的整体基础样式，保证较大的整体刚度；第二种为设置整体式筏板构造，将现状基础连系为统一的整体基础样式，保证绝对的整体刚度。两种改造样式的选择实际实施条件确定，实施条件允许时可以优先选用整体式基础样式。也就是说，本实施例中的既有基础整体化改造结构为采用大尺寸现浇钢筋混凝土地梁结构21或整体式筏板结构22将既有桥墩基础连系为整体基础结构，作为地下张拉内力平衡结构的部分抗倾覆、抗滑移构件；这里的大尺寸是指大于既有桥墩基础的尺寸，具体尺寸大小以能够满足改造后的力学需求即可。也就是说，地下张拉内力平衡结构具有在既有桥墩基础的基础上设置的现浇钢筋混凝土地梁结构21或整体式筏板结构22，现浇钢筋混凝土地梁结构21或整体式筏板结构22与既有桥墩基础连系为整体基础结构。

抗倾覆配重结构23主要配合地梁连系改造式基础选用，设置于地上结构倾覆弯矩的反向位置，利用配重构造，发挥倾覆弯矩平衡作用。具体而言，抗倾覆配重结构23为额外增设的现浇钢筋混凝土配重块，与既有桥墩基础连接，抗倾覆配重结构23设置于地上结构倾覆弯矩的反向位置，作为地下张拉内力平衡结构的部分抗倾覆、抗滑移构件。抗倾覆配重结构23与既有基础整体化改造结构这两套系统协同工作，共同满足地下张拉内力平衡结构的抗倾覆、抗滑移承载需求。

本实施例中，基于既有桥墩系统的地上张拉内力平衡结构包括外包强化构造、抗侧力改造结构、张拉内力索杆体系平衡构造。其中，外包强化构造和抗侧力改造结构属于对既有桥墩系统的整体化改造措施，提供地上内力平衡构造中的反力平衡支座；张拉内力索杆体系平衡构造为上部罩棚张拉索力的传递结构，负责改变索力方向，将其传递至整体化改造后的桥墩抗侧力改造结构。

本实施例中，既有桥墩系统增设的外包强化构造、抗侧力改造结构、张拉内力索杆体系平衡构造共同构成既有桥墩系统的地上张拉内力平衡结构，该部分负责完成上部罩棚张拉力的地上平衡工作，并依托地下张拉内力平衡结构保证自身稳定性。

在其中一种可选实施方式中，外包强化构造采用外包钢板24，针对既有桥墩系统，在既有墩柱200外设置外包钢板24，外包钢板24固定设于既有墩柱200外。示例性的，既有桥墩采用钢管混凝土桥墩，则外包钢板24与既有钢管混凝土桥墩焊接连接，共同构成强化后叠合构造钢管混凝土桥墩构件。可选的，外包钢板24可以为空心套筒状结构，可以由两部分钢板对接焊接而成，两部分钢板扣在既有墩柱200的外部，形成对既有墩柱200的包饶强化，其中，外包钢板24的具体形状、尺寸与既有墩柱200的形状、尺寸相适配；同时，在既有桥墩底部埋入土体部分，增设外包钢筋混凝土强化构造，对既有基础进一步加固形成改造后的桥墩基础，从而保证新旧结构协同工作，并将上部结构荷载传递至加固后基础部分。

本实施例中，既有桥墩系统的抗侧力改造结构，是在所有外包强化改造后桥墩间设置柱间钢梁25，也就是说，在设置外包钢板24的所有既有墩柱200之间设置柱间钢梁25，多根柱间钢梁25与既有墩柱200外的外包钢板24连接后共同构成钢管混凝土框架结构；具体而言，抗侧力改造结构包括多根柱间钢梁25，多根柱间钢梁25与既有墩柱200外的外包钢板24连接后共同构成钢管混凝土框架结构。

进一步的，对于部分承载负担较大的方向，同时设置钢支撑构件26。具体而言，抗侧力改造结构还包括钢支撑构件26，钢支撑构件26包括竖管构件和斜管构件，竖管构件和斜管构件均为钢管，竖管构件与既有墩柱200平行，竖管构件的顶端垂直连接于柱间钢梁25上，竖管构件的底端固定于改造后的桥墩基础内；斜管构件的一端连接于竖管构件的下部，另一端连接于既有墩柱200上外包钢板24的顶部，竖管构件、斜管构件以及柱间钢梁25形成三角形支撑。通过设置钢支撑构件26，使得既有桥墩系统的抗侧力改造结构形成一种带支撑钢管混凝土框架结构。以上整体化改造后的抗侧力改造结构，构成平衡上部罩棚索网结构内力的主要地上力平衡构造。

本实施例中，张拉内力索杆体系平衡构造设置于端部支撑柱17与改造后强化的整体式桥墩系统之间，负责将上部罩棚索网结构的张拉索力改变方向，传递至地上张拉内力平衡结构部分。

在其中一种可选实施方式中，张拉内力索杆体系平衡构造包括柔性的拉索29和刚性的支撑杆组件，拉索29的上端连接端部支撑柱17，另一端连接支撑杆组件，支撑杆组件连接于外包强化构造和抗侧力改造结构上。刚性支撑杆组件为索力传递导向提供刚性支撑；柔性拉索29和部分受拉刚性支撑杆组件，依托支撑条件布置，能够改变上部罩棚张拉力传递方向，引导至地上张拉内力平衡结构部分。此方案尤其适合于路面空间不满足直接布置落地索的情况，因此只能通过张拉内力索杆体系平衡构造将上部罩棚的张拉索力改变方向，传递至地上张拉内力平衡结构的抗侧力改造结构。

具体而言，支撑杆组件包括两根水平支撑杆27和一根斜支撑杆28，也就是说，每一组张拉内力索杆体系均包括一根斜支撑杆28和两根水平支撑杆27，其中一根水平支撑杆27垂直连接于外包钢板24的上部，另一根水平支撑杆27连接于相邻的一个外包钢板24上或者连接于柱间钢梁25上，两根水平支撑杆27与柱间钢梁25之间构成水平布置的三角形支撑结构；斜支撑杆28倾斜布置，斜支撑杆28的下端连接于外包钢板24的下部，斜支撑杆28的上端连接两根水平支撑杆27，每组中的斜支撑杆28、其中一根水平杆，与外包钢板24形成竖向布置的三角形支撑结构；拉索29的下端通过索夹连接于斜支撑杆28与两根水平支撑杆27的连接节点位置。

需要说明的是，每个端部支撑柱17可以连接两组张拉内力索杆体系平衡构造；当然，可以理解的是，与端部支撑柱17连接的拉索29可以不连接支撑杆组件，而是直接连接到附近的升降电梯或其他具有足够承载力的构筑物300上，具体根据现场施工情况而定，参见图1。

与现有技术相比，本实施例提供的适用于既有人行天桥的脱开型内力平衡附加罩棚改造结构，具有如下有益效果：

1、附加罩棚与既有桥体脱开，是一种罩棚附加荷载与附加体系不对既有桥体结构产生额外影响的新型改造结构；而且，采用预应力张拉索网结构的外观轻盈的新型附加罩棚结构，并通过设置内力平衡构造，有效解决张拉结构的反力平衡问题，不对既有桥体结构产生额外影响。

2、既有桥墩系统增设的外包强化构造、抗侧力改造结构、张拉内力索杆体系平衡构造共同构成既有桥墩系统的地上张拉内力平衡结构，该部分负责完成上部罩棚张拉力的地上平衡工作，并依托地下张拉内力平衡结构保证自身稳定性。

3、通过既有基础整体化改造结构和抗倾覆配重结构，共同抵御地上结构传递至基础部分的倾覆力矩和滑移荷载，保证改造后基础部分和其支撑的上部结构稳定安全。

实施例2

本发明的又一具体实施例，如图1至图4、图8至图9所示，具体公开了实施例1中的一种脱开型附加空间预应力张拉索网罩棚结构，可以简称为“张拉索网罩棚结构”，包括局部刚性边界构件、柔性索网结构系统和竖向支撑构件；其中，局部刚性边界构件具有刚性鱼腹悬垂桁架11，刚性鱼腹悬垂桁架11位于张拉索网罩棚结构的顶部；柔性索网结构系统连接于刚性鱼腹悬垂桁架11上；柔性索网结构系统具有脊索12、边索和分布稳定索13；边索具有大跨度方向边索14和侧方边索15，且大跨度方向边索14为水平或近似水平；竖向支撑构件具有A形支撑柱16和端部支撑柱17，两个A形支撑柱16支撑于刚性鱼腹悬垂桁架11的两端；端部支撑柱17设于A形支撑柱16的外侧，A形支撑柱16和端部支撑柱17之间连接有脊索12；端部支撑柱17与既有桥墩系统上的抗侧力改造结构通过张拉内力索杆体系平衡构造连接，张拉内力索杆体系平衡构造被配置为将上部脱开型附加空间预应力张拉索网罩棚结构的张拉索力改变方向，传递至既有桥墩系统上的抗侧力改造结构。

本实施例中，水平承重构件包括刚性悬垂桁架构件、柔性脊索12和边索构件、柔性分布稳定索13构件，通过半刚性、半柔性张拉结构，保证建筑形体需求，并实现高效率结构承载。竖向承重构件包括A形支撑柱16和端部支撑柱17。其中，A形支撑柱16是上部张拉索网结构的中部竖向支撑构件，下部支撑于整体式强化改造后的桥墩系统；并设置平面外撑杆保证面外稳定。端部支撑柱17作为上部张拉索网结构的端部竖向支撑构件，下部支撑于整体式强化改造后的桥墩系统；同时，端部支撑柱17的柱顶通过拉索29与地上张拉内力平衡结构连接，保证张拉索力的向下传递。整体张拉罩棚改造结构通过A形支撑柱16和端部支撑柱17将竖向荷载传递给整体式强化改造后的桥墩系统；并通过端部支撑柱17的柱顶连接的拉索29和支撑杆组件将罩棚结构张拉内力传递给整体式强化改造后的桥墩系统。

本实施例中，端部支撑柱17的下端和A形支撑柱16的下端可以直接连接在外包钢板24的顶部；张拉内力索杆体系的刚性的支撑杆组件可以直接连接在柱间钢梁25或外包钢板24上；A形支撑柱16的侧向稳定杆163可以直接连接在柱间钢梁25上。

本实施例中，刚性鱼腹悬垂桁架11、脊索12、边索和分布稳定索13形成上部张拉索网结构。上部张拉索网结构的部分关键位置的脊线区域替换为刚性鱼腹悬垂桁架11，可有效匹配特定建筑灵活外形需求。具体而言，刚性鱼腹悬垂桁架11的平面为双榀鱼腹形结构，竖向为悬垂空腹形桁架结构。也就是说，刚性鱼腹悬垂桁架11采用平面双榀鱼腹形、竖向悬垂空腹桁架样式予以实现。刚性鱼腹悬垂桁架11平面为双榀鱼腹形布置，匹配建筑形体；竖向为悬垂空腹桁架样式，匹配建筑形体的同时利用悬垂效应，有效提升空腹桁架的承载效率，有效实现受拉/拉弯的高效率承载模式。刚性鱼腹悬垂桁架11采用高强材料(例如高强钢、铝合金等)制作，具有拉压双向受力的截面尺度，属于刚性构件范畴，其结构外形与既有路面桥梁类建筑方案基本匹配，无需索结构柔性边界的找形需求，更好的适应既有路面桥梁类建筑形体设计需求。

本实施例中，张拉索网罩棚结构的边界和脊线主要通过柔性索结构予以实现，即脊索12和边索。该类布置构件利用柔性索结构仅受拉、可以施加预应力等特征，依据结构内力平衡条件完成结构找形，最终实现的张拉索网罩棚结构外形承载合理、工作效率高、节约结构材料用量。脊索12、边索和分布稳定索13共同构成索网面，其中，脊索12作为索网面的分界索构造；边索作为索网结构的边界构件；分布稳定索13是各个索网界面的分布式承载系统，支撑附着于索网的覆盖系统，并提供整脊索12和边索的稳定支撑。上述脊索12、边索和分布稳定索13共同构成整个索网结构系统的柔性部分，为预应力张拉实施范围，并作为上部覆盖系统的主要分布附着范围。

本实施例中，A形支撑柱16在张拉索网罩棚的中部提供分布式支撑，有效分担索网覆盖范围的竖向荷载。每个A形支撑柱16的外侧均设有两个端部支撑柱17，每个端部支撑柱17的顶端均通过一条脊索12与A形支撑柱16的顶端连接；且大跨度方向边索14、侧方边索15和脊索12三者之间具有四个端部连接点，四个端部连接点分别通过一锁夹与一个端部支撑柱17的顶端连接。

进一步地，A形支撑柱16上设有外伸短柱161，外伸短柱161与大跨度方向边索14连接，用于对大跨度方向边索14提供中部支撑，外伸短柱161作为低曲率大跨度方向边索14的多跨切分支座，控制其索力状态。利用A形支撑柱16及其上的外伸短柱161，对低曲率的大跨度方向边索14提供中部支撑，对大跨度边索进行有效切分，保证低曲率边索最大单段跨度合理控制，有效控制索力峰值，从而有效缓解曲率较低引起的索力较大问题。

本实施例中，A形支撑柱16具有两根主杆162，两根主杆162的顶部连接，两根主杆162的底部连接桥墩系统。

在其中一种可选实施方式中，A形支撑柱16设置有侧向稳定杆163，侧向稳定杆163位于两根主杆162所在平面的外侧，具体设置两根侧向稳定杆163，每一根主杆162的中下部均连接一根侧向稳定杆163，侧向稳定杆163与设置在既有桥墩系统上的抗侧力改造结构连接。此结构设置有效保证A形支撑柱16的面外稳定状态，并提供必要的面外承载性能。

在其中一种可选实施方式中，A形支撑柱16还设置有平衡对拉杆164，平衡对拉杆164水平布置，且平衡对拉杆164的两端连接于两根主杆162的中下部，此结构设置有效解平衡对拉杆164决A形形体引起的面内推力问题，构成内力自平衡结构体系。

可选的，两根主杆162的中下部具有转折点，转折点下方的主杆162部分向两根主杆162之间的空间内侧弯折。平衡对拉杆164和侧向稳定杆163均连接在主杆162中下部的转折点位置。

区别于传统空间索网张拉结构体系的边索均为大曲率，本实施例的大跨度方向边索14采用了低曲率设置方案，大跨度方向边索14的曲率较小，更加趋近于平直状态，能够满足建筑形体灵活性需求。本实施例中，大跨度方向边索14为水平或近似水平，是指大跨度方向边索14具有小曲率，在视觉效果上基本水平。

在其中一种可选实施方式中，端部支撑柱17向远离A形支撑柱16的方向倾斜，此结构设置能够提升端部支撑柱17的支撑稳定性。也就是说，端部支撑柱17倾斜布置，使得端部支撑柱17与竖直平面之间具有一定的夹角，此夹角即为端部支撑柱17的倾斜角度。可选的，端部支撑柱17的倾斜角度为15°-60°，优选25°-30°。

本实施例中，通过控制垂直于低曲率大跨度方向边索14的分布稳定索13预张拉力，保证最低标准水平，即维持在主要验算工况下不松弛且主要索网面不松弛标准为宜。示例性的，多条交叉的分布稳定索13中，有一部分垂直于大跨度方向边索14，一部分平行于大跨度方向边索14；其中，垂直于大跨度方向边索14的分布稳定索13的预张拉力可以设定在3kN～5kN。由于低曲率大跨度方向边索14的索力主要由该部分垂直分布稳定索13引起，故该项措施可以有效控制低曲率边索的索力水平。

与现有技术相比，本实施例提供的脱开型附加空间预应力张拉索网罩棚结构，可实现如下有益效果：

1、本申请利用局部刚性边界构件即刚性鱼腹悬垂桁架替代现有空间索网体系中的顶部脊索结构，利用刚性鱼腹悬垂桁架与柔性的脊索、边索和分布稳定索共同构筑整体索网结构平面支撑体系，通过采用半刚性、半柔性的空间索网边界构件，有效提升了整体结构的竖向刚度和抗侧刚度，有效控制张拉索网罩棚结构主体的竖向变形和风荷载等水平荷载作用下的水平变形，显著提升了整体结构的稳定性和结构安全性。

2、区别于传统空间索网张拉结构的边索均为大曲率，本申请利用A形支撑柱的分段支撑和垂直向分布稳定索施加低应力，有效控制低曲率条件下的边索索力状态，实现了张拉索网罩棚结构采用小曲率大跨度方向边索的设计方案。

3、本申请兼具张拉结构的承载合理优势和局部刚性构件的边界塑形优势，同时满足结构合理高效与建筑灵活美观需求。

以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于既有人行天桥的脱开型内力平衡附加罩棚改造结构，其特征在于，包括：

脱开型附加空间预应力张拉索网罩棚结构，不与既有桥体直接连接；

地上张拉内力平衡结构，具有在既有桥墩系统基础上设置的外包强化构造、抗侧力改造结构和张拉内力索杆体系平衡构造；外包强化构造设于既有墩柱上，抗侧力改造结构连接于既有墩柱的外包强化构造上；

其中，张拉内力索杆体系平衡构造连接于抗侧力改造结构与脱开型附加空间预应力张拉索网罩棚结构之间，被配置为将上部所述脱开型附加空间预应力张拉索网罩棚结构的张拉索力改变方向，传递至所述地上张拉内力平衡结构。

2.根据权利要求1所述的适用于既有人行天桥的脱开型内力平衡附加罩棚改造结构，其特征在于，还包括地下张拉内力平衡结构，地下张拉内力平衡结构具有在既有桥墩基础的基础上设置的现浇钢筋混凝土地梁结构或整体式筏板结构，现浇钢筋混凝土地梁结构或整体式筏板结构与既有桥墩基础连系为整体基础结构。

3.根据权利要求2所述的适用于既有人行天桥的脱开型内力平衡附加罩棚改造结构，其特征在于，所述地下张拉内力平衡结构还设有抗倾覆配重结构，与既有桥墩基础连接，抗倾覆配重结构设置于地上结构倾覆弯矩的反向位置。

4.根据权利要求1所述的适用于既有人行天桥的脱开型内力平衡附加罩棚改造结构，其特征在于，所述外包强化构造采用外包钢板，所述外包钢板固定设于既有墩柱外；且在既有桥墩底部埋入土体部分，增设外包钢筋混凝土强化构造，对既有基础进一步加固形成改造后的桥墩基础。

5.根据权利要求4所述的适用于既有人行天桥的脱开型内力平衡附加罩棚改造结构，其特征在于，所述抗侧力改造结构包括多根柱间钢梁，多根柱间钢梁与既有墩柱外的外包钢板连接后共同构成钢管混凝土框架结构。

6.根据权利要求5所述的适用于既有人行天桥的脱开型内力平衡附加罩棚改造结构，其特征在于，所述抗侧力改造结构还包括钢支撑构件，所述钢支撑构件包括竖管构件和斜管构件，竖管构件的顶端垂直连接于柱间钢梁上，竖管构件的底端固定于改造后的桥墩基础内；斜管构件的一端连接于竖管构件的下部，另一端连接于既有墩柱上外包钢板的顶部，竖管构件、斜管构件以及柱间钢梁形成三角形支撑。

7.根据权利要求1所述的适用于既有人行天桥的脱开型内力平衡附加罩棚改造结构，其特征在于，所述脱开型附加空间预应力张拉索网罩棚结构包括刚性鱼腹悬垂桁架、脊索、边索、分布稳定索、A形支撑柱和端部支撑柱，两个所述A形支撑柱支撑于所述刚性鱼腹悬垂桁架的两端；所述端部支撑柱设于所述A形支撑柱的外侧，所述A形支撑柱和所述端部支撑柱之间连接有所述脊索。

8.根据权利要求1所述的适用于既有人行天桥的脱开型内力平衡附加罩棚改造结构，其特征在于，所述张拉内力索杆体系平衡构造包括柔性的拉索和刚性的支撑杆组件，拉索的上端连接所述端部支撑柱，另一端连接支撑杆组件，支撑杆组件连接于所述外包强化构造和抗侧力改造结构上。

9.根据权利要求8所述的适用于既有人行天桥的脱开型内力平衡附加罩棚改造结构，其特征在于，所述支撑杆组件包括两根水平支撑杆和一根斜支撑杆，其中一根水平支撑杆垂直连接于外包钢板的上部，另一根水平支撑杆连接于相邻的一个外包钢板上或者连接于柱间钢梁上；斜支撑杆的下端连接于外包钢板的下部，斜支撑杆的上端连接两根水平支撑杆；拉索的下端通过索夹连接于斜支撑杆与两根水平支撑杆的连接节点位置。

10.根据权利要求7所述的适用于既有人行天桥的脱开型内力平衡附加罩棚改造结构，其特征在于，所述边索具有大跨度方向边索和侧方边索，且所述大跨度方向边索为水平或近似水平。