CN201865240U - 一种带阻尼弹簧杆的双索张弦桁架结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带阻尼弹簧杆的双索张弦桁架结构，它包括上弦桁架、下弦双曲拉索、阻尼弹簧杆、斜撑杆、锚具、滑动轴、垫片、螺母、螺栓、套筒、弹簧、阻尼器、杆件连接端、固定铰支座和滑动铰支座，所述的带阻尼弹簧杆的双索张弦桁架结构，其下弦双曲拉索为双向曲线，在立面方向向下弯曲，在水平面内向桁架两侧弯曲，上弦桁架和下弦双曲拉索间设斜撑杆，下弦双曲拉索间设阻尼弹簧杆，阻尼弹簧杆两端设滑动轴，双曲拉索穿过滑动轴通过锚具固定在上弦桁架两端。本实用新型可通过自动调节阻尼弹簧杆长度来加强斜撑杆的稳定性，使下弦双曲拉索内力通过斜撑杆传递后始终竖直向上，可大大提高张弦桁架结构的整体稳定性。

Description

一种带阻尼弹簧杆的双索张弦桁架结构

技术领域

本实用新型涉及一种主要应用于建筑结构领域的大跨度预应力钢结构技术，尤其涉及一种带阻尼弹簧杆的双索张弦桁架结构。 

背景技术

张弦结构体系的概念在1986年由日本学者M.Saith提出[1]，并在体育馆、机场航站楼、车站候车室等大跨度空间结构中得到了广泛应用。浦东国际机场航站楼一期、广州国际会展中心均采用了大跨度张弦屋盖。张弦梁结构受力合理、刚度大、重量轻，张拉下弦拉索后，上弦梁起拱至设计形状同时杆件开始受力，可有效控制使用中的变形。 

国内外研究人员对该结构的静力、动力性能进行了理论及实验研究，掌握了该自平衡结构体系的特点及设计、施工方法[2，3，4]。随后，对考虑损伤累积的张弦桁架结构体系进行了研究[5]，分析了由于上桁架杆件、竖向撑杆及下弦拉索的损伤累积所引起的结构静力、动力性能改变，发现下弦拉索侧向稳定性控制结构整体稳定性，如果拉索侧向位移较大，通过撑杆传递给上弦梁的支撑力不是竖直向上，张弦桁架结构将提前出现整体失稳。通常，增强下弦拉索侧向稳定性的办法是在相邻下弦索间设置水平撑杆或采用双索张弦梁结构。但由于张弦桁架的下弦索间距较大，设置水平撑杆即不美观，效果也不甚理想。而双索张弦桁架结构，虽在一定程度上增强了拉索的侧向稳定性，但在受力过程中，尤其是地震、台风等灾变因素影响下，下弦索产生往复摆动，由于两斜撑杆和水平撑杆间角度始终固定，摆动中依然存在两斜撑杆合力不竖直向上的情况，使得结构整体稳定依然存在隐患。 

因此，有必要通过改善张弦结构下弦拉索的侧向稳定，进一步提高张弦桁架结构的整体稳定性能。 

参考文献： 

[1]M.Saitoh.Hybrid form-resistance Structure，Shell，Membrane and Space Frame，Pro.IASS Symposium，Osaka，1986(2)：257-264 

[2]高博青.新型体育场挑篷结构的性能及工程应用研究[J].浙江大学学报(工学版).2004，38(4)：989-1019. 

[3]刘锡良，白正仙.张弦梁结构的有限元分析[J].空间结构，1998，(04)：15-21 

[4]焦瑜，宋剑波，周晓峰，李亚明.某张弦梁屋盖结构的设计与施工[J].空间结构，2005，(03)：61-64 

[5]刘国光.考虑损伤累积的张弦梁动力失效全过程分析[D]：[硕士论文].杭州.浙江大学，2008 

发明内容

本实用新型的目的是为了解决上述技术的不足而提供一种性能更好、安全性更高的张弦桁架结构。通过增强张弦桁架结构下弦拉索的侧向稳定，保证斜向撑杆在灾害因素(如地震、台风等)下变形协调，防止合力方向改变导致结构整体失稳。 

为达到上述目的，本实用新型提供了一种带阻尼弹簧杆的双索张弦桁架结构，它包括上弦桁架、下弦双曲拉索、阻尼弹簧杆、斜撑杆、锚具、滑动轴、垫片、螺母、螺栓、套筒、弹簧、阻尼器、杆件连接端、固定铰支座和滑动铰支座，所述的带阻尼弹簧杆的双索张弦桁架结构，其下弦双曲拉索为双向曲线形，在立面方向向下弯曲，在水平面内向桁架两侧弯曲，上弦桁架和下弦双曲拉索间设斜撑杆，两双曲拉索间设阻尼弹簧杆，阻尼弹簧杆两端设滑动轴，下弦双曲拉索穿过滑动轴通过锚具固定在上弦桁架下端。本实用新型可通过自动调节弹簧阻尼杆长度来保证斜撑杆的空间对称性，使索力通过斜撑杆传递后始终竖直向上，从而增强结构整体稳定性。 

其工作原理为，一旦出现灾害因素作用，引起下弦双曲拉索的索力变化不同步，其索力水平分量将无法维持平衡状态，阻尼弹簧杆的长度将随之自动调整(伸长或缩短)，使得下弦双曲拉索水平分力再次平衡，从而保证斜撑杆合力始终竖直向上，防止发生结构整体失稳。在灾害因素作用停止后，下弦双曲拉索通过阻尼弹簧杆的调节作用，再次恢复初始状况。 

本实用新型所得到的一种带阻尼弹簧杆的双索张弦桁架结构，有如下先进性：1)结构安全性更好。阻尼弹簧杆的调节作用提高了下弦索的稳定性，避免了外力作用下斜撑杆摆动对结构整体稳定性的不利影响，有利于张弦桁架结构抵抗灾变荷载作用。2)施工方便。阻尼弹簧杆的索力调节作用不仅体现在使用过程，在张弦桁架结构施工过程中也可发挥作用。阻尼弹簧杆可有效控制斜撑杆的倾斜度，避免由于张拉 应力控制不当造成结构初始形状的缺陷，也可减少结构张拉次数，实现每榀张弦桁架一次张拉就位。另外，根据阻尼弹簧杆的收缩长度可以估算出下弦双索内的有效张拉应力，方便施工管理。3)便于索力检测。阻尼弹簧杆长度的改变直接体现了下弦拉索内力的变化，通过测量阻尼弹簧杆的长度，即可长期检测索力变化，有利于张弦桁架结构的维修和养护。 

附图说明

图1带阻尼弹簧杆的双索张弦桁架结构的立面图； 

图2带阻尼弹簧杆的双索张弦桁架结构的三维视图； 

图3阻尼弹簧杆和拉索连接节点图； 

图4下弦拉索同支座的连接节点图； 

图5阻尼弹簧杆的构造图； 

图6索力变化时未采用阻尼弹簧杆的双索张弦桁架结构变形图； 

图7索力变化时采用阻尼弹簧杆的双索张弦桁架结构变形图。 

其中：下弦双曲拉索(1)、斜撑杆(2)、上弦桁架(3)、阻尼弹簧杆(4)、滑动轴(5)、垫片(6)、螺母(7)、螺栓(8)、锚具(9)、套筒(10)、弹簧(11)、阻尼器(12)、杆件连接端(13)、固定铰支座(14)和滑动铰支座(15)。 

具体实施方式

如图1～图4所示，一种带阻尼弹簧杆的双索张弦桁架结构，它包括下弦双曲拉索(1)、斜撑杆(2)、上弦桁架(3)、阻尼弹簧杆(4)、滑动轴(5)、垫片(6)、螺母(7)、螺栓(8)、锚具(9)、套筒(10)、弹簧(11)、阻尼器(12)、杆件连接端(13)、固定铰支座(14)和滑动铰支座(15)，所述的带阻尼弹簧杆的双索张弦桁架结构，其下弦双曲拉索(1)形状为双向曲线，在立面方向向下弯曲，在水平面内向桁架两侧弯曲，上弦桁架(3)和下弦双曲拉索(3)间通过斜撑杆(2)连接，两双曲拉索(1)通过阻尼弹簧杆(4)连接，阻尼弹簧杆(4)两端用垫片(6)、螺母(7)、螺栓(8)来固定滑动轴(5)，双曲拉索(1)穿过滑动轴(5)并通过锚具(9)锚固在上弦桁架(3)两端。 

阻尼弹簧杆(4)由套筒(10)、弹簧(11)、阻尼器(12)和杆件连接端(13)组成，如图5所示。下弦双曲拉索(1)张拉结束后，带阻尼弹簧杆(4)的双索张弦桁架结构支撑在固定铰支座(14)和滑动铰支座(15)上。 

下面结合实例对本实用新型做进一步介绍。 

实施例1 

如图1～图2所示，本实施例提供的一种带阻尼弹簧杆的双索张弦桁架结构，结构跨度80m，跨中矢高8.735m，斜撑杆(2)间距均10m。上弦桁架(3)采用空间拱形桁架，一端固定铰支座(14)，一端滑动铰支座(15)，水平撑杆采用阻尼弹簧杆(4)。 

利用有限元分析软件ANSYS计算了索力变化时未采用阻尼弹簧杆的张弦桁架结构变形图(图6)和采用阻尼弹簧杆的张弦桁架结构变形图(图7)，可以发现采用阻尼弹簧杆后，在下弦双曲拉索(1)索力发生变化时，阻尼弹簧杆(4)能协调索力重分布，进而控制斜撑杆(2)的变形协调，使合力方向始终为竖直向上。从而证明本实用新型所提供的一种带阻尼弹簧杆的双索张弦桁架结构能增强张弦桁架结构下弦索及结构整体的稳定性，大大提高张弦桁架结构的安全，具有理论可行性和可靠性。 

Claims (2)

1.一种带阻尼弹簧杆的双索张弦桁架结构，它包括下弦双曲拉索(1)、斜撑杆(2)、上弦桁架(3)、阻尼弹簧杆(4)、滑动轴(5)、垫片(6)、螺母(7)、螺栓(8)、锚具(9)、套筒(10)、弹簧(11)、阻尼器(12)、杆件连接端(13)、固定铰支座(14)和滑动铰支座(15)，其特征是下弦双曲拉索(1)形状为双向曲线，在立面方向向下弯曲，在水平面内向桁架两侧弯曲，上弦桁架(3)和下弦双曲拉索(3)间通过斜撑杆(2)连接，两双曲拉索(1)通过弹簧阻尼杆(4)连接，阻尼弹簧杆(4)两端用垫片(6)、螺母(7)、螺栓(8)来固定滑动轴(5)，双曲拉索(1)穿过滑动轴(5)并通过锚具(9)锚固于上弦桁架(3)两端。

2.根据权利要求1所述的一种带阻尼弹簧杆的双索张弦桁架结构，其特征在于阻尼弹簧杆(4)由套筒(10)、弹簧(11)、阻尼器(12)和杆件连接端(13)组成。 

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