内凹式索拱结构.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103993661 A(43)申请公布日 2014.08.20CN103993661A(21)申请号 201410110471.8(22)申请日 2014.03.24E04B 1/34(2006.01)E04B 1/32(2006.01)E04B 1/342(2006.01)(71)申请人淮海工学院地址 222000 江苏省连云港市新浦区苍梧路59号淮海工学院土木工程学院宗钟凌转(72)发明人宗钟凌 吕凤伟(74)专利代理机构连云港润知专利代理事务所 32255代理人王彦明(54) 发明名称内凹式索拱结构(57) 摘要本发明是一种内凹式索拱结构，包括上弦梁、下弦拉索和

2、撑杆，下弦拉索由若干组短拉索组成，短拉索与上弦梁处于同一平面内，每组短拉索包括两根斜拉索，两根斜拉索的下端连接在一起呈V型设置，两根斜拉索的上端与上弦梁铰接；在两根斜拉索下端的连接点向上与上弦梁之间设有一根撑杆，撑杆设置在两根呈V型设置的斜拉索的角平分线上，在前的一组短拉索的后一根斜拉索与在后的一组短拉索的前一根斜拉索交叉设置。本发明将传统的长拉索去掉，代之以若干根斜拉索构成，在某一根斜拉索失效后，由于其余斜拉索与上弦梁和撑杆之间的连接关系，使得整个结构不会立刻失效，提高了抗倒塌性能，能够防止出现连续性倒塌，消除了安全隐患。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书4页 附图3页(19)中华

3、人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书4页 附图3页(10)申请公布号 CN 103993661 ACN 103993661 A1/1页21.一种内凹式索拱结构，包括上弦梁、设在上弦梁下方的下弦拉索以及设在上弦梁和下弦拉索之间的若干根撑杆，其特征在于：所述的下弦拉索由若干组短拉索组成，短拉索与上弦梁处于同一平面内，每组短拉索包括两根斜拉索，两根斜拉索的下端连接在一起、呈V型设置，两根斜拉索的上端与上弦梁铰接；在两根斜拉索下端的连接点向上与上弦梁之间设有一根撑杆，撑杆设置在两根呈V型设置的斜拉索的角平分线上，所述撑杆的上端与上弦梁铰接，撑杆的下端通过索夹具与两根斜拉索

4、下端的连接点相接；所述的在前的一组短拉索的后一根斜拉索与在后的一组短拉索的前一根斜拉索交叉设置。2.根据权利要求1所述的内凹式索拱结构，其特征在于：所述的两根斜拉索设置为一体，索夹具设在V型折点处。3.根据权利要求2所述的内凹式索拱结构，其特征在于：所述的索夹具包括上下两块夹板，上下两块夹板之间设有固定螺栓，在上夹板的中部设有与撑杆配合的连接耳。4.根据权利要求1所述的内凹式索拱结构，其特征在于：所述的索夹具包括设在两根斜拉索之间的连接板，连接板的两端分别设有与斜拉索配合的连接孔，在连接板的中部设有与撑杆配合的连接耳。5.根据权利要求1所述的内凹式索拱结构，其特征在于：所述的在前的一组短拉索的

5、后一根斜拉索的上端与在后一组短拉索撑杆的上端同时与上弦梁铰接；在前的一组短拉索撑杆的上端与在后一组短拉索的在前一根斜拉索的上端同时与上弦梁铰接。权 利 要 求 书CN 103993661 A1/4页3内凹式索拱结构技术领域0001 本发明涉及一种索拱结构，特别是一种内凹式索拱结构。背景技术0002 目前土木工程领域大跨度钢结构的应用越来越多。但随着跨度增加自重急剧加大，结构面临使用功能、设计合理性及经济指标相互制约的矛盾。为了满足结构的使用功能同时减少结构自重改善结构的刚度，配有拉索的预应力张弦梁越来越多的应用于大跨度钢结构中。通过预应力拉索与撑杆的布置，大跨度钢结构的承载力与刚度都有了很大的

6、改善。0003 现有的索拱结构如图1所示，现有的张弦梁，包括位于同一平面内的上弦梁1（或拱或桁架）、撑杆3和下弦拉索2，所述上弦梁1的两端分别和下弦拉索2的两端固定连接；所述撑杆3竖直布置，其上端与上弦梁1铰接，下端通过索夹具4与下弦拉索2固定连接；张拉后的下弦拉索2形成轴对称形式的折线，上弦梁1、撑杆3和下弦拉索2形成自平衡体系，下弦拉索2受拉，撑杆3为受压二力杆，上弦梁1为压弯构件。0004 上述结构中，下弦拉索2的预应力使结构产生反挠度，故结构在荷载作用下的最终挠度会减小，并且通过下弦拉索2的张拉力，使撑杆3产生向上的分力，导致上弦梁1产生与外荷载作用下相反的内力和变形，以形成整个张弦梁

7、结构并提高结构刚度，撑杆3对抗弯受压构件提供弹性支撑，改善后者的受力性能；若压弯构件取为拱时，由下弦拉索2承受拱的水平推力，减轻拱对支座产生的负担，故在支座处宜采取必要的暂时的或永久的构造措施，在顶应力及外荷载作用下（指自重等屋面荷载作用下）形成自平衡体系，不产生水平推力；同时，下弦拉索2的存在可以大大的减小上弦梁1的截面，提高整个结构的承载能力。这时，如果下弦拉索2在使用中出现破坏断裂，则不能为拱支座提供水平拉力，支座可能会向两边移动，而且在下弦拉索2失效之后，其断裂点附近的撑杆3的作用失效，仅靠上弦梁1承受外荷载则可能会因承载力不足而发生断裂，随之整个张弦梁也会失效。0005 如图2所示，

8、取任意一偏离其所在折线角的角平分线的撑杆3与拉索2的连接点作为静力平衡研究对象，连接点受左右端拉索2的拉力P1和P2和撑杆3对连接点的支撑力P3的作用，依据平行四边形法则，构成平衡力系，由于角和角不相等，因此根据几何知识可以知道P1不等于P2，因此在撑杆3与拉索2的连接点处索夹具4对拉索2的摩擦力F=P1-P20。显而易见，拉索2若在索夹具4处保持平衡，索夹具4对拉索2的摩擦力F是必须的；反过来说，若索夹具4不能对拉索2提供足够的摩擦力，拉索2就不能与之保持相对静止，或者说撑杆3就不能保持平衡，就会向拉索2拉力小的方向滑动，导致拉索2松弛，直至索夹具4两侧的拉索2的拉力差值与索夹具4提供给拉索

9、2的摩擦力相等为止。0006 由于一般情况下，拉索2表面存在一层或多层PE防护层，该防护层相对于钢材是化学不稳定的，因此即便施工时索夹具4和拉索2间的摩擦力足够大，也只能够在一定时间内使撑杆3保持竖直，甚至即使当时做了摩擦力试验，达到要求，由于PE的化学不稳定性，会很快发生化学变化（如化学分解、老化），从而发生拉索在撑杆3与拉索2的连接点处滑移而导致拉索2变松弛，进而产生结构安全隐患。说 明 书CN 103993661 A2/4页4发明内容0007 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种设计合理，在使用中能够避免出现整个弦梁直接失效或出现拉索松弛现象的内凹式索拱结构。0008

10、本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的，一种内凹式索拱结构，包括上弦梁、设在上弦梁下方的下弦拉索以及设在上弦梁和下弦拉索之间的若干根撑杆，其特点是：所述的下弦拉索由若干组短拉索组成，短拉索与上弦梁处于同一平面内，每组短拉索包括两根斜拉索，两根斜拉索的下端连接在一起、呈V型设置，两根斜拉索的上端与上弦梁铰接；在两根斜拉索下端的连接点向上与上弦梁之间设有一根撑杆，撑杆设置在两根呈V型设置的斜拉索的角平分线上，所述撑杆的上端与上弦梁铰接，撑杆的下端通过索夹具与两根斜拉索下端的连接点相接；所述的在前的一组短拉索的后一根斜拉索与在后的一组短拉索的前一根斜拉索交叉设置。0009 本发明所要解

11、决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述的内凹式索拱结构，其特点是：所述的两根斜拉索设置为一体，索夹具设在V型折点处。0010 本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述的内凹式索拱结构，其特点是：所述的索夹具包括上下两块夹板，上下两块夹板之间设有固定螺栓，在上夹板的中部设有与撑杆配合的连接耳。0011 本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述的内凹式索拱结构，其特点是：所述的索夹具包括设在两根斜拉索之间的连接板，连接板的两端分别设有与斜拉索配合的连接孔，在连接板的中部设有与撑杆配合的连接耳。0012 本发明所要解决的技术问题还可

12、以通过以下的技术方案来进一步实现，所述的内凹式索拱结构，其特点是：所述的在前的一组短拉索的后一根斜拉索的上端与在后一组短拉索撑杆的上端同时与上弦梁铰接；在前的一组短拉索撑杆的上端与在后一组短拉索的在前一根斜拉索的上端同时与上弦梁铰接。0013 与现有技术相比，本发明将传统张弦梁的长拉索去掉，代之以若干根斜拉索构成，在某一根斜拉索失效后，由于其余斜拉索与上弦梁和撑杆之间的连接关系，使得整个结构不会立刻失效，提高了抗倒塌性能，能够防止出现连续性倒塌，消除了安全隐患。同时，斜拉索在撑杆与斜拉索的连接点处的两侧内力平衡，使索夹具与斜拉索之间不存在摩擦力，从而索夹具与斜拉索之间不会发生相对滑动，因此可以

13、避免短拉索松弛，消除安全隐患。附图说明0014 图1为现有技术的结构示意图；图2为图1中任一撑杆与斜拉索连接点的受力分析图；图3为本发明的一种结构示意图；图4为图3中任一撑杆与斜拉索连接点的受力分析图；图5为索夹具的一种结构示意图；图6为索夹具的另一种结构示意图。具体实施方式说 明 书CN 103993661 A3/4页50015 参考图3，一种内凹式索拱结构，包括上弦梁5、设在上弦梁5下方的下弦拉索以及设在上弦梁5和下弦拉索之间的若干根撑杆6，上弦梁5还可以为拱或桁架，所述的下弦拉索由若干组短拉索组成，短拉索与上弦梁处于同一平面内，每组短拉索包括两根斜拉索7，两根斜拉索7的下端连接在一起、呈

14、V型设置，两根斜拉索7的上端与上弦梁5铰接；在两根斜拉索7下端的连接点向上与上弦梁5之间设有一根撑杆6，撑杆6设置在两根呈V型设置的斜拉索7的角平分线上。所述撑杆6的上端与上弦梁5铰接，撑杆6的下端通过索夹具8与两根斜拉索7下端的连接点相接；所述的在前的一组短拉索的后一根斜拉索7与在后的一组短拉索的前一根斜拉索7交叉设置。0016 所述的两根斜拉索7设置为一体，索夹具8设在V型折点处。如图5所示，此时索夹具8的结构为：包括上下两块夹板9、10，上下两块夹板9、10之间设有固定螺栓，在上夹板9的中部设有与撑杆6配合的连接耳11。安装时，上下两块夹板9、10将斜拉索7夹在其中间，然后用固定螺栓将上

15、下两块夹板9、10固定紧，撑杆6的底部用螺栓固定在索夹具8的连接耳11上即可。0017 当短拉索由两根斜拉索7组成的V型结构时，如图6所示，此时索夹具8的结构为：包括设在两根斜拉索7之间的连接板12，连接板12的两端分别设有与斜拉索7配合的连接孔，在连接板12的中部设有与撑杆6配合的连接耳13。安装时，两根斜拉索7的两底端分别通过螺栓固定在连接板12两端的连接孔中，而撑杆6的底部用螺栓固定在索夹具8的连接耳13上，即安装完毕。0018 上弦梁5为压弯构件，上弦梁5、撑杆6和斜拉索7形成自平衡体系，斜拉索7受拉，撑杆6为受压二力杆。0019 如图4所示，取任一组短拉索的两根斜拉索7与相连的撑杆6

16、的连接点作为静力平衡研究对象，连接点受左右端斜拉索7的拉力P1和P2和撑杆6对连接点的支撑力P3的作用，依据平行四边形法则构成平衡力系，由于角和角相等，因此可以知道P1=P2，即斜拉索7的内力在其长度内基本是个定值，斜拉索7在撑杆6与斜拉索7的连接点处的两侧内力平衡，使撑杆6不依靠与斜拉索7间的摩擦力而自然处于二力平衡状态，撑杆6不会相对于斜拉索7滑动，从而避免短拉索松弛。0020 所述每组短拉索的斜拉索7可以直接铰接在上弦梁5上，也可以是如下结构：所述的在前的一组短拉索的后一根斜拉索7的上端与在后一组短拉索撑杆6的上端同时与上弦梁5铰接；在前的一组短拉索撑杆6的上端与在后一组短拉索的在前一根

17、斜拉索7的上端同时与上弦梁5铰接，这样可以增加整个索拱的强度。0021 实施程序：首先在上弦梁5上确定每一根撑杆6的位置和高度，撑杆6的方向指向上弦梁5所在圆的圆心，之后再将斜拉索拉在上弦梁5上撑杆6的位置与撑杆6的末端之间即可。0022 安装各斜拉索7和撑杆6时，将索夹具8牢牢固定在各斜拉索7相应标定位置上。通过张拉、安装等施工过程及各种荷载施加后，撑杆6与各斜拉索7便处在设计期望的状态（所有构件的位置均同现有技术下的张弦梁的各构件位置相同）。在这种处理方式的基础上，采取有效措施尽量增大各斜拉索7与索夹具8间的摩擦系数，作为安全储备，以使张弦梁中的各短拉索始终处于稳定状态。0023 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人说 明 书CN 103993661 A4/4页6员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。说 明 书CN 103993661 A1/3页7图1图2说 明 书 附 图CN 103993661 A2/3页8图3图4说 明 书 附 图CN 103993661 A3/3页9图5图6说 明 书 附 图CN 103993661 A