專利名稱：弦支穹頂結(jié)構(gòu)向心軸關(guān)節(jié)索桿體系的制作方法
弦支彎頂結(jié)構(gòu)向心軸關(guān)節(jié)索桿體系技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于建筑結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種弦支結(jié)構(gòu)體系。
背景技術(shù)：
索桿體系是弦支結(jié)構(gòu)體系中聯(lián)系下部柔性索桿體系和上部剛性體系的關(guān)鍵部分， 它通常是由撐桿下節(jié)點(diǎn)、撐桿上節(jié)點(diǎn)、撐桿、徑向拉索(拉桿)及環(huán)向拉索組成。索桿體系的功能主要有二 1.在弦支穹頂施工階段，將張拉端的預(yù)應(yīng)力傳遞給環(huán)索單元，并將預(yù)應(yīng)力通過(guò)徑向索、豎向撐桿及撐桿上節(jié)點(diǎn)傳遞給上部網(wǎng)殼，使網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)預(yù)起拱；2.在弦支穹頂使用階段，將上部網(wǎng)殼荷載通過(guò)撐桿上節(jié)點(diǎn)傳遞給徑向拉索、豎向撐桿及高強(qiáng)度環(huán)向拉索， 從而提高結(jié)構(gòu)的整體受力性能。
目前的撐桿下節(jié)點(diǎn)根據(jù)環(huán)向索間斷與否可分為連續(xù)索下節(jié)點(diǎn)和間斷索下節(jié)點(diǎn)。 據(jù)此可將索桿體系分為連續(xù)索索桿體系和間斷索索桿體系。傳統(tǒng)的連續(xù)索索桿體系采用可滑動(dòng)的撐桿下節(jié)點(diǎn)和銷軸鉸撐桿上節(jié)點(diǎn)，這種體系存在幾個(gè)問(wèn)題1)在施工張拉過(guò)程中環(huán)向索與索夾之間可以產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，且應(yīng)盡可能保證環(huán)索可以自由滑動(dòng)，而在使用階段(即施工結(jié)束之后)則需要固定環(huán)索，使之不能與索夾產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，滑動(dòng)與固定的轉(zhuǎn)換增加了施工復(fù)雜程度；2)傳統(tǒng)的可滑動(dòng)撐桿下節(jié)點(diǎn)在張拉過(guò)程中由于環(huán)索與索夾摩擦，預(yù)應(yīng)力損失比較嚴(yán)重，降低了施工可控程度，盡管采取了諸多措施，節(jié)點(diǎn)形式相對(duì)復(fù)雜，但效果均不理想；3)弦支穹頂結(jié)構(gòu)計(jì)算理論要求撐桿與上部剛性結(jié)構(gòu)的連接以及徑向拉桿和撐桿下節(jié)點(diǎn)的連接均為空間鉸接連接，而傳統(tǒng)的銷軸鉸只能保證撐桿和徑向拉桿徑向方向鉸接而其他方向不能滿足鉸接要求。發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種可避免因環(huán)索滑動(dòng)與撐桿下節(jié)點(diǎn)摩擦造成預(yù)應(yīng)力損失，并能夠降低施工復(fù)雜程度，提高施工可控程度且構(gòu)造簡(jiǎn)單、傳力路徑明確的弦支穹頂結(jié)構(gòu)向心軸關(guān)節(jié)索桿體系。為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。
一種弦支穹頂結(jié)構(gòu)向心軸關(guān)節(jié)索桿體系，包括向心關(guān)節(jié)軸承撐桿上節(jié)點(diǎn)、撐桿、不可滑動(dòng)撐桿下節(jié)點(diǎn)，其中，
向心關(guān)節(jié)軸承撐桿上節(jié)點(diǎn)包括與上部結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)(I)固定連接的兩片節(jié)點(diǎn)耳板(2)、與固定兩片節(jié)點(diǎn)耳(2)和上部結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)(I)固定連接的半圓管加勁肋(3)、位于兩片節(jié)點(diǎn)耳板2之間的撐桿耳板(4)、第一向心關(guān)節(jié)軸承(12a)及第一銷軸(5a)，所述的第一向心關(guān)節(jié)軸承(12a)包括相互嵌套的軸承外環(huán)(14a)和軸承內(nèi)環(huán)(15a)，置于撐桿耳板(4)上開(kāi)設(shè)的孔洞內(nèi)部，第一銷軸(5a)貫穿撐桿耳板(4)、軸承內(nèi)環(huán)(15a)及節(jié)點(diǎn)耳板(2)，軸承外環(huán) (14a)與撐桿耳板(4)固定連接；撐桿耳板(4)與撐桿的上端固定連接；
不可滑動(dòng)撐桿下節(jié)點(diǎn)包括上索夾7、下索夾8、環(huán)向拉索9、徑向拉桿耳板10、徑向拉桿11、第二向心關(guān)節(jié)軸承(12b)及第二銷軸(5b)，上索夾(7)和下索夾(8)通過(guò)高強(qiáng)螺栓CN 102926494 A書(shū)明說(shuō)2/4頁(yè)(13)相互固定，兩者的中部設(shè)置有相互對(duì)應(yīng)的突起部分和凹陷部分，兩者相互對(duì)準(zhǔn)并共同圍成空腔(16)，該空腔內(nèi)表面與環(huán)向拉索(9)的外表面相互配合，其截面直徑略小于環(huán)向拉索(9)的直徑，用于容納和緊固環(huán)向拉索(9);徑向拉桿耳板(10)內(nèi)置第二向心關(guān)節(jié)軸承 (12b)，第二向心關(guān)節(jié)軸承(12b)包括軸承外環(huán)14b和軸承內(nèi)環(huán)15b，軸承外環(huán)(14b)與徑向拉桿耳板(10 )固定連接，第二銷軸(5b )穿過(guò)徑向拉桿耳板(10 )、軸承內(nèi)環(huán)(15b )和徑向拉桿(11)的端部；撐桿下端固定在上索夾(7)上。
作為優(yōu)選實(shí)施方式，在空腔內(nèi)表面設(shè)置有金屬毛刺；若所采用的環(huán)向拉索(9)為高釩索，則空腔立面呈波浪狀，與高釩索的外表面形狀相配合；在空腔的內(nèi)表面或在環(huán)向拉索的外表面涂覆有建筑結(jié)構(gòu)膠。
本發(fā)明提出的向心軸關(guān)節(jié)索桿體系，索桿體系采用了不可滑動(dòng)撐桿下節(jié)點(diǎn)(施工階段和使用階段)，將向心關(guān)節(jié)軸承引入弦支穹頂索桿體系中，利用向心關(guān)節(jié)軸承萬(wàn)向轉(zhuǎn)動(dòng)的功能，將向心關(guān)節(jié)軸承置于撐桿耳板和徑向耳板內(nèi)，實(shí)現(xiàn)撐桿與上部結(jié)構(gòu)、徑向拉桿與撐桿下節(jié)點(diǎn)的空間鉸接連接；向心關(guān)節(jié)軸承撐桿上節(jié)點(diǎn)允許撐桿徑向可動(dòng)、環(huán)向微動(dòng)，從而撐桿下節(jié)點(diǎn)可以撐桿上節(jié)點(diǎn)為圓心擺動(dòng)。施工過(guò)程中，環(huán)向拉索與撐桿下節(jié)點(diǎn)全程相對(duì)固定， 直接通過(guò)撐桿下節(jié)點(diǎn)擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力張拉，有別于傳統(tǒng)通過(guò)環(huán)索滑動(dòng)的張拉方式，這種全新的張拉機(jī)理避免了傳統(tǒng)撐桿下節(jié)點(diǎn)環(huán)索相對(duì)滑動(dòng)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失的問(wèn)題，提高施工可控程度；構(gòu)造簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，滿足計(jì)算假定，降低施工復(fù)雜程度。


圖I為本發(fā)明整體構(gòu)造示意圖2為撐桿上節(jié)點(diǎn)示意圖3為撐桿下節(jié)點(diǎn)示意圖。
圖中，I為上部結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)，2為節(jié)點(diǎn)耳板，3為節(jié)點(diǎn)耳板加勁肋，4為撐桿耳板，5a、5b 為銷軸，6為撐桿，7為上索夾，8為下索夾，9為環(huán)向拉索，10為徑向拉桿耳板，11為徑向拉桿，12a/12b為向心關(guān)節(jié)軸承，13為高強(qiáng)螺栓，14a、14b為軸承外環(huán)，15a、15b為軸承內(nèi)環(huán)，16為空腔。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。
如圖1、2、3所示，本實(shí)施實(shí)例包含由節(jié)點(diǎn)耳板2、節(jié)點(diǎn)半圓管加勁肋3、撐桿耳板4、 向心關(guān)節(jié)軸承12a及銷軸5a構(gòu)成的向心關(guān)節(jié)軸承撐桿上節(jié)點(diǎn)；由上索夾7、下索夾8、環(huán)向拉索9、徑向拉桿耳板10、徑向拉桿11、向心關(guān)節(jié)軸承12b、高強(qiáng)螺栓13及銷軸5b構(gòu)成的不可滑動(dòng)撐桿下節(jié)點(diǎn)；撐桿6等三個(gè)主要組成部分。
向心關(guān)節(jié)軸承撐桿上節(jié)點(diǎn)包含節(jié)點(diǎn)耳板2、節(jié)點(diǎn)半圓管加勁肋3、撐桿耳板4、向心關(guān)節(jié)軸承12a及銷軸5a。其中向心關(guān)節(jié)軸承12a包含兩個(gè)部分軸承外環(huán)14a和軸承內(nèi)環(huán)15a，軸承內(nèi)、外環(huán)為成品，嵌套在一起；將向心關(guān)節(jié)軸承12a置于撐桿耳板4圓孔內(nèi)部， 軸承外環(huán)14a與撐桿耳板4焊接，將撐桿耳板4插入兩片節(jié)點(diǎn)耳板2中間，使用銷軸5a貫穿撐桿耳板(穿過(guò)軸承內(nèi)環(huán)15a)與節(jié)點(diǎn)耳板；節(jié)點(diǎn)半圓管加勁肋焊接于節(jié)點(diǎn)耳板之上，節(jié)點(diǎn)耳板2焊接于上部結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)I之上。4
不可滑動(dòng)撐桿下節(jié)點(diǎn)包含上索夾7、下索夾8、環(huán)向拉索9、徑向拉桿耳板10、徑向拉桿11、向心關(guān)節(jié)軸承12b、高強(qiáng)螺栓13及銷軸5b。其中上索夾7、下索夾8平面呈圓弧狀，曲率與環(huán)索曲率相同，下索夾8中部設(shè)置突起部分，上索夾7中部設(shè)置凹陷部分，外形呈矩形；上索夾、下索夾通過(guò)高強(qiáng)螺栓13連接，下索夾中部的突起部分和上索夾中部的凹陷部分相互對(duì)準(zhǔn)并共同圍成一個(gè)截面為圓形的空腔16。本實(shí)施例采用的環(huán)向拉索自身橫向剛度較小高釩索，為了配合高釩索的外表面，空腔平面與上、下索夾直呈相同弧度圓弧狀，立面呈波浪形且徑略小于環(huán)向拉索的直徑，在空腔內(nèi)表面設(shè)置有金屬毛刺，并覆蓋有建筑結(jié)構(gòu)用膠；徑向拉桿耳板10中內(nèi)置向心關(guān)節(jié)會(huì)軸承12b，軸承外環(huán)14b與徑向拉桿耳板10焊接。銷軸5b穿過(guò)徑向拉桿耳板10、軸承內(nèi)環(huán)15b和徑向拉桿11的端部的圓孔。
撐桿6 —端與撐桿耳板4焊接，一端與上索夾7焊接。
本發(fā)明能夠保證施工張拉過(guò)程和使用過(guò)程中環(huán)向拉索9與撐桿下節(jié)點(diǎn)不產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。首先通過(guò)摩擦力固定環(huán)向拉索，上索夾7和下索夾8所圍成圓形空腔內(nèi)表面采用電焊條制造金屬毛刺，增加環(huán)向拉索9與撐桿下節(jié)點(diǎn)的接觸面的摩擦系數(shù)；通過(guò)高強(qiáng)螺栓13 施加預(yù)壓力，同時(shí)上索夾7和下索夾8所圍成圓形空腔的直徑略小于環(huán)向拉索9直徑，增加環(huán)向拉索9與撐桿下節(jié)點(diǎn)的接觸面的法向壓力；上索夾7和下索夾8圍成的索道立面呈波浪形，可大大增加環(huán)向拉索9與上索夾7和下索夾8的摩擦面積，通過(guò)提高摩擦系數(shù)，接觸面積以及法相壓力達(dá)到提高摩擦力的效果。其次，通過(guò)化學(xué)粘接力固定環(huán)向拉索，上索夾7 和下索夾8所圍成圓形空腔內(nèi)表面涂抹建筑結(jié)構(gòu)用膠，并剖開(kāi)環(huán)向拉索6的保護(hù)套(如果存在保護(hù)套)，灌注建筑結(jié)構(gòu)用膠，待建筑結(jié)構(gòu)膠形成強(qiáng)度，即可產(chǎn)生較大的化學(xué)粘接力。
弦支穹頂上部結(jié)構(gòu)安裝完成后，將節(jié)點(diǎn)耳板2焊接于指定的上部結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)I上，然后將節(jié)點(diǎn)半圓管加勁肋3與上部結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)I和節(jié)點(diǎn)耳板2焊接；將向心關(guān)節(jié)軸承12a置于撐桿耳板4內(nèi)，軸承外環(huán)14a與撐桿耳板4焊接，將撐桿6與撐桿耳板4連接；將撐桿耳板 4插入兩片節(jié)點(diǎn)耳板2之間，并對(duì)齊耳板圓孔圓心，使用銷軸5a穿過(guò)撐桿耳板4和節(jié)點(diǎn)耳板 3，完成向心關(guān)節(jié)軸承撐桿上節(jié)點(diǎn)與撐桿和上部結(jié)構(gòu)的連接。
按照施工模擬分析確定的撐桿下節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，將上索夾7定位后與撐桿6焊接；在上索夾7索道內(nèi)壁涂抹建筑結(jié)構(gòu)膠；剖開(kāi)環(huán)向拉索9外包保護(hù)套，灌注建筑結(jié)構(gòu)膠；將環(huán)向拉索9置于上索夾7曲線索道內(nèi)，在下索夾8索道內(nèi)表面涂抹建筑結(jié)構(gòu)膠，將下索夾8對(duì)準(zhǔn)上索夾7中線，形成閉合圓形截面索道，采用高強(qiáng)螺栓13緊固。撐桿下節(jié)點(diǎn)與撐桿6的連接。
根據(jù)設(shè)計(jì)的徑向拉桿耳板10空間位置，將其焊接于撐桿下節(jié)點(diǎn)；將向心關(guān)節(jié)軸承 12b置于徑向拉桿耳板10內(nèi)，軸承外環(huán)14b與徑向拉桿耳板10焊接，采用與撐桿上節(jié)點(diǎn)一致的連接方式，通過(guò)銷軸5b完成徑向拉桿11與撐桿下節(jié)點(diǎn)的連接。
待建筑結(jié)構(gòu)膠形成強(qiáng)度，方可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉。
在其他實(shí)施方式中，環(huán)向拉索9的外表面設(shè)置有保護(hù)套，則可在保護(hù)套內(nèi)灌注有建筑結(jié)構(gòu)用膠。若環(huán)向拉索9抗彎剛度較大，不易彎曲成波浪型，如半平行鋼絲束等，則上索夾7、下索夾8圍成的索道，在立面可不呈現(xiàn)波浪型。
本發(fā)明能夠保證撐桿與上部結(jié)構(gòu)空間鉸接連接、徑向拉桿與撐桿下節(jié)點(diǎn)空間鉸接連接。向心關(guān)節(jié)軸承由軸承外環(huán)和軸承內(nèi)環(huán)構(gòu)成，軸承外環(huán)為一個(gè)內(nèi)面凹陷的圓環(huán)，軸承內(nèi)環(huán)為一個(gè)外面突出的圓環(huán)，二者相互咬合便可實(shí)現(xiàn)萬(wàn)向轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)向心關(guān)節(jié)軸12a承置于撐桿耳板4之中，便可實(shí)現(xiàn)撐桿徑向可轉(zhuǎn)動(dòng)、環(huán)向可微動(dòng)的性能要求；通過(guò)向向心關(guān)節(jié)軸承12b置于徑向拉桿耳板10中，便可實(shí)現(xiàn)徑向拉桿徑向可轉(zhuǎn)動(dòng)、環(huán)向可微動(dòng)的性能要求。
權(quán)利要求
1.一種弦支穹頂結(jié)構(gòu)向心軸關(guān)節(jié)索桿體系，包括向心關(guān)節(jié)軸承撐桿上節(jié)點(diǎn)、撐桿、不可滑動(dòng)撐桿下節(jié)點(diǎn)，其中，向心關(guān)節(jié)軸承撐桿上節(jié)點(diǎn)包括與上部結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)(I)固定連接的兩片節(jié)點(diǎn)耳板(2)、與固定兩片節(jié)點(diǎn)耳(2)和上部結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)(I)固定連接的半圓管加勁肋(3)、位于兩片節(jié)點(diǎn)耳板 2之間的撐桿耳板(4)、第一向心關(guān)節(jié)軸承(12a)及第一銷軸(5a)，所述的第一向心關(guān)節(jié)軸承(12a)包括相互嵌套的軸承外環(huán)(14a)和軸承內(nèi)環(huán)(15a)，置于撐桿耳板(4)上開(kāi)設(shè)的孔洞內(nèi)部，第一銷軸(5a)貫穿撐桿耳板(4)、軸承內(nèi)環(huán)(15a)及節(jié)點(diǎn)耳板(2)，軸承外環(huán)(14a) 與撐桿耳板(4)固定連接；撐桿耳板(4)與撐桿的上端固定連接；不可滑動(dòng)撐桿下節(jié)點(diǎn)包括上索夾7、下索夾8、環(huán)向拉索9、徑向拉桿耳板10、徑向拉桿11、第二向心關(guān)節(jié)軸承(12b)及第二銷軸(5b)，上索夾(7)和下索夾(8)通過(guò)高強(qiáng)螺栓(13)相互固定，兩者的中部設(shè)置有相互對(duì)應(yīng)的突起部分和凹陷部分，兩者相互對(duì)準(zhǔn)并共同圍成空腔(16)，該空腔內(nèi)表面與環(huán)向拉索(9)的外表面相互配合，其截面直徑略小于環(huán)向拉索(9)的直徑，用于容納和緊固環(huán)向拉索(9);徑向拉桿耳板(10)內(nèi)置第二向心關(guān)節(jié)軸承 (12b)，第二向心關(guān)節(jié)軸承(12b)包括軸承外環(huán)14b和軸承內(nèi)環(huán)15b，軸承外環(huán)(14b)與徑向拉桿耳板(10 )固定連接，第二銷軸(5b )穿過(guò)徑向拉桿耳板(10 )、軸承內(nèi)環(huán)(15b )和徑向拉桿(11)的端部；撐桿下端固定在上索夾(7)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的弦支穹頂結(jié)構(gòu)向心軸關(guān)節(jié)索桿體系，其特征在于，在空腔內(nèi)表面設(shè)置有金屬毛刺。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的弦支穹頂結(jié)構(gòu)向心軸關(guān)節(jié)索桿體系，其特征在于，若所采用的環(huán)向拉索(9)為高釩索，則空腔立面呈波浪狀，與高釩索的外表面形狀相配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的弦支穹頂結(jié)構(gòu)向心軸關(guān)節(jié)索桿體系，其特征在于，在空腔的內(nèi)表面或在環(huán)向拉索的外表面涂覆有建筑結(jié)構(gòu)膠。
全文摘要
本發(fā)明屬于建筑結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種弦支穹頂結(jié)構(gòu)向心軸關(guān)節(jié)索桿體系，包括向心關(guān)節(jié)軸承撐桿上節(jié)點(diǎn)、撐桿、不可滑動(dòng)撐桿下節(jié)點(diǎn)。向心關(guān)節(jié)軸承撐桿上節(jié)點(diǎn)包括節(jié)點(diǎn)耳板、節(jié)點(diǎn)半圓管加勁肋、撐桿耳板、第一向心關(guān)節(jié)軸承及第一銷軸；不可滑動(dòng)撐桿下節(jié)點(diǎn)包括上索夾、下索夾、環(huán)向拉索、徑向拉桿耳板、徑向拉桿、第二向心關(guān)節(jié)軸承及第二銷軸。本發(fā)明可消除傳統(tǒng)索桿體系在張拉階段因摩擦產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失的缺陷，張拉過(guò)程中環(huán)索與撐桿下節(jié)點(diǎn)全程固定，通過(guò)撐桿上節(jié)點(diǎn)的環(huán)向擺動(dòng)施加預(yù)應(yīng)力。該索桿體系提供了一種全新的張拉環(huán)索方式，構(gòu)造簡(jiǎn)單，傳力明確。
文檔編號(hào)E04B7/14GK102926494SQ201210473430
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者王小盾, 王哲, 陳志華, 劉紅波, 閆翔宇 申請(qǐng)人:天津大學(xué)