專利名稱：一種可防止斷索引發倒塌的張弦桁架結構的制作方法
技術領域：
本發明屬于建筑結構技術領域，尤其是涉及ー種可防止斷索引發倒塌的張弦桁架結構。
背景技術：
張弦桁架結構最早是由日本大學M.Saitoh教授在1986年提出，該結構是ー種區別于傳統結構的新型雜交屋蓋體系，其主要是由作為壓彎部件的多根上弦桁架桿件構成的上弦桁架、下弦柔性拉索、多根中間受壓撐桿、滑動鉸支座和固定鉸支座組成的自平衡混合結構，也是ー種混合結構體系發展中比較成功的大跨度預應カ空間結構體。張弦桁架結構包括平面張弦桁架結構和空間張弦桁架結構，其中空間張弦桁架結構主要有單向張弦桁架結構、雙向張弦桁架結構、多向張弦桁架結構、輻射式張弦桁架結構，其設計方法、施工手段日臻成熟，研究人員也進行了多方面的研究并取得了很多成果。目前，本領域的研究人員普遍認為張弦桁架結構的受カ機理是通過對下弦柔性拉索施加預應カ而使上弦桁架桿件產生反撓度，使得結構在荷載作用下的最終撓度得以減少，而中間受壓撐桿對上弦桁架桿件提供的弾性支撐可以改善結構的受カ性能。一般上弦桁架采用拱梁或桁架拱，在荷載作用下拱的水平推力由下弦柔性拉索承受，以減輕拱對支座產生的水平推力，并減少滑動鉸支座的水平位移。張弦桁架結構可發揮高強索的強抗拉性能，改善整體結構受力性能，使壓彎構件和抗拉構件取長補短，協同工作，從而達到自平衡。張弦桁架結構的特點是體系簡單、受カ明確、結構形式多祥，充分發揮了剛柔材料的優勢，并且制造、運輸、施工簡捷方便，因此已經獲得了良好的應用。近幾年來，以上海浦東國際機場候機樓、廣州國際會展中心、哈爾濱國際會展中心、北京農展館、國家體育館為代表的大跨度張弦桁架屋蓋結構已成為我國標志性建筑。雖然張弦桁架結構是一種受カ合理、剛度大的大跨度空間結構，但由于其在工程中的實際應用只有二十幾年的時間，并且尚未經受強烈地震、臺風等動カ災變荷載的考驗。在上述動カ災變荷載作用下，下弦柔性拉索的內力會急速變化，由于該拉索屬于脆性材料，破壞前無明顯征兆，如果突然斷裂將會引起相鄰拉索的應カ集中后連續斷裂，進而導致主結構倒塌，從而造成財產損失和人員傷亡。因此，如何提供一種高效、美觀、實用的設計方法，防止拉索突然斷裂后結構的倒塌或者延遲結構的倒塌時間，就顯得尤為重要。

發明內容
為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種抗災能力更好、安全性更高，并具有二道設防能力，防止斷索后結構迅速倒塌，為人員逃逸及救災提供時間的張弦桁架結構。為了達到上述目的，本發明提供的可防止斷索引發倒塌的張弦桁架結構包括上弦桁架、多個V形豎向撐桿、下弦柔性拉索、多個夾片式錨具、多個撐桿連接器、滑動鉸支座和固定鉸支座；其中上弦桁架由多根上弦桁架桿件構成；多個V形豎向撐桿的上端連接在上弦桁架上；撐桿連接器連接在V形豎向撐桿的下端；下弦柔性拉索的中部貫穿多個撐桿連接器，張拉后兩端分別固定在滑動鉸支座和固定鉸支座上；滑動鉸支座和固定鉸支座分別設置在建筑物兩側的結構柱頂部；所述的撐桿連接器包括腹板、拉索豎向限位器、轉接件和轉接板；其中轉接板水平設置，腹板垂直固定在轉接板的表面上，并且V形豎向撐桿的下端鉸接在腹板上；轉接件的上端連接在轉接板的底面中部，下端連接在拉索豎向限位器的上端；拉索豎向限位器上沿左右方向貫通形成有兩個用于貫穿下弦柔性拉索及固定夾片式錨具的圓孔，并且每個拉索豎向限位器兩側的下弦柔性拉索上分別安裝有ー個夾片式錨具，用于將下弦柔性拉索固定在拉索豎向限位器上。所述的拉索豎向限位器由上半部分和下半部分通過螺栓連接而構成，并且下半部分由左右兩部分組成，這樣便于維修時更換下弦柔性拉索。所述的轉接板的表面中部還設有兩條與腹板相互垂直的加勁肋。本發明提供的可防止斷索引發倒塌的張弦桁架結構具有如下先進性:1)抗災能カ更好:避免了斷索后常規張弦桁架的連續倒塌，設置了第二道安全防線，利用上弦桁架的安全儲備，允許張弦桁架產生大變形，可給張弦桁架下方人員疏散留出一定時間，因此安全性更高。2)施工方便:僅需要在布索過程中預留夾片式錨具，張拉完成后在拉索豎向限位器兩端安裝夾片式錨具，并使夾片式錨具頂緊拉索豎向限位器即可。上述工作可在地面完成，然后整體吊裝。3)經濟性高:一方面可充分發揮下弦柔性拉索的受拉性能，精細化設計提高經濟性，另ー方面在災后(如地震、臺風、火災等)可為下方人員撤離提供時間，減少人員傷亡和財產損失，在災后重建中可局部維修補強，避免結構倒塌后全部拆除重建，減少重復投資。


圖1為本發明提供的可防止斷索引發倒塌的張弦桁架結構示意圖；圖2為本發明提供的可防止斷索引發倒塌的張弦桁架結構上V形豎向撐桿下端連接部位結構示意圖；圖3為本發明提供的可防止斷索引發倒塌的張弦桁架結構上撐桿連接器正向結構示意圖；圖4為本發明提供的可防止斷索引發倒塌的張弦桁架結構上撐桿連接器俯視圖；圖5為本發明提供的可防止斷索引發倒塌的張弦桁架結構上轉接件和拉索豎向限位器三維軸測圖；圖6為本發明提供的可防止斷索引發倒塌的張弦桁架結構上第一跨索斷裂后結構變形圖；圖7為本發明提供的可防止斷索引發倒塌的張弦桁架結構上第二跨索斷裂后結構變形圖；圖8為本發明提供的可防止斷索引發倒塌的張弦桁架結構上第三跨索斷裂后結構變形圖；圖9為本發明提供的可防止斷索引發倒塌的張弦桁架結構上第四跨索斷裂后結構變形圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明提供的可防止斷索引發倒塌的張弦桁架結構進行詳細說明。如附圖1-圖5所示，本發明提供的可防止斷索引發倒塌的張弦桁架結構包括上弦桁架1、多個V形豎向撐桿2、下弦柔性拉索3、多個夾片式錨具4、多個撐桿連接器5、滑動鉸支座11和固定鉸支座12 ;其中上弦桁架I由多根上弦桁架桿件構成；多個V形豎向撐桿2的上端連接在上弦桁架I上；撐桿連接器5連接在V形豎向撐桿2的下端；下弦柔性拉索3的中部貫穿多個撐桿連接器5，張拉后兩端分別固定在滑動鉸支座11和固定鉸支座12上；滑動鉸支座11和固定鉸支座12分別設置在建筑物兩側的結構柱頂部；所述的撐桿連接器5包括腹板6、拉索豎向限位器7、轉接件8和轉接板9 ;其中轉接板9水平設置，腹板6垂直固定在轉接板9的表面上，并且V形豎向撐桿2的下端鉸接在腹板6上；轉接件8的上端連接在轉接板9的底面中部，下端連接在拉索豎向限位器7的上端；拉索豎向限位器7上沿左右方向貫通形成有兩個用于貫穿下弦柔性拉索3及固定夾片式錨具4的圓孔13，并且每個拉索豎向限位器7兩側的下弦柔性拉索3上分別安裝有一個夾片式錨具4，用于將下弦柔性拉索3固定在拉索豎向限位器7上。所述的拉索豎向限位器7由上半部分和下半部分通過螺栓連接而構成，并且下半部分由左右兩部分組成，這樣便于維修時更換下弦柔性拉索3。所述的轉接板9的表面中部還設有兩條與腹板6相互垂直的加勁肋10。現將本發明提供的可防止斷索引發倒塌的張弦桁架結構安裝方法闡述如下:首先在地面上由工作人員將多個V形豎向撐桿2的上端固定在已組裝好的上弦桁架I上，然后將V形豎向撐桿2的下端與撐桿連接器5上的腹板6鉸接在一起，之后將下弦柔性拉索3依次貫穿每一個撐桿連接器5上拉索豎向限位器7的一個圓孔13，張拉下弦柔性拉索3后將其兩端分別連接在滑動鉸支座11和固定鉸支座12上，并在每個拉索豎向限位器7兩側的下弦柔性拉索3上分別安裝一個夾片式錨具4，并將夾片式錨具4的一端插入圓孔13中，由此形成可防止斷索引發倒塌的張弦桁架結構，最后將上述張弦桁架結構整體吊裝至建筑物頂部，并將滑動鉸支座11和固定鉸支座12分別設置在建筑物兩側的結構柱頂部即可完成整個安裝過程。另外，如災后重建中需要更換斷裂的下弦柔性拉索3，可將連接在拉索豎向限位器7上半部分和下半部分中與另ー個圓孔13位于同一側的左或右部分之間的螺栓松開，然后將新下弦柔性拉索3放入另ー圓孔13中，之后再利用螺栓將上半部分和上述左或右部分重新組合在一起，最后張拉新下弦柔性拉索3后在每個拉索豎向限位器7兩側的新下弦柔性拉索3上分別安裝一個夾片式錨具4即可。為了驗證本發明提供的可防止斷索引發倒塌的張弦桁架結構的效果，本發明人利用有限元分析軟件ANSYS計算了具有下列參數的本張弦桁架結構斷索后的變形:跨度80m，跨中矢高8.375m，V形豎向撐桿2下端點間距均為10m，上弦桁架I采用空間拱形桁架，分析結果見圖6-圖9。由圖可見，一旦由于某種因素導致下弦柔性拉索3出現斷裂，雖然下弦柔性拉索3在不同位置斷裂后均會引起結構變形加大，但由于夾片式錨具4能頂緊拉索豎向限位器7并作為斷索的新錨固端，從而將下弦柔性拉索3約束在V形豎向撐桿2下方，通過結構變形吸收斷索帶來的沖擊力，成為張弦桁架結構的第二道安全防線，因此張弦桁架結構沒有立即倒塌，大大提高了結構安全性。由此證明本發明提供的可防止斷索引發倒塌的張弦桁架結構能解決斷索后導致張弦桁架連續倒塌的問題，具有理論可行性和可靠性。
權利要求
1.ー種可防止斷索引發倒塌的張弦桁架結構，包括上弦桁架(I)、多個V形豎向撐桿(2)、下弦柔性拉索(3)、多個夾片式錨具(4)、多個撐桿連接器(5)、滑動鉸支座(11)和固定鉸支座(12);其中上弦桁架(I)由多根上弦桁架桿件構成；多個V形豎向撐桿(2)的上端連接在上弦桁架(I)上；撐桿連接器(5)連接在V形豎向撐桿(2)的下端；下弦柔性拉索(3)的中部貫穿多個撐桿連接器(5)，張拉后兩端分別固定在滑動鉸支座(11)和固定鉸支座(12)上；滑動鉸支座(11)和固定鉸支座(12)分別設置在建筑物兩側的結構柱頂部；其特征在于:所述的撐桿連接器(5)包括腹板(6)、拉索豎向限位器(7)、轉接件(8)和轉接板(9);其中轉接板(9)水平設置，腹板(6)垂直固定在轉接板(9)的表面上，并且V形豎向撐桿(2)的下端鉸接在腹板(6)上；轉接件(8)的上端連接在轉接板(9)的底面中部，下端連接在拉索豎向限位器(7)的上端；拉索豎向限位器(7)上沿左右方向貫通形成有兩個用于貫穿下弦柔性拉索(3)及固定夾片式錨具(4)的圓孔(13)，并且每個拉索豎向限位器(7)兩側的下弦柔性拉索(3)上分別安裝有一個夾片式錨具(4)，用于將下弦柔性拉索(3)固定在拉索豎向限位器(7)上。
2.根據權利要求1所述的可防止斷索引發倒塌的張弦桁架結構，其特征在于:所述的拉索豎向限位器(7)由上半部分和下半部分通過螺栓連接而構成，并且下半部分由左右兩部分組成。
3.根據權利要求1所述的可防止斷索引發倒塌的張弦桁架結構，其特征在于:所述的轉接板(9)的表面中部還設有兩條與腹板(6)相互垂直的加勁肋(10)。
全文摘要
一種可防止斷索引發倒塌的張弦桁架結構。其包括上弦桁架、多個V形豎向撐桿、下弦柔性拉索、多個夾片式錨具、多個撐桿連接器、滑動鉸支座和固定鉸支座。本發明的張弦桁架結構具有如下先進性1)抗災能力更好避免斷索后常規張弦桁架的連續倒塌，給張弦桁架下方人員疏散留出一定時間，安全性更高。2)施工方便僅需要在布索過程中預留夾片式錨具，張拉完成后在拉索豎向限位器兩端安裝夾片式錨具，使夾片式錨具頂緊拉索豎向限位器即可。3)經濟性高可充分發揮下弦柔性拉索受拉性能，精細化設計提高經濟性，在災后可為下方人員撤離提供時間，減少人員傷亡和財產損失，災后重建中可局部維修補強，避免結構倒塌后全部拆除重建，減少重復投資。
文檔編號E04B7/14GK103114671SQ20131006038
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月27日 優先權日2013年2月27日
發明者劉國光, 武志瑋 申請人:中國民航大學