專利名稱：具有緩和功能的肋環(huán)型索穹頂體系的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有緩和功能的肋環(huán)型索穹頂體系。具體涉及是由環(huán)梁，內(nèi)拉環(huán)，豎直撐桿，徑向布置的脊索、斜索，環(huán)索以及緩和裝置組成的一種張力結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
索穹頂結(jié)構(gòu)是美國(guó)工程師Gerger發(fā)展和推廣Fuller張拉整體結(jié)構(gòu)思想后實(shí)現(xiàn)的一種新型預(yù)應(yīng)力大跨結(jié)構(gòu)，它體現(xiàn)了Fuller關(guān)于“壓力的孤島存在于拉力的海洋中”的思想，是一種結(jié)構(gòu)效率極高的全張力體系。面對(duì)目前日益廣泛的張力結(jié)構(gòu)體系，結(jié)合其自身的特點(diǎn)，研究一種能夠隨著外部作用變化而對(duì)結(jié)構(gòu)自身進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終達(dá)到自適應(yīng)和自調(diào)節(jié)功能的結(jié)構(gòu)一直是人們的一個(gè)美好夢(mèng)想。上世紀(jì)80年代英國(guó)學(xué)者提出了荷載緩和體系(LOAD Relieving System)的概念，并將其運(yùn)用于一個(gè)索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的垃圾場(chǎng)中，引起了人們的關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種緩和功能的肋環(huán)型索穹頂體系。
它具有環(huán)梁、內(nèi)拉環(huán)、豎直撐桿、脊索、斜索、環(huán)索以及緩和裝置；脊索一端與內(nèi)拉環(huán)鉸接，另一端與環(huán)梁錨接，脊索上設(shè)置多個(gè)豎直撐桿，斜索一端與豎直撐桿底部鉸接，另一端與外側(cè)相鄰豎直撐桿頂部鉸接，最外側(cè)豎直撐桿底部斜索與環(huán)梁錨接。
所述的內(nèi)拉環(huán)標(biāo)高最高，以內(nèi)拉環(huán)為中心，豎直撐桿頂部標(biāo)高環(huán)向相同，徑向由內(nèi)向外遞減，同一環(huán)向上的豎直撐桿底部由環(huán)索相連。脊索，斜索，環(huán)索為預(yù)應(yīng)力拉索。外部環(huán)梁為可受承壓力的環(huán)梁。斜索與環(huán)梁錨接處或最外圈環(huán)索節(jié)點(diǎn)處，設(shè)置荷載緩和裝置。緩和裝置由螺栓球、廣義彈簧單元、錨固件組成。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有的有益效果是1)自重輕，結(jié)構(gòu)構(gòu)件較少，且主要是高強(qiáng)度拉索，結(jié)構(gòu)自重輕；2)充分發(fā)揮高強(qiáng)度材料的性能，本結(jié)構(gòu)可采用高強(qiáng)度拉索，承壓性能優(yōu)越的砼圈梁或鋼箱梁，可充分發(fā)揮這兩種材料各自的特性；3)受力性能優(yōu)越，結(jié)構(gòu)由預(yù)應(yīng)力提供剛度，拉索始終處于受拉狀態(tài)；4)在緩和裝置的調(diào)整下，結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)一步減少，在相同荷載作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力曲線較沒(méi)有緩和裝置時(shí)下降10％～20％；5)在緩和裝置的調(diào)整下，相同荷載作用時(shí)，該結(jié)構(gòu)跨中撓度有所增大；6)對(duì)于突發(fā)的大荷載作用下，緩和裝置可以吸收一部分能量，而且緩和裝置增大了結(jié)構(gòu)的柔性，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的變形，減少了荷載作用的沖量，在一定程度范圍內(nèi)避免倒塌的危險(xiǎn)；7)建筑效果好，由于本結(jié)構(gòu)構(gòu)成的構(gòu)件數(shù)遠(yuǎn)少于一般的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，因此給人們一種簡(jiǎn)潔明快的效果，克服了網(wǎng)格結(jié)構(gòu)感觀上桿件繁多零亂的弊端。


圖1是具有緩和功能的肋環(huán)型索穹頂結(jié)構(gòu)平面示意圖；圖2具有緩和功能肋環(huán)型索穹頂結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖3斜索和環(huán)梁錨固處具有緩和功能的肋環(huán)型索穹頂體系示意圖；圖4緩和裝置示意圖(圖3中的C節(jié)點(diǎn)詳圖)；圖5算例1中斜索C12內(nèi)力變化曲線；圖6算例1中脊索C13內(nèi)力變化曲線；圖7算例1中環(huán)索C2內(nèi)力變化曲線；圖8算例1中豎向撐桿C23內(nèi)力變化曲線；圖9算例1中Q＝1.2kN/m2時(shí)結(jié)構(gòu)位移圖；圖10算例1中Q＝1.2kN/m2，C13處放置緩和裝置時(shí)結(jié)構(gòu)位移圖；圖11算例1中Q＝1.2kN/m2時(shí)結(jié)構(gòu)應(yīng)力圖；圖12算例1中Q＝1.2kN/m2，C13處放置緩和裝置時(shí)結(jié)構(gòu)應(yīng)力圖。
具體實(shí)施例方式
具有緩和功能的肋環(huán)型索穹頂體系具有環(huán)梁1，內(nèi)拉環(huán)2，豎直撐桿3，脊索4、斜索5、環(huán)索6以及緩和裝置7；脊索4一端與內(nèi)拉環(huán)2鉸接，另一端與環(huán)梁1錨接，脊索4按照跨度，設(shè)置相應(yīng)的多個(gè)豎直撐桿3，斜索5一端與豎直撐桿3底部鉸接，另一端與外側(cè)相鄰豎直撐桿3頂部鉸接，最外側(cè)豎直撐桿3底部斜索5與環(huán)梁1錨接。按照跨度，設(shè)置相應(yīng)的豎直撐桿所述的內(nèi)拉環(huán)2標(biāo)高最高，以內(nèi)拉環(huán)2為中心，豎直撐桿3頂部標(biāo)高環(huán)向相同，徑向由內(nèi)向外遞減，同一環(huán)向上的豎直撐桿3底部由環(huán)索相連。脊索4，斜索5，環(huán)索6為預(yù)應(yīng)力拉索。外部環(huán)梁1為可受承壓力的環(huán)梁。斜索5與環(huán)梁1錨接處或環(huán)索7節(jié)點(diǎn)處，設(shè)置荷載緩和裝置7。緩和裝置7由螺栓球、廣義彈簧單元、錨固件組成。
具有緩和功能的肋環(huán)型索穹頂體系由不同強(qiáng)度的材料組合而成。環(huán)梁為受壓環(huán)梁，可利用下部結(jié)構(gòu)柱頂圈梁，一般為鋼筋砼梁，剛度大，受壓性能好，施工也方便，脊索錨板可固定在該梁上，張拉操作空間寬敞，操作方便。脊索、斜索、環(huán)索可采用高強(qiáng)鋼絲，鋼絞線，鋼絲繩等。拉索施工時(shí)，首先要確定其零應(yīng)力狀態(tài)下的長(zhǎng)度，加工索頭、錨具和豎直撐桿，在實(shí)際施工中，拉索的初始預(yù)應(yīng)力值與設(shè)計(jì)值仍有可能出現(xiàn)較大的差距，所以豎直撐桿可以設(shè)計(jì)為長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)的構(gòu)件，環(huán)索與脊索和谷索之間的連接可采用可調(diào)節(jié)索，連接和調(diào)整方便。索與索連接，索與梁連接的節(jié)點(diǎn)已有許多形式可選擇。結(jié)構(gòu)的構(gòu)件裝配完畢后，結(jié)構(gòu)仍處于無(wú)應(yīng)力狀態(tài)，當(dāng)余下的小部分索張拉到位時(shí)，結(jié)構(gòu)成形并具有剛度，可承受外部荷載作用。
下面給出一具體算例。
算例1一個(gè)跨度為50m，承受軸對(duì)稱荷載作用的肋環(huán)型索穹頂，結(jié)構(gòu)的平面圖和剖面圖如圖1、2所示，在剖面圖中的豎向撐桿高度分別為1.3m、2.4m、3.6m、5.0m。該穹頂各索的截面積A和初始預(yù)應(yīng)力F0見(jiàn)表1，對(duì)該結(jié)構(gòu)依次施加豎向均布荷載Q＝0(即施工張拉完成時(shí)，僅有自重的情況)，0.3kN/m2，0.5 kN/m2，0.7kN/m2，8 kN/m2，1 kN/m2，1.2kN/m2，計(jì)算其未加緩和裝置及在不同位置放置緩和裝置時(shí)桿件及索的內(nèi)力變化曲線，采用的緩和裝置的彈簧單元?jiǎng)偠葹?.0×106N/m，索的彈性模量1.8×1011MPa。附圖5、6、7、8分別是C12(斜索)，C13(脊索)，C2(環(huán)索)及C89(豎直撐桿)的內(nèi)力變化曲線，計(jì)算結(jié)果表明，在C2環(huán)索節(jié)點(diǎn)上放置緩和裝置效果最好，內(nèi)力可下降15％以上，在C12斜索和環(huán)梁錨界處放置緩和裝置，效果僅次之，內(nèi)力可下降10％左右，但施工較前者方便。Q＝1.2 kN/m2時(shí)，未加緩和裝置跨中撓度為0.257m(附圖9)，在C2處放置緩和裝置時(shí)，跨中撓度為0.316m(附圖10)。
從算例可見(jiàn)，本發(fā)明的效果是有益的，方案是可行的。
表1

權(quán)利要求
1.一種具有緩和功能的肋環(huán)型索穹頂體系，其特征在于，它具有環(huán)梁(1)，內(nèi)拉環(huán)(2)，豎直撐桿(3)，脊索(4)、斜索(5)、環(huán)索(6)以及緩和裝置(7)；脊索(4)一端與內(nèi)拉環(huán)(2)鉸接，另一端與環(huán)梁(1)錨接，脊索(4)上設(shè)置多個(gè)豎直撐桿(3)，斜索(5)一端與豎直撐桿(3)底部鉸接，另一端與外側(cè)相鄰豎直撐桿(3)頂部鉸接，最外側(cè)豎直撐桿(3)底部斜索(5)與環(huán)梁(1)錨接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有緩和功能的肋環(huán)型索穹頂體系，其特征在于，所述的內(nèi)拉環(huán)(2)標(biāo)高最高，以內(nèi)拉環(huán)(2)為中心，豎直撐桿(3)頂部標(biāo)高環(huán)向相同，徑向由內(nèi)向外遞減，同一環(huán)向上的豎直撐桿(3)底部由環(huán)索相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有緩和功能的肋環(huán)型索穹頂體系，其特征在于所述的脊索(4)，斜索(5)，環(huán)索(6)為預(yù)應(yīng)力拉索。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有緩和功能的肋環(huán)型索穹頂體系，其特征在于，所述的外部環(huán)梁(1)為可受承壓力的環(huán)梁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有緩和功能的肋環(huán)型索穹頂體系，其特征在于，可以在在所述的斜索(5)與環(huán)梁(1)錨接處或最外圈環(huán)索節(jié)點(diǎn)(7)處，設(shè)置荷載緩和裝置(7)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有緩和功能的肋環(huán)型索穹頂體系，其特征在于，所述的緩和裝置(7)由螺栓球、廣義彈簧單元、錨固件組成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有緩和功能的肋環(huán)型索穹頂體系。它具有環(huán)梁、內(nèi)拉環(huán)、豎直撐桿、脊索、斜索、環(huán)索以及緩和裝置；脊索一端與內(nèi)拉環(huán)鉸接，另一端與環(huán)梁錨接，脊索上設(shè)置多個(gè)豎直撐桿，斜索一端與豎直撐桿底部鉸接，另一端與外側(cè)相鄰豎直撐桿頂部鉸接，最外側(cè)豎直撐桿底部斜索與環(huán)梁錨接。本發(fā)明受力性能優(yōu)越，可以充分發(fā)揮材料的強(qiáng)度，而所用結(jié)構(gòu)構(gòu)件較少，在緩和裝置作用下，結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)一步減少，在相同荷載作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力曲線較沒(méi)有緩和裝置時(shí)下降10％～20％。特別對(duì)于突發(fā)的大荷載作用下，緩和裝置可以吸收一部分能量，而且緩和裝置增大了結(jié)構(gòu)的柔性，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的變形，減少了荷載作用的沖量，在一定程度范圍內(nèi)避免倒塌的危險(xiǎn)。
文檔編號(hào)E04B1/342GK101016755SQ20061015571
公開(kāi)日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2006年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月31日
發(fā)明者高博青, 趙超超, 馬洪步 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)