本發(fā)明涉及一種格柵結(jié)構(gòu)，特別適用于對(duì)格柵結(jié)構(gòu)力學(xué)性能要求較高的領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

格柵結(jié)構(gòu)作為一種常用結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于下水蓋板、污水處理、雙層地面、操作平臺(tái)、塔體平臺(tái)或吊頂?shù)阮I(lǐng)域。但現(xiàn)有的格柵結(jié)構(gòu)中，格柵單元多為多邊形，各個(gè)格柵壁之間直接相連，這樣會(huì)導(dǎo)致以下四個(gè)缺點(diǎn)：1）由于現(xiàn)有格柵結(jié)構(gòu)難以保證壓、彎等力學(xué)性能要求。格柵單元需相對(duì)很密以保證強(qiáng)度要求，因此需使用更多的材料，造成浪費(fèi)；2）在格柵結(jié)構(gòu)處于受壓狀態(tài)下，格柵壁之間的連接處為關(guān)鍵區(qū)域，在豎向荷載下易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致格柵壁發(fā)生一個(gè)半波的平面外屈曲變形，對(duì)格柵結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度有很大的不利影響；3）在格柵結(jié)構(gòu)處于受彎狀態(tài)下，格柵壁是抗彎的關(guān)鍵部位。根據(jù)力學(xué)原理可知，格柵壁受彎時(shí)，其一側(cè)處于受拉狀態(tài)，另一側(cè)則屬于受壓狀態(tài)。因此此時(shí)的格柵壁易出現(xiàn)拉裂或者受壓屈曲變形，也會(huì)大大降低格柵結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能；4）現(xiàn)有的格柵結(jié)構(gòu)雖也會(huì)在格柵壁內(nèi)部添加連續(xù)纖維，但都是散布在格柵壁內(nèi)部，不能充分發(fā)揮纖維的力學(xué)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供了一種可充分發(fā)揮筋材的抗拉力學(xué)性能的加強(qiáng)型格柵結(jié)構(gòu)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種加強(qiáng)型多邊形格柵結(jié)構(gòu)，包括格柵壁以及格柵壁交匯處的加強(qiáng)柱，其特征在于：在所述的格柵壁內(nèi)設(shè)置有多曲拱軸線預(yù)應(yīng)力加強(qiáng)筋；所述加強(qiáng)筋分布于格柵壁的上下兩端；上下兩端的加強(qiáng)筋分別處于受壓和受拉應(yīng)力狀態(tài)。

多邊形柵格結(jié)構(gòu)的格柵單元是三角形、四邊形或六邊形。

所述加強(qiáng)柱為多邊形柱或圓柱。

所述加強(qiáng)柱為實(shí)心或空心。

設(shè)置在格柵壁內(nèi)部的加強(qiáng)筋成束狀或沿格柵壁寬度方向平鋪。

所述格柵壁是直的或彎曲的。

加強(qiáng)型多邊形格柵結(jié)構(gòu)其中一側(cè)可設(shè)置面板。

在邊緣的格柵壁中設(shè)置前述格柵之間連接的凹槽與突起。

本發(fā)明通過(guò)在格柵壁交匯處設(shè)置加強(qiáng)柱，使得在豎向荷載作用下的，格柵壁的變形方式發(fā)生改變，提高整體格柵結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度；通過(guò)在格柵壁內(nèi)部設(shè)置加強(qiáng)筋，使得格柵壁處于受彎狀態(tài)時(shí)，增加其抗拉和抵抗平面外屈曲變形的能力；通過(guò)使用加強(qiáng)筋而非簡(jiǎn)單的連續(xù)纖維，可充分發(fā)揮筋材的抗拉力學(xué)性能。本發(fā)明加強(qiáng)型多邊形格柵結(jié)構(gòu)通過(guò)加強(qiáng)柱和加強(qiáng)筋的兩處加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，具有抗壓強(qiáng)度高、抗彎性能好、美觀等特點(diǎn)，適用于下水蓋板、污水處理、雙層地面、操作平臺(tái)、塔體平臺(tái)或吊頂?shù)阮I(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明加強(qiáng)型格柵結(jié)構(gòu)（四邊形）實(shí)例示意圖，加強(qiáng)柱為實(shí)心四邊形柱。

圖2為本發(fā)明加強(qiáng)型格柵結(jié)構(gòu)（三角形）實(shí)例示意圖，加強(qiáng)柱為圓形空心柱。

圖3為本發(fā)明加強(qiáng)型格柵結(jié)構(gòu)抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)原理分析模型。

圖4為傳統(tǒng)格柵結(jié)構(gòu)抗壓分析模型。

圖5為本發(fā)明加強(qiáng)型格柵結(jié)構(gòu)抗彎強(qiáng)度增強(qiáng)原理分析模型。

圖6為傳統(tǒng)格柵結(jié)構(gòu)抗彎分析模型。

圖7為本發(fā)明加強(qiáng)型格柵結(jié)構(gòu)多曲拱預(yù)應(yīng)力加強(qiáng)筋原理示意圖。

圖中編號(hào)：1為格柵壁；2為加強(qiáng)柱；3為加強(qiáng)筋；4為三角形格柵單元；5為圓形空心柱；6為加強(qiáng)筋A(yù)；7為加強(qiáng)筋B；8為錨固裝置；9為彎曲拱軸線。

具體實(shí)施方式

如圖1所述，本實(shí)施例的加強(qiáng)型格柵結(jié)構(gòu)包括格柵壁1、格柵壁交匯處的加強(qiáng)柱2以及格柵壁內(nèi)部的加強(qiáng)筋3，在本實(shí)施例中，加強(qiáng)柱2為四邊形柱，格柵單元為四邊形。加強(qiáng)筋3為多曲拱軸線預(yù)應(yīng)力加強(qiáng)筋，分布于格柵壁的上下兩端；上下兩端的加強(qiáng)筋一個(gè)受壓，一個(gè)受拉。

下面分別從抗壓強(qiáng)度與抗彎強(qiáng)度的增強(qiáng)原理來(lái)說(shuō)明加強(qiáng)型格柵結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。

抗壓強(qiáng)度的增強(qiáng)原理：

根據(jù)前述結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論可知，在豎向荷載作用下，格柵壁交匯處的開(kāi)口十字形截面（如圖4所示）易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，導(dǎo)致格柵壁會(huì)發(fā)生平面外屈曲變形。以圖3格柵壁A為例，可以從幾何結(jié)構(gòu)上非常直觀地揭示出蘊(yùn)藏在加強(qiáng)柱結(jié)構(gòu)中抗壓的奧秘：位于格柵壁交叉處的加強(qiáng)柱2，不僅是均攤的四分之一加強(qiáng)柱面積（圖3，90°所標(biāo)之處）對(duì)格柵壁A的平面外抗彎剛度作了貢獻(xiàn)，實(shí)際上均攤給格柵壁B和D的加強(qiáng)柱面積（圖3，θ_2L, θ_2R所標(biāo)之處）也對(duì)格柵壁A的側(cè)向抗彎剛度作了貢獻(xiàn)。按此類推，加強(qiáng)柱2對(duì)格柵壁A的抵抗矩的貢獻(xiàn)只有θ_4L, θ_4R是獨(dú)立的，而另外θ_2L, θ_3L，θ_2R, θ_3R分別與格柵壁B和D共享。盡管傳統(tǒng)格柵結(jié)構(gòu)在交叉處也存在共享現(xiàn)象（圖4，θ_2L, θ_3L，θ_2R, θ_3R），但通過(guò)比較圖3和圖4可知，加強(qiáng)柱結(jié)構(gòu)2具有如下特征：1)交叉處共用的面積明顯增加，即多了圖4中五角星所標(biāo)的部分；2)且該共享部分的面積遠(yuǎn)離Y軸，對(duì)Y軸的截面抵抗矩的貢獻(xiàn)大，因此加強(qiáng)柱結(jié)構(gòu)2使得格柵壁具有更好的側(cè)向抗彎性能。再加之從軸壓構(gòu)件穩(wěn)定理論可知，在格柵壁交匯處設(shè)置加強(qiáng)柱之后，原先傳統(tǒng)格柵結(jié)構(gòu)中格柵壁交匯處的開(kāi)口十字形截面則轉(zhuǎn)為閉口矩形截面，大大增加了格柵壁交匯處的抗扭轉(zhuǎn)能力，與之連接的格柵壁則可以承擔(dān)更大的豎向荷載。由此說(shuō)明加強(qiáng)柱的共享抗側(cè)彎?rùn)C(jī)制實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)格柵結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化作用。

抗彎強(qiáng)度的增強(qiáng)原理：

根據(jù)結(jié)構(gòu)抗彎原理可知，格柵結(jié)構(gòu)主要依靠格柵壁抵抗彎矩作用。下面通過(guò)分析加強(qiáng)型格柵結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)格柵結(jié)構(gòu)的抗彎分析說(shuō)明加強(qiáng)筋起到的作用。

圖5為加強(qiáng)型格柵結(jié)構(gòu)的格柵壁，圖6為傳統(tǒng)格柵結(jié)構(gòu)。在彎矩M₀作用下，格柵壁上端處于受壓狀態(tài)，下端處于受拉狀態(tài)。此時(shí)，兩種情況下格柵壁內(nèi)部的材料應(yīng)力分別如圖5和圖6右側(cè)所示，且在彈性范圍內(nèi)呈現(xiàn)出上下兩端應(yīng)力大，中間應(yīng)力小的特點(diǎn)。則由此可知，加強(qiáng)型格柵結(jié)構(gòu)除了格柵壁本身材料所提供的抗彎能力，加強(qiáng)筋能夠提供額外的抵抗彎矩M_{加強(qiáng)筋}。因此相對(duì)于傳統(tǒng)格柵結(jié)構(gòu)，具有更好的抗彎能力。雖然有些傳統(tǒng)格柵結(jié)構(gòu)中也添加纖維作為增強(qiáng)材料，但纖維分布散亂，導(dǎo)致其利用效率很低。本發(fā)明中的加強(qiáng)筋集中在格柵壁結(jié)構(gòu)的上下兩端，可以充分利用加強(qiáng)筋本身的抗拉力學(xué)性能，達(dá)到充分使用材料從而大幅度節(jié)約材料的效果。

雙曲拱預(yù)應(yīng)力加強(qiáng)筋的增強(qiáng)原理：

首先介紹施工工藝：

1. 根據(jù)格柵壁尺寸，如圖7所示，在格柵壁1中固定加強(qiáng)筋A(yù)和加強(qiáng)筋B。

2. 對(duì)加強(qiáng)筋A(yù)進(jìn)行預(yù)張拉（本發(fā)明工程使用時(shí)，預(yù)張拉加強(qiáng)筋在下側(cè)），根據(jù)工程需要確定預(yù)張拉量。

3. 在連續(xù)格柵壁的兩側(cè)對(duì)預(yù)應(yīng)力加強(qiáng)筋通過(guò)錨固裝置8進(jìn)行錨固。

4. 澆筑或倒入樹(shù)脂與纖維的混合復(fù)合材料，等待其凝固成型，將預(yù)應(yīng)力加強(qiáng)筋A(yù)從格柵壁兩端剪斷，使得預(yù)先張拉的預(yù)應(yīng)力施加在格柵壁上。

由于加強(qiáng)筋A(yù)中施加了預(yù)應(yīng)力，因此加強(qiáng)筋A(yù)本身處于受拉狀態(tài)，因此在加強(qiáng)筋A(yù)周圍的格柵壁則處于受壓狀態(tài)。格柵壁為了平衡加強(qiáng)筋A(yù)對(duì)其產(chǎn)生的壓力，因此格柵壁上端，即加強(qiáng)筋B所位置則處于受拉狀態(tài)。因此整個(gè)格柵壁整體呈現(xiàn)出微小的彎曲拱軸線9，如圖7虛線所示。當(dāng)豎向荷載作用在格柵壁上時(shí)，外荷載需首先平衡由彎曲拱軸線所提供的彎矩，因此可顯著提高格柵壁的抗彎強(qiáng)度及抗裂強(qiáng)度。

上述為一個(gè)方向格柵壁加強(qiáng)筋施加預(yù)應(yīng)力的情況。但當(dāng)格柵單元為四邊形時(shí)，根據(jù)圖1所示，其格柵壁有兩個(gè)方向。因此在這兩個(gè)方向上的加強(qiáng)筋分別施加預(yù)應(yīng)力，可形成雙曲拱預(yù)應(yīng)力加強(qiáng)筋。這將大大提高本發(fā)明夾層板的抗彎性能和整體性。

因此，綜上所述，本發(fā)明中的加強(qiáng)柱以及加強(qiáng)筋可顯著提高格柵結(jié)構(gòu)的抗壓和抗彎性能，所闡述的加強(qiáng)型格柵結(jié)構(gòu)具有抗壓強(qiáng)度高、抗彎性能好、美觀等特點(diǎn)，適用于下水蓋板、污水處理、雙層地面、操作平臺(tái)、塔體平臺(tái)或吊頂?shù)阮I(lǐng)域。因此當(dāng)使用環(huán)境及力學(xué)性能要求不變的情況下，可顯著減少產(chǎn)品及材料的用量，從而達(dá)到綠色環(huán)保的目的，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)都會(huì)產(chǎn)生有利的影響。