一種預(yù)應(yīng)力空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種張拉結(jié)構(gòu)，特別是一種預(yù)應(yīng)力空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 張拉結(jié)構(gòu)是一組不連續(xù)的受壓構(gòu)件與一套連續(xù)的受拉單元組成的自支承、自應(yīng)力 的空間網(wǎng)格體系，由Snelson和化liar在上世紀(jì)60年代提出。張拉整體結(jié)構(gòu)固有的符合 自然規(guī)律的特點(diǎn)，最大限度地利用了材料和截面的特性，具有外形美觀且非連續(xù)，質(zhì)量輕盈 且材料效率高的優(yōu)點(diǎn)。在結(jié)構(gòu)上，張拉在運(yùn)動(dòng)學(xué)上的不確定性導(dǎo)致了它是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡體 系，具有整體結(jié)構(gòu)自身內(nèi)力平衡，剛度隨預(yù)應(yīng)力變化，自由度較大等特征。
[0003] 現(xiàn)有的張拉結(jié)構(gòu)主要是桿索結(jié)構(gòu)。對傳統(tǒng)張拉結(jié)構(gòu)的研究主要關(guān)注結(jié)構(gòu)的單元布 局、力學(xué)特性與預(yù)應(yīng)力的分析，包括幾何學(xué)、拓?fù)浜蛨D形分析、力學(xué)分析及試驗(yàn)研究，代表性 的例子包括Snelson的T棱柱模型、四面體模型和寶石模型。
[0004] 由于張拉結(jié)構(gòu)屬于動(dòng)不定結(jié)構(gòu)，受力分析與計(jì)算較復(fù)雜，早期的張拉結(jié)構(gòu)工程運(yùn) 用一直較少。上世紀(jì)80年代開始，科學(xué)家開始探索包含張拉原理的大跨度空間結(jié)構(gòu)，比較 成功的利用張拉原理形成的大跨度結(jié)構(gòu)有索彎頂和張弦梁。美國工程師Geiger提出了支 承于周邊受壓環(huán)梁上的一種索桿預(yù)應(yīng)力張拉整體彎頂體系，即索彎頂，成為單純包含桿索 的張拉結(jié)構(gòu)在大跨結(jié)構(gòu)中最成功的運(yùn)用。但是它依賴外部預(yù)應(yīng)力，無法實(shí)現(xiàn)自平衡，并且結(jié) 構(gòu)復(fù)雜。日本大學(xué)的齊藤（Saitoh)教授提出了用撐桿連接抗彎構(gòu)件而形成的自平衡體系， 即張弦梁體系。該種體系利用了梁的抗彎性能施加預(yù)應(yīng)力，本質(zhì)上不是一種傳統(tǒng)的張拉結(jié) 構(gòu)，而是作為類似梁的構(gòu)件來使用，因此在兩端也需要支撐。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種構(gòu)件簡單，控制方便，結(jié) 構(gòu)穩(wěn)定且可W自身平衡，預(yù)應(yīng)力控制簡單的預(yù)應(yīng)力空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案；一種預(yù)應(yīng)力空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，包括至 少兩個(gè)正方體連接構(gòu)件、受壓桿和預(yù)應(yīng)力繩索，其特征在于所述的正方體連接構(gòu)件的頂點(diǎn) 處設(shè)有定位孔，所述的正方體連接構(gòu)件的任意一面為連接面，所述連接面的兩個(gè)對角線上 設(shè)有構(gòu)件內(nèi)預(yù)應(yīng)力繩索，所述的兩條對角線相較于0點(diǎn)，另一個(gè)正方體連接構(gòu)件連接面的 兩條對角線相交于〇'點(diǎn)，所述的0點(diǎn)與〇'點(diǎn)之間設(shè)有與兩個(gè)連接面相互垂直的受壓桿，所 述的受壓桿兩端與構(gòu)件內(nèi)預(yù)應(yīng)力繩索較接，所述的正方體連接構(gòu)件連接面的四個(gè)頂點(diǎn)與另 一個(gè)正方體連接構(gòu)件連接面的相應(yīng)的四個(gè)頂點(diǎn)之間設(shè)有構(gòu)件間預(yù)應(yīng)力繩索，所述的構(gòu)件間 預(yù)應(yīng)力繩索用于施加預(yù)應(yīng)力，所述的構(gòu)件間預(yù)應(yīng)力繩索與兩個(gè)連接面相互垂直，所述的構(gòu) 件內(nèi)預(yù)應(yīng)力繩索與構(gòu)件間預(yù)應(yīng)力繩索通過定位孔固定。
[0007] 所述的正方體連接構(gòu)件的邊長為2a，所述的受壓桿的長度為10a-16a之間，所述 的受壓桿的長度與直徑的比小于1/15。
[0008] 所述的構(gòu)件內(nèi)預(yù)應(yīng)力繩索的長度為奇，所述的構(gòu)件間預(yù)應(yīng)力繩索的長度與受 壓桿相等。
[0009] 所述的構(gòu)件間預(yù)應(yīng)力繩索截面面積為Ai，則構(gòu)件間預(yù)應(yīng)力繩索剛度為EAi，受壓桿 截面面積為A，則受壓桿剛度為EA，所述的構(gòu)件間預(yù)應(yīng)力繩索總長度為10a，收緊的距離為 b，則構(gòu)件間預(yù)應(yīng)力繩索預(yù)應(yīng)力為受壓桿軸力為構(gòu)件間預(yù)應(yīng)力繩索軸力的四倍即 受壓桿變形為0點(diǎn)和〇'點(diǎn)的軸向位移為構(gòu)件內(nèi)預(yù)應(yīng)力繩索變 形為 此時(shí)構(gòu)件內(nèi)預(yù)應(yīng)力繩索內(nèi)力為
[0010] 采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明具有W下有益效果；本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡潔、受力合理和質(zhì) 量較輕，滿足大跨度建筑的要求，擴(kuò)大了張拉結(jié)構(gòu)在大跨度空間結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的運(yùn)用；預(yù)應(yīng)力控 制方便，可W完全通過調(diào)節(jié)兩個(gè)構(gòu)件間的四根預(yù)應(yīng)力繩索來完成，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且不易失穩(wěn)。結(jié) 構(gòu)的跨度延伸可W通過增加構(gòu)件和壓桿，繩索的數(shù)目來完成。構(gòu)件制作方便，壓桿受力簡 單，預(yù)應(yīng)力繩索技術(shù)成熟。可W作為大跨度空間結(jié)構(gòu)來使用。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明的正方體連接構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012] 圖2為本發(fā)明的相鄰兩個(gè)正方體連接構(gòu)件的連接示意圖。
[0013] 圖3為本發(fā)明一種預(yù)應(yīng)力空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0014] 圖4為本發(fā)明預(yù)應(yīng)力繩索的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖5為本發(fā)明連接接頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面根據(jù)具體實(shí)施例和說明書附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋。
[0017] 如圖1所示，一種預(yù)應(yīng)力空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，包括至少兩個(gè)正方體連接構(gòu)件、受壓桿和 預(yù)應(yīng)力繩索，其特征在于所述的正方體連接構(gòu)件的頂點(diǎn)處設(shè)有定位孔，所述的正方體連接 構(gòu)件的任意一面為連接面，所述連接面的兩個(gè)對角線上設(shè)有構(gòu)件內(nèi)預(yù)應(yīng)力繩索，所述的正 方體連接構(gòu)件的邊長為2a，正方體八個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)為A (a, -a, a)，B (a, a, a)，C (-a, a, a)，D ( -a, -a, a), E (a, -a, -a), F (a, a, -a), G (-a, a, -a)和 H (-a, -a, -a)，所述的兩條對角線相較于 0點(diǎn)，當(dāng)面AB陽與桿相連時(shí)，先用預(yù)應(yīng)力繩索連接AF，BE, AF與邸相交與0點(diǎn)并組成一個(gè) 體系。0點(diǎn)用于與受壓桿相連。另一個(gè)正方體連接構(gòu)件連接面的兩條對角線相交于〇'點(diǎn)， 所述的0點(diǎn)與〇'點(diǎn)之間設(shè)有與兩個(gè)連接面相互垂直的受壓桿，所述的受壓桿兩端與構(gòu)件內(nèi) 預(yù)應(yīng)力繩索較接，所述的正方體連接構(gòu)件連接面的四個(gè)頂點(diǎn)與另一個(gè)正方體連接構(gòu)件連接 面的相應(yīng)的四個(gè)頂點(diǎn)之間設(shè)有構(gòu)件間預(yù)應(yīng)力繩索，所述的構(gòu)件間預(yù)應(yīng)力繩索用于施加預(yù)應(yīng) 力，所述的構(gòu)件間預(yù)應(yīng)力繩索與兩個(gè)連接面相互垂直，所述的構(gòu)件內(nèi)預(yù)應(yīng)力繩索與構(gòu)件間 預(yù)應(yīng)力繩索通過定位孔固定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種預(yù)應(yīng)力空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，包括至少兩個(gè)正方體連接構(gòu)件、受壓桿和預(yù)應(yīng)力繩索，其 特征在于所述的正方體連接構(gòu)件的頂點(diǎn)處設(shè)有定位孔，所述的正方體連接構(gòu)件的任意一面 為連接面，所述連接面的兩個(gè)對角線上設(shè)有構(gòu)件內(nèi)預(yù)應(yīng)力繩索，所述的兩條對角線相交于O 點(diǎn)，另一個(gè)正方體連接構(gòu)件連接面的兩條對角線相交于0'點(diǎn)，所述的O點(diǎn)與0'點(diǎn)之間設(shè)有 與兩個(gè)連接面相互垂直的受壓桿，所述的受壓桿兩端與構(gòu)件內(nèi)預(yù)應(yīng)力繩索鉸接，所述的正 方體連接構(gòu)件連接面的四個(gè)頂點(diǎn)與另一個(gè)正方體連接構(gòu)件連接面的相應(yīng)的四個(gè)頂點(diǎn)之間 設(shè)有構(gòu)件間預(yù)應(yīng)力繩索，所述的構(gòu)件間預(yù)應(yīng)力繩索用于施加預(yù)應(yīng)力，所述的構(gòu)件間預(yù)應(yīng)力 繩索與兩個(gè)連接面相互垂直，所述的構(gòu)件內(nèi)預(yù)應(yīng)力繩索與構(gòu)件間預(yù)應(yīng)力繩索通過定位孔固 定。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)應(yīng)力空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的正方體連接構(gòu) 件的邊長為2a，所述的受壓桿的長度為10a_16a之間，所述的受壓桿的長度與直徑的比小 于 1/15〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)應(yīng)力空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的構(gòu)件內(nèi)預(yù)應(yīng)力 繩索的長度為2 A，所述的構(gòu)件間預(yù)應(yīng)力繩索的長度與受壓桿相等。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種預(yù)應(yīng)力空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，包括正方體連接構(gòu)件，受壓桿和預(yù)應(yīng)力繩索。上述正方體形狀構(gòu)件采取正方體剛架的形式，八個(gè)頂點(diǎn)處設(shè)有定位孔與預(yù)應(yīng)力鋼索連接。相鄰兩個(gè)構(gòu)件連接時(shí)，通過構(gòu)件內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼索確定連接面的形心，使用受壓桿連接兩個(gè)連接面的形心。最后通過與壓桿平行的四根構(gòu)件間預(yù)應(yīng)力繩索施加預(yù)應(yīng)力。通過上述過程重復(fù)延伸，可以形成平面或空間上的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型除了正方形結(jié)點(diǎn)部分，受壓桿、預(yù)應(yīng)力繩索都屬于鉸接體系，壓桿單純受壓便于計(jì)算，預(yù)應(yīng)力施加方便，容易形成大跨度，且穩(wěn)定性較強(qiáng)。結(jié)構(gòu)采用結(jié)點(diǎn)和受壓桿、預(yù)應(yīng)力繩索拼裝的形式，便于控制尺寸。
【IPC分類】E04B1-342
【公開號】CN204282532
【申請?zhí)枴緾N201420733689
【發(fā)明人】周一一, 潘暑賢, 沈煒
【申請人】江蘇筑森建筑設(shè)計(jì)有限公司
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年11月27日