本發(fā)明涉及建筑技術領域，尤其涉及一種自平衡預應力門式剛架新型結構裝置。

背景技術：

門式剛架鋼結構是單層工業(yè)廠房、民用及倉儲房屋中一種常見的結構形式。近些年來，由于我國經濟建設的快速發(fā)展及生產需要，門式剛架結構以其用鋼量低、重量輕、造價低、適用范圍廣等優(yōu)點而得到廣泛的應用。

門式剛架結構根據使用功能與荷載情況的不同對跨度有不同的需求。對于門式剛架糧庫類結構，其不但承受普通門式剛架所要求的荷載，而且還承受糧食堆積水平荷載，糧食堆積水平荷載對剛架柱的側壓力是設計必須考慮的極其重要的因素，同時糧庫類結構還有大跨度的需求，這樣就必須采用截面尺寸較大的梁柱，門式剛架所具有的用鋼量低、重量輕等優(yōu)勢就無法得到較好體現(xiàn)。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術存在的缺陷，本發(fā)明提供一種自平衡預應力門式剛架新型結構裝置，將預應力索連接于跨度方向的兩剛架柱之間，實現(xiàn)結構內力體系的自平衡，有效改善結構的受力性能，減小梁柱截面尺寸，提高結構安全性和經濟性。

本發(fā)明提供一種自平衡預應力門式剛架新型結構裝置，包括多根剛架梁、分立于所述裝置兩端的兩根剛架柱與基面；其中，所述剛架梁組成λ型梁頂；剛架柱包括垂直設置于基面之上第一剛架柱與第二剛架柱，所述第一剛架柱與所述第二剛架柱承載所述梁頂；所述裝置還包括安裝于第一剛架柱與第二剛架柱之間、并平行于基面的上預應力索及下預應力索；

所述裝置用于散裝糧食的倉儲，還包括設置于結構內部的采集單元，設置于結構外部的控制單元，設置于結構外部、且處于上預應力索兩端及下預應力索兩端的張拉單元；其中，采集單元實時采集所述裝置內的儲糧信息，將該儲糧信息發(fā)送到控制單元；控制單元將該儲糧信息與剛架柱截面面積、結構跨高比結合，計算上預應力索及下預應力索應提供的拉力，進而計算上預應力索及下預應力索的伸縮位移；并根據該伸縮位移信息生成控制指令向張拉單元發(fā)送；張拉單元基于所述控制指令從兩端同時向上預應力索及下預應力索施力，直到上預應力索及下預應力索的伸縮量等于該伸縮位移。

優(yōu)選地，上預應力索與下預應力索平行。

優(yōu)選地，儲糧信息包括儲糧重力信息及儲糧圖像信息。

優(yōu)選地，上預應力索與下預應力索的距離h滿足：

其中，sdr為結構跨高比，γ為設計參數(shù)。

優(yōu)選地，所述上預應力索設置于距剛架柱頂端0.5m到1m處。

優(yōu)選地，所述裝置下端布置有預應力索地溝，所述下預應力索設置于該地溝內。

優(yōu)選地，所述上預應力索與下預應力索的索體均為平行鋼絲束。

優(yōu)選地，所述平行鋼絲束包括鋼絲束本體、套設在鋼絲束本體上的至少一層護套、以及纏繞在鋼絲束本體四周的細鋼絲或纖維增強聚酯帶。

優(yōu)選地，剛架柱與剛架梁均為實腹式工字型。

優(yōu)選地，所述采集單元包括：位于所述基面、采集儲糧重力信息的壓力傳感器，及位于所述裝置四周及頂部、采集儲糧圖像信息的圖像傳感器。

由以上技術方案可知，本發(fā)明根據糧庫類門式剛架的受力特點，將預應力索連接于跨度方向的兩柱之間，實現(xiàn)了結構內力體系的自平衡，有效改善結構的受力性能，減小梁柱截面尺寸，提高結構安全性和經濟性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的自平衡預應力門式剛架新型結構裝置示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例的預應力索智能張拉系統(tǒng)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉出優(yōu)選實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。然而，需要說明的是，說明書中列出的許多細節(jié)僅僅是為了使讀者對本發(fā)明的一個或多個方面有一個透徹的理解，即便沒有這些特定的細節(jié)也可以實現(xiàn)本發(fā)明的這些方面。

本發(fā)明的發(fā)明人考慮到當前儲糧類門式剛架結構由于抵抗儲糧水平推力，造成用鋼量大、建造困難、結構變形大、安全性差等缺點，于是利用預應力索受拉性能好、傳力可靠等優(yōu)點，將預應力索安裝在剛架柱之間，得以實現(xiàn)結構的自身平衡，減小了結構受力和變形，大大提高了結構安全性。

下面結合附圖詳細說明本發(fā)明的技術方案。

圖1示出了本發(fā)明的自平衡預應力門式剛架新型結構裝置示意圖，參見圖1，門式剛架新型結構裝置包括處于結構上方的剛架梁3、支撐結構頂部的剛架柱與處于結構下方的基面(圖中未示出)。

具體而言，剛架梁3組成λ型梁頂。剛架柱一般設置為左右兩根，分別為左側的第一剛架柱1與右側的第二剛架柱2，二者垂直于基面，承載上述梁頂。作為一個優(yōu)選方案，剛架柱與剛架梁3均為實腹式工字型。當然，剛架柱與剛架梁也可根據具體環(huán)境采用其它類型的截面。為了實現(xiàn)結構內力體系的自平衡，抵消糧食堆積水平荷載對剛架柱的側壓力，在第一剛架柱1與第二剛架柱2之間安裝與基面平行的上預應力索4。因為梁柱交接節(jié)點處施工比較復雜，上預應力索4的錨固節(jié)點可放在柱頂往下一定位置，一般距剛架柱頂端0.5m到1m處。

實際應用中，為了進一步改善結構受力性能，減小梁柱截面尺寸，提高結構安全性與經濟性，本發(fā)明在裝置下方的通風地溝內布置下預應力索5，下預應力索5與上預應力索4平行設置。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，上預應力索4與下預應力索5的索體均為平行鋼絲束，而平行鋼絲束包括鋼絲束本體、套設在鋼絲束本體上的至少一層護套以及纏繞在鋼絲束本體四周的細鋼絲或纖維增強聚酯帶。

根據工程力學原理，跨高比較小的結構重心較高，此時不宜將上預應力索與下預應力索設置過近，以免影響受力平衡。反之，跨高比較大時，上預應力索與下預應力索的距離應較小。本發(fā)明可將上預應力索與下預應力索的距離根據如下公式進行設置，以實現(xiàn)較好的結構自平衡效果：

其中，sdr為結構跨高比，γ為設計參數(shù)。

一般地，上述上、下預應力索通過夾片錨具(圖中未示出)夾緊，夾片錨具與錨板(圖中未示出)固定，而錨板通過高強度螺栓緊密連接于剛架柱。

下面對本發(fā)明的自平衡預應力門式剛架新型結構進行力學分析。

當儲糧類門式剛架裝滿規(guī)定的儲糧或者其它儲物時，由于第一剛架柱1和第二剛架柱2都承受儲糧的水平推力，大小基本接近，方向相反。根據力學分析可知，基面水平推力與此類似。本發(fā)明通過上預應力索4和下預應力索5，可以實現(xiàn)儲糧水平外力的自平衡。由于自平衡外力大小基本接近并且方向相反，因而完全抵消了儲糧對結構自身的荷載效應和位移。

當儲糧類門式剛架一側裝滿規(guī)定的儲糧，而另一側沒有儲糧時，傳統(tǒng)的門架是通過剛架梁3傳遞水平荷載。根據力學分析可知，此時水平推力和柱頂位移引起剛架梁3變形過大，并造成梁頂中心節(jié)點受力復雜。本新型結構通過上預應力索4和下預應力索5共同作用，將水平推力由單根剛架柱承受荷載，變成了兩根剛架柱共同承擔水平推力，即減小了50％的結構自身荷載效應和位移效應。

實際應用中，由于門式剛架結構內的糧食倉儲情況處于不時變化之中，而上、下預應力索的拉力一般均保持恒定，這樣就導致結構的受力自平衡狀態(tài)易被打破，影響結構的受力性能，進而威脅結構安全。為了解決上述問題，本發(fā)明提出如下預應力索智能張拉系統(tǒng)。上述預應力索智能張拉系統(tǒng)參見圖2所示。

預應力索智能張拉系統(tǒng)包括采集單元11、控制單元12、張拉單元13及用于將剛架柱與預應力索緊密固定的鎖定器(圖中未示出)。

具體而言，采集單元11布置在結構內部，其包括位于基面的壓力傳感器(圖中未示出)與位于結構四周及頂部的圖像傳感器(圖中未示出)。壓力傳感器可實時采集儲糧重力信息，圖像傳感器可采集各個方位的儲糧圖像信息。采集單元11可將上述儲糧重力信息、儲糧圖像信息以無線方式發(fā)送到控制單元12。上述無線通信可采用現(xiàn)有的gprs、ble、bluetooth等方式，本發(fā)明對其不作詳細介紹，以下記載的無線通信均與此類似。

控制單元12設置在結構外部，其接收儲糧重力信息、儲糧圖像信息，根據不同方位的儲糧圖像信息生成儲糧在結構內的三維分布模型，進而得到儲糧與剛架柱的接觸面積及儲糧分布形態(tài)。上述三維分布模型可通過三維虛擬制造軟件如vericut生成。之后，控制單元12根據儲糧重力g、儲糧與剛架柱的接觸面積s1、儲糧分布形態(tài)參數(shù)k、剛架柱截面積s2、結構跨高比sdr(spandepthratio)，通過以下公式計算所需的預應力索拉力f，并根據預設算法進一步計算得到預應力索的伸縮位移，并將該伸縮位移信息生成控制指令向張拉單元13無線發(fā)送。

其中，a1、a2、a3為系統(tǒng)參數(shù)，a2>1，a3<1，k為儲糧分布形態(tài)參數(shù)，設置為0-100之間的正整數(shù)，用于表示結構內儲糧的分布均勻情況，一般地，儲糧頂面較為平緩時，k值較小，儲糧頂面起伏劇烈時，k值較大。

舉例而言，若結構跨高比sdr為12，剛架柱截面積s2為0.2m²，采集的儲糧重力g為100t，計算得到的接觸面積s1為8m²，儲糧分布形態(tài)參數(shù)k為22，a1、a2、a3分別取10、3、0.25，則計算的預應力索拉力f為582.2n，可以此計算預應力索的對應長度，并與現(xiàn)長度作差，得到伸縮位移。

實際應用中，控制單元12可以是plc結合上位機，也可以是其它具有類似功能的控制系統(tǒng)。

將控制指令發(fā)送之后，控制單元12即刻向鎖定器發(fā)送開啟指令，使鎖定器開啟。

張拉單元13分布在上預應力索4左右兩端、以及下預應力索5左右兩端。張拉預應力索時，其從兩端同時施力以提升張拉效果，保證工程質量。一般地，本發(fā)明中的上、下預應力索的拉力及伸縮位移相同。張拉單元13包括驅動器(圖中未示出)、電機(圖中未示出)、油泵(圖中未示出)、千斤頂(圖中未示出)及伸縮量傳感器(圖中未示出)，以上五者中每一的數(shù)量均至少為4，驅動器、電機、油泵、千斤頂及伸縮量傳感器組成的張拉單元以相同的方式布置于上預應力索4左右兩端、下預應力索5左右兩端，其中千斤頂緊固夾持預應力索。接收到控制指令后，驅動器啟動電機、打開油泵，使液壓油輸入千斤頂進油口，千斤頂?shù)幕钊斐?，向預應力索左右兩端同時施力，伸縮量傳感器實時采集預應力索的伸縮量向驅動器發(fā)送。當伸縮量等于控制指令攜帶的伸縮位移時，驅動器向控制單元12發(fā)送調整完成通知，控制單元12即時向鎖定器發(fā)送鎖定指令，使鎖定器關閉，從而使上、下預應力索與剛架柱牢牢緊固，結束調整。較佳地，所述驅動器采用mcu為核心搭建而成。

經過上述設置，本發(fā)明實現(xiàn)了預應力索的智能張拉，在無人監(jiān)管的環(huán)境下使預應力索的拉力始終處于最佳值，從而使門式剛架結構裝置時刻處于受力平衡狀態(tài)，大大提高了結構的安全性與使用壽命。

本發(fā)明提供的自平衡預應力門式剛架新型結構裝置可實現(xiàn)如下技術效果：

1.改變結構的受力狀態(tài)，滿足設計人員所要求的結構剛度、內力分布和位移控制。

2.可構成新的結構體系和結構形態(tài)，如索穹頂結構。

3.可作為預制構件裝配的手段，從而形成一種新型結構，如弓式預應力鋼結構。

4.實現(xiàn)結構內力體系自平衡，有效改善結構的受力性能，減小梁柱截面尺寸，提高結構安全性和經濟性，具有極為廣闊的應用前景。

本領域普通技術人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬件來完成，該程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質中，如：rom/ram、磁碟、光盤等。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。