[发明专利]一种双层折线形大跨度张拉结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种杆索张拉结构，具体的说是一种双层折线形大跨度张拉结构。

背景技术

张拉结构是由不连续的受压构件和连续的受拉绳索组成的特殊结构体系。其概念最早由Snelson和Fuller在上世纪六十年代提出的。Snelson在1965年将传统张拉结构申请了美国专利。广义的张拉涵盖非常广泛，Fuller认为宇宙的运行是按照张拉整体的原理进行的，即万有引力是一个平衡的张力网、而各个星球是这个网中的一个个孤立点。张拉结构被认为是一组不连续的受压构件与一套连续的受拉单元组成的自支承、自应力的空间网格体系。由于张拉整体结构固有的符合自然规律的特点，最大限度地利用了材料和截面的特性，张拉结构具有外形美观且非连续，质量轻盈且材料效率高的优点。在结构上，张拉在运动学上的不确定性导致了它是一个动态平衡体系，具有整体结构自身内力平衡，刚度随预应力变化，自由度较大等特征。

现有的张拉结构主要是杆索结构。对传统张拉结构的研究主要关注结构的单元布局、力学特性与预应力的分析，包括几何学、拓扑和图形分析、力学分析及试验研究，代表性的例子包括Snelson的T棱柱模型、四面体模型和宝石模型。杆索张拉结构，由于其结构的不确定性，艺术性大于结构性，工程运用一直较少。杆索张拉结构在大跨度结构中唯一成功的例子是索穹顶。上世纪80年代末，美国工程师Geiger提出了支承于周边受压环梁上的一种索杆预应力张拉整体穹顶体系，即索穹顶，成为单纯包含杆索的张拉结构在大跨结构中最成功的运用。迄今为止，包括索穹顶在内的大跨度张拉结构，都依赖外部预应力，无法实现自平衡，并且结构复杂，构件相互依赖性强，布置困难，无法快速安装与拆卸。

发明内容

本发明的目的在于提供一种构件简单，控制方便，结构稳定且可以自身平衡，预应力控制简单，安装、运输和拆卸都比较方便的全新的大跨度杆索张拉结构。

技术方案：为解决以上技术问题，本发明采用了如下技术方案：一种双层折线形大跨度张拉结构，其特征在于：所述张拉结构包括折线形受压构件和受拉绳索；

所述的折线形受压构件由若干根直杆首尾相连而成；

所述的受拉绳索包括水平方向的固定绳索和竖直方向的预应力绳索；

所述的首尾相连的折线形受压构件在在同一空间平面内，等距交错排布，折线形受压构件的每个孔与水平方向上相邻的孔用固定绳索相连，每个孔与竖直方向上相邻的孔用预应力绳索相连，通过调整预应力绳索的长度来控制张拉机构的预应力。

所述固定绳索所处的同一面为水平面；折线形受压构件与预应力绳索所处的同一面为垂直于水平面的垂直面。

所述固定绳索处于两个相互平行的水平面内；折线形受压构件与预应力绳索处于两个同时垂直于水平面的相互垂直的面内。

相邻的两根直杆折成的角度都是相同的，每根直杆与相邻的直杆的连接点分别在上下平行的两条直线上。

所述的直杆的长度均相同；

所述的直杆的两端的顶点处设有定位孔，直杆的中间截面为圆形，两端截面为矩形且中间开孔；

所述的直杆与直杆之间通过空心螺丝连接。

所述的折线形受压构件的角度可以通过固定绳索和预应力绳索的长度来控制，若设水平方向上的固定绳索长度为a，竖直方向上的预应力绳索长度为b，折线形构件中每根杆的长度为c，折线形受压构件的折线夹角为α，则满足关系：a²+b²=c²，α=2×arctgba.]]>

所述的所有的固定绳索的长度都相同，所述的所有的预应力绳索的长度也都相同。

绳索上的预应力x2=f(x1,a,b)，其中a,b为常数；

设所有竖直方向的预应力绳索的预应力为x1，所有水平方向的固定绳索的预应力为x2，初始状态时预应力x1,x2均为0。