[发明专利]一种张弦木拱结构

说明书

技术领域

本发明提供了一种张弦木拱结构及其制造方法，属于木结构技术领域。

背景技术

胶合木是以原木为主要原材料，采用高性能的环保型胶粘剂，利用现代木材加工技术制成的复合木材。由于具有节能环保、结构性能优良、尺寸形状不受原木径级限制等优点，早在上世纪四、五十年代，胶合木结构的发展已经遍及欧美、日本等国，已经大量用于大跨、空间与桥梁结构。传统胶合木拱的弯曲破坏形式大都是由受拉边缺陷引起的受力破坏，木材强度尤其是受压强度不能得到充分利用。而大跨度木结构中木拱通常因满足变形要求需要较大的梁截面,造成材料强度不能充分利用而浪费木材。

张弦结构最初被提出为是一种“用受压撑杆连接上弦压弯构件和下弦受拉构件而形成的自平衡体系”。上弦压弯构件一般采用拱形结构，下弦受拉构件采用高强度拉索，这种组合充分发挥了拱型结构的受力性能和充分利用了索的抗拉强度，从而改进了整个结构体系的受力性能,张弦结构的整体刚度主要受来自抗弯构件截面和与拉索构成的几何形体两个方面影响。

目前，张弦结构主要应用于钢结构领域。采用钢撑杆连接上弦钢梁和下弦拉索形成的张弦结构，已成功应用在各类大跨空间钢结构工程中，取得了良好的建筑效果和经济效益。而对于张弦木拱目前仅停留在研究阶段，少有工程应用，工程应用停留在对直梁，并没有出现木拱，与张弦结构的形式相差较大。同时木拱端部与拉索的连接构造和撑杆与木拱的连接构造如何满足张弦结构的要求鲜有涉及。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，而提供一种张弦木拱结构及制作方法，能在不加大木拱截面高度的前提下有效提高木拱整体刚度，节省木材，运输、施工简捷方便，且可以大幅有效提高木拱承载力。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种张弦木拱结构，其特征在于：包括一根胶合木拱，一根预应力拉索，多根撑杆；在所述胶合木拱的两端设置有第一连接件，在所述胶合木拱的下端沿长度方向设置有与所述撑杆个数相同的第二连接件；所述的第一连接件为两块通过螺栓紧固的钢填板，所述的第二连接件为一带有两个支耳的连接板，在所述的支耳上设置有销孔；在所述撑杆的上端设置有第三连接件，在所述撑杆的下端设置有第四连接件，所述的第三连接件包括一封头板，在该封头板上也设置有两个支耳，所述的第四连接件也包括一封头板，在该封头板上通过螺栓连接有一压板；所述的拉索两端通过所述的钢填板与所述的胶合木拱两端连接；所述撑杆的上端通过一插接在封头板上支耳和连接板上支耳的螺栓与胶合木拱的下端连接；所述拉索紧固在撑杆下端的封头板与压板之间。

本发明撑杆上端与木拱连接处设有连接件，每根撑杆下端与拉索连接处也设有连接件。撑杆上端与木拱的连接件改进于机械设计中的向心关节轴承，此种连接方式能承受轴向荷载和较小的平面外荷载，而且撑杆在模型平面内能保证自由转动，所以此节点可看作为理想的面内铰接节点。撑杆与拉索的连接件是采用两块钢夹板将拉索固定、夹紧，夹板上端与撑杆焊接，并在两块钢板中间开个槽道，并在拉索出口处设置弧形面，防止拉索弯折受力后剪断。

具体安装步骤为：

1）在木拱两端开设槽道留待安装钢填板，槽道按钢填板形状放样，在钢填板和木拱端部对应位置钻螺栓孔，钻孔后清除孔道木屑；

2）将各撑杆与木拱连接件的连接板紧贴木拱设计撑杆位置处表面，在连接板周边钻孔后清除孔道木屑，采用螺栓连接安装连接件；

3）将撑杆上端采用围焊的方式焊接于撑杆与木拱连接件底部封头板，同样撑杆下端采用围焊的方式和撑杆与索的连接件焊接，围焊时应尽量中心对齐；

4）在木拱两端部通过螺栓连接方式安装钢填板，拉索通过索夹与钢填板相连，螺栓孔位置焊接钢板加固。

5）将拉索依次从木拱一端钢填板依次通过各撑杆与索的连接件最后连接在木拱另一端钢填板上。

6）拉索开始一端为张拉端，另一端为固定端。张拉时通过拧紧/放松螺母以调整拉索预应力，达到张拉控制力张拉完成。

与现有技术相比，本发明具有的优点是：提供一种张弦木拱制作方法，能在不加大木拱截面高度的前提下有效提高木拱整体刚度，节省木材，运输、施工简捷方便，且可以大幅有效提高木拱承载力。

附图说明

图1是张弦木拱的示意图。

图2是撑杆上端与木拱的连接件的示意图。

图3是图2中封头板的结构示意图。

图4是撑杆下端与拉索的连接件的示意图。

图5是拉索与木拱连接处钢填板构造示意图。