[发明专利]双撑杆内凹式索拱结构

说明书

技术领域

 本发明涉及一种索拱结构，特别是一种双撑杆内凹式索拱结构。

背景技术

目前土木工程领域大跨度钢结构的应用越来越多。但随着跨度增加自重急剧加大，结构面临使用功能、设计合理性及经济指标相互制约的矛盾。为了满足结构的使用功能同时减少结构自重改善结构的刚度，配有拉索的预应力张弦梁越来越多的应用于大跨度钢结构中。通过预应力拉索与撑杆的布置，大跨度钢结构的承载力与刚度都有了很大的改善。

现有的索拱结构如图1所示，现有的张弦梁，包括位于同一平面内的上弦梁1（或拱或桁架）、撑杆3和下弦拉索2，所述上弦梁1的两端分别和下弦拉索2的两端固定连接；所述撑杆3竖直布置，其上端与上弦梁1铰接，下端通过索夹具4与下弦拉索2固定连接；张拉后的下弦拉索2形成轴对称形式的折线，上弦梁1、撑杆3和下弦拉索2形成自平衡体系，下弦拉索2受拉，撑杆3为受压二力杆，上弦梁1为压弯构件。

上述结构中，下弦拉索2的预应力使结构产生反挠度，故结构在荷载作用下的最终挠度会减小，并且通过下弦拉索2的张拉力，使撑杆3产生向上的分力，导致上弦梁1产生与外荷载作用下相反的内力和变形，以形成整个张弦梁结构并提高结构刚度，撑杆3对抗弯受压构件提供弹性支撑，改善后者的受力性能；若压弯构件取为拱时，由下弦拉索2承受拱的水平推力，减轻拱对支座产生的负担，故在支座处宜采取必要的暂时的或永久的构造措施，在顶应力及外荷载作用下（指自重等屋面荷载作用下）形成自平衡体系，不产生水平推力；同时，下弦拉索2的存在可以大大的减小上弦梁1的截面，提高整个结构的承载能力。这时，如果下弦拉索2在使用中出现破坏断裂，则不能为拱支座提供水平拉力，支座可能会向两边移动，而且在下弦拉索2失效之后，其断裂点附近的撑杆3的作用失效，仅靠上弦梁1承受外荷载则可能会因承载力不足而发生断裂，随之整个张弦梁也会失效。

如图2所示，取任意一偏离其所在折线角的角平分线的撑杆3与拉索2的连接点作为静力平衡研究对象，连接点受左右端拉索2的拉力P1和P2和撑杆3对连接点的支撑力P3的作用，依据平行四边形法则，构成平衡力系，由于角α和角β不相等，因此根据几何知识可以知道P1不等于P2，因此在撑杆3与拉索2的连接点处索夹具4对拉索2的摩擦力F=P1-P2≠0。显而易见，拉索2若在索夹具4处保持平衡，索夹具4对拉索2的摩擦力F是必须的；反过来说，若索夹具4不能对拉索2提供足够的摩擦力，拉索2就不能与之保持相对静止，或者说撑杆3就不能保持平衡，就会向拉索2拉力小的方向滑动，导致拉索2松弛，直至索夹具4两侧的拉索2的拉力差值与索夹具4提供给拉索2的摩擦力相等为止。

由于一般情况下，拉索2表面存在一层或多层PE防护层，该防护层相对于钢材是化学不稳定的，因此即便施工时索夹具4和拉索2间的摩擦力足够大，也只能够在一定时间内使撑杆3保持竖直，甚至即使当时做了摩擦力试验，达到要求，由于PE的化学不稳定性，会很快发生化学变化（如化学分解、老化），从而发生拉索在撑杆3与拉索2的连接点处滑移而导致拉索2变松弛，进而产生结构安全隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种设计合理，在使用中能够避免出现整个弦梁直接失效或出现拉索松弛现象的双撑杆内凹式索拱结构。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的，一种双撑杆内凹式索拱结构，包括上弦梁、设在上弦梁下方的下弦拉索以及设在上弦梁和下弦拉索之间的若干根撑杆，其特点是：所述的下弦拉索由若干组短拉索组成，短拉索与上弦梁处于同一平面内，每组短拉索包括两根斜拉索，两根斜拉索的下端连接在一起、呈V型设置，两根斜拉索的上端与上弦梁铰接；在两根斜拉索下端的连接点向上与上弦梁之间设有两根撑杆，两根撑杆对称设置在两根呈V型设置的斜拉索的角平分线两侧，所述撑杆的上端与上弦梁铰接，撑杆的下端通过索夹具与两根斜拉索下端的连接点相接；所述的在前的一组短拉索的后一根斜拉索与在后的一组短拉索的前一根斜拉索交叉设置。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述的双撑杆内凹式索拱结构，其特点是：所述的两根斜拉索设置为一体，索夹具设在V型折点处。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述的双撑杆内凹式索拱结构，其特点是：所述的索夹具包括上下两块夹板，上下两块夹板之间设有固定螺栓，在上夹板的中部设有与撑杆配合的连接耳。