[发明专利]一种张拉整体结构使用的多层螺栓球节点

说明书

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，特别是涉及一种张拉整体结构使用的多层螺栓球节点。

背景技术

张拉整体结构是一些离散的受压构件包含于一组连续的受拉构件中而形成的稳定自平衡结构，通常是以一些无自重的非连续受压构件与一系列连续的受拉构件通过无摩擦节点连接成为整体来表现的。其中受压构件同时具备抗拉与抗压强度，而受拉构件则只具备抗拉强度。对于张拉整体结构而言，结构的刚度由受压构件和受拉构件之间的平衡预应力提供，在施加预应力之前，结构几乎没有刚度，并且初始预应力的大小对结构的外形和结构的刚度起着决定性作用。

但目前的张拉整体结构张拉工艺复杂，需要多台设备协同工作以满足建筑设计的外形要求，因此不适用于建筑造型复杂的结构，仅在体育场馆等大型公用建筑中采用了较简单的结构形式，因此使用范围受到了影响。

因此，如果能提供一种新型的螺栓球节点，以解决目前张拉整体结构存在的诸多问题，将会大大拓展张拉整体结构的应用领域。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种张拉整体结构使用的多层螺栓球节点。

为了达到上述目的，本发明提供的组张拉整体结构使用的多层螺栓球节点包括内部螺栓球、多个外部螺栓半球、多个连接螺栓和多个滚动轴承；其中内部螺栓球的外圆周面上设有一个圆弧形的凹槽，凹槽内相隔距离设有多个滚动轴承；外部螺栓半球为壳状结构，每个外部螺栓半球上设有一个与内部螺栓球上凹槽位置相对应的拉索孔；内部螺栓球的外部至少包覆一层由两个外部螺栓半球构成的外层；多个连接螺栓贯穿外部螺栓半球的边缘而插入到内部螺栓球上，由此将外部螺栓半球和内部螺栓球连接成整体。

所述的外部螺栓半球的数量为2的整数倍。

当内部螺栓球外部包覆的外层数量大于等于3时，中间设置的多个外部螺栓半球外圆周面上还设置一个安装有滚动轴承的凹槽，最外层的两个外部螺栓半球外圆周面上不设置凹槽，并且相邻外层中的两个外部螺栓半球设置位置相同且拉索孔相对应。

本发明提供的张拉整体结构使用的多层螺栓球节点具有如下优点：1)安装方便。内部螺栓球和外部螺栓半球通过连接螺栓可以快速拼接。2)施工便捷。能在同一个螺栓球节点上实现多根拉索的无干涉连接，因此能够避免同一节点上多根拉索相互间产生干涉问题，从而可实现张拉整体结构的一次成型，并且具有科学合理，施工便捷，易于现场控制的特点。

附图说明

图1为本发明提供的张拉整体结构使用的多层螺栓球节点上内部螺栓球结构示意图。

图2为本发明提供的张拉整体结构使用的多层螺栓球节点上外部螺栓半球剖视图。

图3为本发明提供的张拉整体结构使用的多层螺栓球节点结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的张拉整体结构使用的多层螺栓球节点的进行详细说明。

如图1—图3所示，本发明提供的组张拉整体结构使用的多层螺栓球节点包括内部螺栓球1、多个外部螺栓半球2、多个连接螺栓3和多个滚动轴承5；其中内部螺栓球1的外圆周面上设有一个圆弧形的凹槽4，凹槽4内相隔距离设有多个滚动轴承5；外部螺栓半球2为壳状结构，每个外部螺栓半球2上设有一个与内部螺栓球1上凹槽4位置相对应的拉索孔6；内部螺栓球1的外部至少包覆一层由两个外部螺栓半球2构成的外层；多个连接螺栓3贯穿外部螺栓半球2的边缘而插入到内部螺栓球1上，由此将外部螺栓半球2和内部螺栓球1连接成整体。

所述的外部螺栓半球2的数量为2的整数倍。

当内部螺栓球1外部包覆的外层数量大于等于3时，中间设置的多个外部螺栓半球2外圆周面上还设置一个安装有滚动轴承5的凹槽4，最外层的两个外部螺栓半球2外圆周面上不设置凹槽，并且相邻外层中的两个外部螺栓半球2设置位置相同且拉索孔6相对应。

现将本发明提供的张拉整体结构使用的多层螺栓球节点的安装方法阐述如下：

如果需要在某一多层螺栓球节点上只穿入一次张拉整体结构的某一根拉索，只需要在内部螺栓球1外设置一层外层，在此情况下，首先将拉索中部嵌入在内部螺栓球1上的圆弧形凹槽4内，此时拉索将与滚动轴承5相接触，然后将拉索的两端以从内向外的方式分别从两个外部螺栓半球2上的拉索孔6引出，或将拉索的一端以从外向内的方式从一个外部螺栓半球2上的拉索孔6穿入，然后将拉索中部嵌入在内部螺栓球1上的圆弧形凹槽4内，之后将该端以从内向外的方式从另一个外部螺栓半球2上的拉索孔6引出，之后将该两个外部螺栓半球2包覆在内部螺栓球1的外表面上，在此过程中应使拉索孔6的位置与凹槽4的外端口相对齐。如果需要在某一多层螺栓球节点上两次穿入某一根拉索，需要在内部螺栓球1的外部设置两层外层，这时将拉索的一端以从外向内的方式从位于同一侧的两个外部螺栓半球2上的拉索孔6一次穿入，然后将拉索中部嵌入在内部螺栓球1上的圆弧形凹槽4内，之后将该端以从内向外的方式从位于另一侧的两个外部螺栓半球2上的拉索孔6引出，然后以同样方式连接在其它多层螺栓球节点上，之后将该拉索的一端以从外向内的方式从最外层的上述已穿入拉索的外部螺栓半球2上的拉索孔6穿入，然后将拉索中部嵌入在靠近内部螺栓球1的外部螺栓半球2上的圆弧形凹槽4内，之后将该端以从内向外的方式从从最外层的上述已引出拉索的外部螺栓半球2上的拉索孔6引出，然后将构成第二层外层的两个外部螺栓半球2包覆在构成第一层外层的两个外部螺栓半球2的外表面上，设置多层外层的情况以此类推，直至构成最外层的两个外部螺栓半球2设置完毕。然后将多个连接螺栓3贯穿各层外部螺栓半球2的边缘而插入到内部螺栓球1上，由此将外部螺栓半球2和内部螺栓球1连接成整体。待多层螺栓球节点和拉索连接好之后，再和张拉整体结构的压杆铰接连接，形成松散、无刚度的几何体，可整体运输至施工现场。现场进行拉索张拉，在此过程中拉索将沿凹槽4滑动，由此带动张拉整体结构的压杆产生变形，最终形成几何不可变的结构体。