[发明专利]一种吊装自成型GFRP网壳结构及其施工方法

说明书

本发明公开一种吊装自成型GFRP网壳结构及其施工方法，网壳结构包括GFRP柔性长杆、杆间连接节点和锚固支座，GFRP柔性长杆包括第一层GFRP杆件、第二层GFRP杆件和第三层GFRP杆件，均采用拉挤成型的GFRP空心圆管；杆间连接节点包括层间连接节点、杆件延长节点和杆端节点，层间连接节点用于杆件交汇处不同层杆件间的连接，杆件延长节点用于同层杆件加长，杆端节点用于杆端与锚固支座间的连接；锚固支座用于将杆端固定于下部结构或基础，以形成稳定的网壳结构；所述网壳结构采用整体吊装施工方法，网壳曲面成形依赖于GFRP杆件在吊装过程中的自变形。本发明提供土木工程领域中的一种复合材料网壳结构，其性能可靠、制作简单、施工快速、造价低廉，可应用于实际工程中。

技术领域

本发明涉及复合材料结构和空间网壳结构，具体地说，特别涉及一种由GFRP柔性长杆组成的弹性网壳结构及其施工方法。

背景技术

近20年复合材料在土木工程领域有大量应用，主要用于钢筋混凝土的替筋和人行桥及桥面板。但上述领域仅仅把复合材料当作传统建材如钢筋、钢板的替代品。尽管复合材料具有出色的强重比、刚重比和耐久性，但是其自身的低弹性模量(如玻璃纤维增强复合材料——GFRP材料)在一定程度上限制了它在结构工程中广泛应用。作为结构构件的主要材料时，为了满足结构刚度的要求而常需要较大的构件截面，直接导致结构成本高昂，材料的其他优点则无法体现出来。

通常，网壳结构是很多短杆通过一定的网格形式由节点连接的空间结构，常用于体育馆、影剧院、展览厅、候车厅、看台雨篷、飞机库、双向大柱距车间等建筑的屋盖。虽然目前钢结构网壳应用较为广泛，但仍存在一定的局限性，例如：自重较大；构件数量大，且结构形式复杂时构件种类繁多；构件加工精度要求高，节点构造复杂。这通常导致构件加工难度大、成本高，对焊接工艺和技术要求很高，现场施工安装难度也大。

因此，如果可以找到一种特殊的方式，将复合材料(如GFRP材料)应用于空间网壳结构，在充分发挥出复合材料性能优点的同时克服和避免传统网壳结构的缺点，将实现网壳结构在性能、建造及成本等方面的优化与提升。

发明内容

为了克服传统钢结构网壳施工复杂的缺点，充分发挥复合材料的物理及力学性能优势，本发明提供一种吊装自成型GFRP网壳结构及其施工方法，通过施工过程的吊装自成型，利用低弹模产生弯曲变形形成所需的曲面造型，利用高强度提供承受各种荷载的能力，形成稳定可靠的结构。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供一种吊装自成型GFRP网壳结构，所述网壳结构包括：GFRP柔性长杆，用于杆件连接的杆间连接节点，以及锚固支座；

所述GFRP柔性长杆由第一层GFRP杆件、第二层GFRP杆件、第三层GFRP杆件组成；

所述杆间连接节点包括杆端节点和层间连接节点；

第一层GFRP杆件、第二层GFRP杆件、第三层GFRP杆件均采用拉挤成型的GFRP空心圆管；第一层GFRP杆件、第二层GFRP杆件、第三层GFRP杆件的杆端分别通过杆端节点与锚固支座连接；第一层GFRP杆件放置在第二层GFRP杆件的下方，且第一层GFRP杆件与第二层GFRP杆件的交汇处通过层间连接节点连接；第三层GFRP杆件放置在第二层GFRP杆件的上方，且第三层GFRP杆件与第二层GFRP杆件的交汇处通过层间连接节点连接；

所述锚固支座用于将第一层GFRP杆件、第二层GFRP杆件、第三层GFRP杆件中需要支座约束的杆件杆端固定于下部结构或基础，以形成稳定的网壳结构。

优选地，所述杆间连接节点进一步包括杆件延长节点，若标准杆件长度不足设计要求时，所述第一层GFRP杆件、所述第二层GFRP杆件、所述第三层GFRP杆件分别通过所述杆件延长节点加长，标准杆件长度足够时无需加长；