专利名称：构建弦支穹顶结构的轴承构造式滚动摩擦节点的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及大跨度预应力空间网壳结构，尤其是涉及一种构建弦支穹 顶结构的轴承构造式滚动摩擦节点。
背景技术：
弦支穹顶结构的预应力施工方法有(l)张拉环向索法；(2)张拉经向索(杆) 法；(3)顶升立杆法。由于经向索(杆)和立杆数量多且几何位置相对独立， 故后两种方法施工非常繁琐。而环向索是全部或部分连续贯通，所以方法1最 简捷高效，是目前多数弦支穹顶结构工程预应力施工的首选方法。然而，这种 施工张拉方法也存在十分突出的缺点，张拉过程中环向索与立杆连接节点之间 会产生相对滑动。当主动张拉力到达环向索的预应力施工控制值时，该道索预 应力施工完成，此时经向索(杆)的拉力和立杆的压力也同步被动产生。然而， 按照环向索与立杆连接节点构造的常规做法，无论在施工阶段还是使用阶段， 连续环向索与各节点之间始终保持着滑动摩擦关系，随着环向索预应力的不断 增大，夹角在60。 178。之间的相邻索段所产生的合力将增大，从而使环向索与 节点之间的摩擦力也随之增大，造成的直接后果是环向索经过每个节点均会产 生较大的预应力损失。同时，环向索表面因此而损伤。尽管有些工程在环向索 与节点侧壁之间用垫聚四氟乙烯薄板等材料的方法试图减小二者之间的滑动摩 擦力，但工程实践表明这种方法收效不大。这是因为环向索与立杆连接节点之 间的几何关系以及相互间的滑动摩擦性质，决定了环向索与立杆连接节点之间 的摩擦力必然与环向索的预应力成正比且量值较大，引起的预应力损失必然造 成每个节点相邻环向索段的拉力不均等，并最终导致预应力施工完成后弦支穹 顶结构的环向索、经向索(杆)、立杆、网壳杆件的实际内力大小及其分布与设 计不符，这将对整个弦支穹顶结构的力学性能产生不利影响。 发明内容
本实用新型的目的在于提供一种构建弦支穹顶结构的轴承构造式滚动摩擦 节点，通过改变弦支穹顶结构立杆下端节点的构造，使环向索与立杆下端节点 侧壁之间的滑动摩擦关系变成滚动摩擦关系，减小预应力损失，从而使结构的 环向索、各经向索(杆)、各立杆等的内力大小及其分布与设计相符合。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是
本实用新型所述的节点为轴承构造式滚动摩擦节点，包括立杆，1 2根经向 杆，水平放置的U形钢板和中空凹形圆环；U形钢板的上面开有螺孔，U形钢 板的下面为不通孔，U形钢板的上表面焊接立杆底座，立杆底座上焊接立杆，U
形钢板的弧形表面焊接1 2个耳板，每耳板与各自的经向杆转动连接，中空凹
形圆环安装在u形钢板内，圆柱轴从u形钢板上面经中空凹形圆环直插到u形
钢板下面的不通孔，圆柱轴中部与中空凹形圆环为过盈配合，圆柱轴两端与水
平放置的U形钢板的两端孔为滚动配合，U形钢板的螺孔中旋入短螺杆对圆柱 轴轴向定位，环向索穿入U形钢板并与中空凹形圆环外表面形成滑动配合。
所述的圆柱轴两端与水平放置的U形钢板的两端孔的滚动配合，为整圈带磁 性圆柱形辊轴杆结构的滚动配合。
本实用新型与背景技术相比具有的有益效果是
1、 施工精度高。环向索与立杆连接节点之间摩擦力的减小使预应力损失减 小，从而保证了环向索、经向索(杆)、立杆等的预应力施工精度。
2、 施工工效高。采用环向索张拉的方法施工速度快、工效高，少量几次超
张拉就可以基本消除环向索与节点之间的摩擦力，方法简单、成效明显。
3、 施工成本低。采用的预应力施工方法所用的设备简单而施工精度却很高， 可避免反复调整索力的时间、人力物力等资源，施工成本大幅度降低。
4、 结构使用安全。由于环向索与节点之间只存在很小的滚动摩擦，结构变 形、受力的自我调节功能增强，使结构环向索各索段的拉力在任何荷载工况下 能始终保持相等或接近相等，结构效率的提高增强了结构的安全性。
图l是肋环型弦支穹顶结构构成的三维透视图，圆虚线圈出的交叉点即为一 圈环向索与其中 一根立杆连接的 一个节点。
图2是葵花型弦支穹顶结构构成的三维透视图，圆虚线圈出的交叉点即为一
圈环向索与其中 一根立杆连接的 一个节点。
图3是轴承构造式滚动摩擦节点构造图，图3a、图3b分别为肋环型、葵花型
的平面图，图3c为肋环型、葵花型节点的l-l剖面图。 图4为轴承构造式滚动摩擦节点制作流程示意图。
图5为采用轴承构造式滚动摩擦节点的结构施工流程示意图。
图中1、环向索，2、经向杆，3、立杆，4、 U形钢板，5、圆孔，6、螺
孔，7、立杆底座，8、耳板，9、带磁性圆柱形辊轴杆，10、中空凹形圆环，11、
圆柱轴，12、短螺杆，13、钢板。
具体实施方式
本实用新型的轴承构造式滚动摩擦节点，在环向索与立杆的连接节点制作 时，采取类似轴承的构造措施，使环向索与立杆连接节点之间的滑动摩擦关系 转变成为滚动摩擦关系，从而最大程度地减小环向索与节点之间的摩擦力，使 结构在施工期间和使用期间环向索各索段的拉力相等或接近相等。具体体现为
(1) 结构施工阶段。这种新型节点将使环向索在结构施工期间的预应力损 失明显减小，使结构在施工完成后各环向索段、各经向索(杆)、各立杆的实际 内力与设计内力值相等或最大程度地接近相等，从而达到结构预应力施工高精 度控制的目的。
(2) 结构使用阶段。这种新型节点将使环向索各索段的内力分配更加均匀， 即使结构处在受半跨荷载、动荷载等不利工况下，结构能够瞬时作出变形反应 以保持环向索各索段的拉力均匀，通畅的力流将使环向索能始终保持均匀的受 拉状态，并使经向索(杆)也能始终保持受拉状态，避免拉索(杆)退出工作 的情况发生。从而提高了结构的工作效率和结构的安全性。
本实用新型适用于图1所示的肋环型、图2所示的葵花型等弦支穹顶结构， 弦支穹顶结构由单层网売和通过节点组成的索杆结构连接组合而成。以图2所 示的葵花型弦支穹顶结构为例，所述的全部构件均为钢材。
实施例
如图3b、 3c所示，所述的节点为轴承构造式滚动摩擦节点，包括立杆3， 2 根经向杆2，水平放置的U形钢板4和中空凹形圆环10; U形钢板4的上面开 有螺孔6， U形钢板4的下面为不通孔，U形钢板4的上表面焊接立杆底座7， 立杆底座7上焊接立杆3， U形钢板4的弧形表面焊接2个耳板8，每耳板8与 各自的经向杆2转动连接，中空凹形圆环10安装在U形钢板4内，圆柱轴ll 从U形钢板4上面经中空凹形圆环10直插到U形钢板4下面的不通孔，圆柱 轴11中部与中空凹形圆环IO为过盈配合，圆柱轴11两端与水平放置的U形钢 板4的两端孔为滚动配合，U形钢板4的螺孔6中旋入短螺杆12对圆柱轴11 轴向定位，环向索1穿入U形钢板4并与中空凹形圆环IO外表面形成滑动配合。
所述的圆柱轴11两端与水平放置的U形钢板4的两端孔的滚动配合，为整 圈带磁性圆柱形辊轴杆9结构的滚动配合。
轴承构造式滚动摩擦节点的制作过程如图4a、 4b、 4c、 4d所示。用铸造或 切削工艺加工成一个U形钢板4;在U形钢板4中间钻圆孔5;在U形钢板4 圆孔5上部加工成螺孔6;焊接连接立杆的底座7;焊接连接经向杆的耳板8。
轴承构造式滚动摩擦节点安装与施工方法如图5a、 5b、 5c、 5d、 5e、 5f所 示。在网壳结构安装完毕后，立杆3上端与网壳结构上的节点耳板转动连接， 下端与立杆底座7相焊接，经向杆2与耳板8转动连接；环向索1放入U形钢 板4中，若干个带磁性圆柱形辊轴杆9放入并吸附在水平放置的U形钢板4上 部和下部的圆孔5侧壁上；中空凹形圆环10放入U形钢板4中；圆柱轴ll从 U形钢板4上部的圆孔5经中空凹形圆环10插入到下部圆孔5底部，圆柱轴11 插入中空凹形圆环10孔中形成过盈配合，短螺杆12旋入螺孔6将圆柱轴11轴 向定位；钢板13放入U形钢板4侧面并焊接，依此类推，完成其它节点与环向 索的安装。当一圈环向索与所有相关节点都安装完成后，按照5 10个索段长 度为一个线单元，把一圈连续环向索分成若干个线单元并设置同等数量的张拉 点；首先把这几个张拉点同时分级超张拉到1050% 120%预应力施工控制值， 再放松回到100%预应力施工控制值，如此循环2 3次后即可把环向索与立杆 连接的轴承构造式滚动摩擦节点之间微小的滚动摩擦力再进一步减小，从而使 一圈环向索各索段的内力基本保持相等，同理，依次张拉完成其他各圈环向索 后，整个弦支穹顶结构预应力施工即告完成。
制造中空凹形圆环10时，其孔内径比圆柱轴11外径略小。采用温差装配法， 即利用金属热胀冷縮特性，装配前把圆柱轴ll进行冷冻处理使之收縮，装配 时将圆柱轴11插入中空凹形圆环10内，当恢复到相同温度后圆柱轴11膨胀而 与中空凹形圆环IO紧密握裹结合成一个整体。因为二者为热膨胀系数相同的同 质金属材料，所以无论外界温度如何变化，二者在相同温度下的握裹力保持恒 定不变。中空凹形圆环10与环向索1之间是滑动摩擦关系，而中空凹形圆环10 与圆柱轴11是一个整体，施工张拉环向索1时通过中空凹形圆环10与圆柱轴 11的结合体带动了磁性圆柱形辊轴杆9旋转滚动。磁性圆柱形辊轴杆9与U形 钢板4内壁之间为滚动摩擦关系，这样就把环向索1与滚动摩擦节点之间由原 来的滑动摩擦关系转变成了滚动摩擦关系，从而大幅度减小环向索1经过节点 而产生的预应力损失。
图1、图3a所示肋环型弦支穹顶结构的滚动摩擦节点装配步骤和预应力施 工方法的步骤与葵花型弦支穹顶结构相同。
权利要求1、一种构建弦支穹顶结构的轴承构造式滚动摩擦节点，其特征在于包括立杆(3)，1～2根经向杆(2)，水平放置的U形钢板(4)和中空凹形圆环(10)；U形钢板(4)的上面开有螺孔(6)，U形钢板(4)的下面为不通孔，U形钢板(4)的上表面焊接立杆底座(7)，立杆底座(7)上焊接立杆(3)，U形钢板(4)的弧形表面焊接1～2个耳板(8)，每耳板(8)与各自的经向杆(2)转动连接，中空凹形圆环(10)安装在U形钢板(4)内，圆柱轴(11)从U形钢板(4)上面经中空凹形圆环(10)直插到U形钢板(4)下面的不通孔，圆柱轴(11)中部与中空凹形圆环(10)为过盈配合，圆柱轴(11)两端与水平放置的U形钢板(4)的两端孔为滚动配合，U形钢板(4)的螺孔(6)中旋入短螺杆(12)对圆柱轴(11)轴向定位，环向索(1)穿入U形钢板(4)并与中空凹形圆环(10)外表面形成滑动配合。
2、 根据权利要求1所述的一种构建弦支穹顶结构的轴承构造式滚动摩擦节 点，其特征在于所述的圆柱轴(ll)两端与水平放置的U形钢板(4)的两端孔的 滚动配合，为整圈带磁性圆柱形辊轴杆(9)结构的滚动配合。
专利摘要本实用新型公开了一种构建弦支穹顶结构的轴承构造式滚动摩擦节点。在水平放置的U形钢板的上面开有螺孔，U形钢板的下面为不通孔，U形钢板的上表面焊接立杆底座，立杆底座上焊接立杆，U形钢板的弧形表面焊接1～2个耳板，每耳板与各自的经向杆转动连接，中空凹形圆环安装在U形钢板内，圆柱轴从U形钢板上面经中空凹形圆环直插到U形钢板下面的不通孔，圆柱轴中部与中空凹形圆环为过盈配合，圆柱轴两端与水平放置的U形钢板的两端孔为滚动配合，U形钢板的螺孔中旋入短螺杆对圆柱轴轴向定位，环向索穿入U形钢板并与中空凹形圆环外表面形成滑动配合。本实用新型施工精度高，施工工效高，施工成本低，结构使用安全。
文档编号E04B1/38GK201187108SQ20082008316
公开日2009年1月28日 申请日期2008年2月3日 优先权日2008年2月3日
发明者新 卓, 吴建挺, 周观根, 楼道安, 霄 赵, 宇 齐 申请人:浙江大学;浙江展诚建设集团股份有限公司;浙江东南网架股份有限公司