一种加强型多边形格栅结构的制作方法

本发明涉及一种格栅结构，特别适用于对格栅结构力学性能要求较高的领域。

背景技术：

格栅结构作为一种常用结构，广泛应用于下水盖板、污水处理、双层地面、操作平台、塔体平台或吊顶等领域。但现有的格栅结构中，格栅单元多为多边形，各个格栅壁之间直接相连，这样会导致以下四个缺点：1）由于现有格栅结构难以保证压、弯等力学性能要求。格栅单元需相对很密以保证强度要求，因此需使用更多的材料，造成浪费；2）在格栅结构处于受压状态下，格栅壁之间的连接处为关键区域，在竖向荷载下易产生扭转，从而导致格栅壁发生一个半波的平面外屈曲变形，对格栅结构的抗压强度有很大的不利影响；3）在格栅结构处于受弯状态下，格栅壁是抗弯的关键部位。根据力学原理可知，格栅壁受弯时，其一侧处于受拉状态，另一侧则属于受压状态。因此此时的格栅壁易出现拉裂或者受压屈曲变形，也会大大降低格栅结构的力学性能；4）现有的格栅结构虽也会在格栅壁内部添加连续纤维，但都是散布在格栅壁内部，不能充分发挥纤维的力学性能。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，而提供了一种可充分发挥筋材的抗拉力学性能的加强型格栅结构。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种加强型多边形格栅结构，包括格栅壁以及格栅壁交汇处的加强柱，其特征在于：在所述的格栅壁内设置有多曲拱轴线预应力加强筋；所述加强筋分布于格栅壁的上下两端；上下两端的加强筋分别处于受压和受拉应力状态。

多边形栅格结构的格栅单元是三角形、四边形或六边形。

所述加强柱为多边形柱或圆柱。

所述加强柱为实心或空心。

设置在格栅壁内部的加强筋成束状或沿格栅壁宽度方向平铺。

所述格栅壁是直的或弯曲的。

加强型多边形格栅结构其中一侧可设置面板。

在边缘的格栅壁中设置前述格栅之间连接的凹槽与突起。

本发明通过在格栅壁交汇处设置加强柱，使得在竖向荷载作用下的，格栅壁的变形方式发生改变，提高整体格栅结构的抗压强度；通过在格栅壁内部设置加强筋，使得格栅壁处于受弯状态时，增加其抗拉和抵抗平面外屈曲变形的能力；通过使用加强筋而非简单的连续纤维，可充分发挥筋材的抗拉力学性能。本发明加强型多边形格栅结构通过加强柱和加强筋的两处加强结构，具有抗压强度高、抗弯性能好、美观等特点，适用于下水盖板、污水处理、双层地面、操作平台、塔体平台或吊顶等领域。

附图说明

图1为本发明加强型格栅结构（四边形）实例示意图，加强柱为实心四边形柱。

图2为本发明加强型格栅结构（三角形）实例示意图，加强柱为圆形空心柱。

图3为本发明加强型格栅结构抗压强度增强原理分析模型。

图4为传统格栅结构抗压分析模型。

图5为本发明加强型格栅结构抗弯强度增强原理分析模型。

图6为传统格栅结构抗弯分析模型。

图7为本发明加强型格栅结构多曲拱预应力加强筋原理示意图。

图中编号：1为格栅壁；2为加强柱；3为加强筋；4为三角形格栅单元；5为圆形空心柱；6为加强筋A；7为加强筋B；8为锚固装置；9为弯曲拱轴线。

具体实施方式

如图1所述，本实施例的加强型格栅结构包括格栅壁1、格栅壁交汇处的加强柱2以及格栅壁内部的加强筋3，在本实施例中，加强柱2为四边形柱，格栅单元为四边形。加强筋3为多曲拱轴线预应力加强筋，分布于格栅壁的上下两端；上下两端的加强筋一个受压，一个受拉。

下面分别从抗压强度与抗弯强度的增强原理来说明加强型格栅结构的力学性能。

抗压强度的增强原理：

根据前述结构稳定理论可知，在竖向荷载作用下，格栅壁交汇处的开口十字形截面（如图4所示）易产生扭转，导致格栅壁会发生平面外屈曲变形。以图3格栅壁A为例，可以从几何结构上非常直观地揭示出蕴藏在加强柱结构中抗压的奥秘：位于格栅壁交叉处的加强柱2，不仅是均摊的四分之一加强柱面积（图3，90°所标之处）对格栅壁A的平面外抗弯刚度作了贡献，实际上均摊给格栅壁B和D的加强柱面积（图3，θ_2L, θ_2R所标之处）也对格栅壁A的侧向抗弯刚度作了贡献。按此类推，加强柱2对格栅壁A的抵抗矩的贡献只有θ_4L, θ_4R是独立的，而另外θ_2L, θ_3L，θ_2R, θ_3R分别与格栅壁B和D共享。尽管传统格栅结构在交叉处也存在共享现象（图4，θ_2L, θ_3L，θ_2R, θ_3R），但通过比较图3和图4可知，加强柱结构2具有如下特征：1)交叉处共用的面积明显增加，即多了图4中五角星所标的部分；2)且该共享部分的面积远离Y轴，对Y轴的截面抵抗矩的贡献大，因此加强柱结构2使得格栅壁具有更好的侧向抗弯性能。再加之从轴压构件稳定理论可知，在格栅壁交汇处设置加强柱之后，原先传统格栅结构中格栅壁交汇处的开口十字形截面则转为闭口矩形截面，大大增加了格栅壁交汇处的抗扭转能力，与之连接的格栅壁则可以承担更大的竖向荷载。由此说明加强柱的共享抗侧弯机制实现了对传统格栅结构的强化作用。

抗弯强度的增强原理：

根据结构抗弯原理可知，格栅结构主要依靠格栅壁抵抗弯矩作用。下面通过分析加强型格栅结构与传统格栅结构的抗弯分析说明加强筋起到的作用。

图5为加强型格栅结构的格栅壁，图6为传统格栅结构。在弯矩M₀作用下，格栅壁上端处于受压状态，下端处于受拉状态。此时，两种情况下格栅壁内部的材料应力分别如图5和图6右侧所示，且在弹性范围内呈现出上下两端应力大，中间应力小的特点。则由此可知，加强型格栅结构除了格栅壁本身材料所提供的抗弯能力，加强筋能够提供额外的抵抗弯矩M_加强筋。因此相对于传统格栅结构，具有更好的抗弯能力。虽然有些传统格栅结构中也添加纤维作为增强材料，但纤维分布散乱，导致其利用效率很低。本发明中的加强筋集中在格栅壁结构的上下两端，可以充分利用加强筋本身的抗拉力学性能，达到充分使用材料从而大幅度节约材料的效果。

双曲拱预应力加强筋的增强原理：

首先介绍施工工艺：

1. 根据格栅壁尺寸，如图7所示，在格栅壁1中固定加强筋A和加强筋B。

2. 对加强筋A进行预张拉（本发明工程使用时，预张拉加强筋在下侧），根据工程需要确定预张拉量。

3. 在连续格栅壁的两侧对预应力加强筋通过锚固装置8进行锚固。

4. 浇筑或倒入树脂与纤维的混合复合材料，等待其凝固成型，将预应力加强筋A从格栅壁两端剪断，使得预先张拉的预应力施加在格栅壁上。

由于加强筋A中施加了预应力，因此加强筋A本身处于受拉状态，因此在加强筋A周围的格栅壁则处于受压状态。格栅壁为了平衡加强筋A对其产生的压力，因此格栅壁上端，即加强筋B所位置则处于受拉状态。因此整个格栅壁整体呈现出微小的弯曲拱轴线9，如图7虚线所示。当竖向荷载作用在格栅壁上时，外荷载需首先平衡由弯曲拱轴线所提供的弯矩，因此可显著提高格栅壁的抗弯强度及抗裂强度。

上述为一个方向格栅壁加强筋施加预应力的情况。但当格栅单元为四边形时，根据图1所示，其格栅壁有两个方向。因此在这两个方向上的加强筋分别施加预应力，可形成双曲拱预应力加强筋。这将大大提高本发明夹层板的抗弯性能和整体性。

因此，综上所述，本发明中的加强柱以及加强筋可显著提高格栅结构的抗压和抗弯性能，所阐述的加强型格栅结构具有抗压强度高、抗弯性能好、美观等特点，适用于下水盖板、污水处理、双层地面、操作平台、塔体平台或吊顶等领域。因此当使用环境及力学性能要求不变的情况下，可显著减少产品及材料的用量，从而达到绿色环保的目的，对社会经济都会产生有利的影响。