本发明涉及一种预应力支撑结构，尤其是一种基坑拱形预应力支撑结构，还涉及该支撑系统，属于基坑预应力支撑领域。
背景技术：
近年来，交通拥堵与环境污染已经成为城市发展面临的主要问题。为有效解决城市交通及环境问题，国内各大中城市都在积极推动城市轨道交通建设工作，地铁进入了蓬勃发展的黄金时期。
地铁车站工法分为明挖法与暗挖法。明挖法由于其受力机理明确、安全经济、施工速度快等优点而备受青睐，是国内各大城市地铁车站的首选工法。明挖法属于重大深基坑工程，支撑结构是稳定基坑、保障安全的重要结构，其主要作用是承受基坑开挖土体卸荷引起的水压力和土压力。
国内现行基坑支撑体系中第一道为现浇钢筋混凝土支撑、第二道及其余支撑为钢结构支撑（钢管或型钢）以及砼与结构组合支撑，如图6所示，支撑间距离为3-4米。在软土地区的深基坑工程中，受限于支撑刚度及变形控制要求，较密集的支撑数量与较小的支撑间距极大制约了机械开挖与施工作业效率，阻碍主体结构施工推进。
拱形结构由于其特殊形式使它能跨越极大跨度，给建筑内部留出不被隔断的大面积使用空间，在建筑结构的设计中被广泛应用。拱形结构最大的特点是构件主要受压，在水平向侧水土压力作用下，常见的基坑直梁背土侧受拉，迎土侧受压,而混凝土等廉价建筑材料的抗拉性能远远低于抗压性能，在水平侧压力的作用下，直梁背土侧极易开裂失稳。将直梁改为拱形并施加预应力之后，预应力通过拱圈转化为迎土的推力传递给围护结构。
这样的结构可有效减小直梁背土侧的拉应力，甚至使得直梁内不出现拉应力，这样就能充分发挥建筑材料的抗压性能，提高结构的承载能力。基坑围护结构体系中，进行预制拱形组合支撑系统的研究，合理的设置其结构形式必将极大促进现有支撑系统的革新进步，对实现基坑快速支护、拆撑、重复利用、提高地下工程质量、高效低成本施工具有很大现实意义，并具有巨大的应用价值和产业化前景。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基坑拱形预应力支撑结构和支撑系统，该支撑可将钢绞线上的预拉力通过腹杆转换成预压力传递到梁杆上，平衡由基坑开挖引起的侧水土压力，并最大程度的解放施工作业空间，并可在施工完毕后迅速拆卸重复利用。
为实现上述目标，本发明主要采用以下技术方案：
一种基坑拱形预应力支撑结构，包括梁杆、垂直设于梁杆上的若干支撑腹和预应力钢绞线，其中，若干支撑腹沿梁杆长度方向等间距分布，长度自梁杆两侧向中间逐渐增加，支撑腹端部设有钢绞线穿槽，预应力钢绞线通过支撑腹端部的钢绞线夹槽跨设于梁杆的顶端，并在梁杆两侧的钢绞线固定端处锚固。
进一步地，支撑腹通过固定件固定在梁杆上，固定件位于梁杆与支撑腹的相交处，一端与支撑腹连接，另一端与梁杆连接。
进一步地，梁杆两端设有连接单元，多个梁杆之间通过连接单元连接。
进一步地，梁杆每端的两侧分别设有对称的钢绞线固定端，钢绞线固定端为凸出于梁杆的蜂窝式结构，钢绞线固定端包括蜂窝腔，预应力钢绞线穿过蜂窝腔张拉锚固。
进一步地，连接单元设于梁杆顶端，由带有螺栓孔的钢板组成。梁杆的长度可根据实际工程需求，灵活制作，不局限于某一固定长度或范围。
进一步地，固定件包括顶端钢板、底端钢板以及设于顶端钢板和底端钢板之间横纵交错的支撑板，顶端钢板和底端钢板上设有若干螺孔。
进一步地，支撑腹包括钢绞线夹槽和设于钢绞线夹槽底部的若干螺杆，钢绞线夹槽包括横板和垂直设于横板上的两块纵板，横板四周设有螺孔，支撑腹螺杆可通过此螺孔与固定件形成可靠固接。支撑腹的高度可通过下部的螺杆进行无级调高，从而调整预应力大小，以适应不同工程要求；
进一步地，梁杆包括若干相互连接的杆组件，支撑腹在杆组件上为单点分布或沿长度的多点均匀分布。
本发明涉及的包括上述的基坑拱形预应力支撑结构的支撑系统，包括：
对撑，对撑的两端分别固定在基坑两侧的围檩上；
钢围檩，由若干基坑拱形预应力支撑结构组成，基坑拱形预应力支撑结构与对撑间隔设置。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
（1）本发明的支撑腹沿梁杆长度方向等间距分布；钢绞线跨设于支撑腹的头部，并分别在梁杆两侧的端头处锚固；钢绞线上的预应力通过支撑腹被转换成可以抵抗土体的均匀反压力。该预应力支撑在保证安全性的前提下，可极大程度减少对撑数量并解放施工空间，提高施工效率。与传统支撑系统相比，可以极大程度解放施工作业空间，在保证安全性的前提下，使作业面进深由传统支撑系统的3~4m增加至9m，以双拼对撑为例，本发明平均每27m可减少20%的钢对撑数量，大幅提高机械作业效率，加快工程进度。
（2）张拉钢绞线后，钢绞线的预应力通过支撑腹转化为迎土推力并传导至梁杆组成的围檩上，平衡了由基坑开挖土体卸荷引起的侧水土压力，抑制围护结构变形，改善围檩的受拉区应力状态；另一方面，本发明在保证安全的前提下大幅缩减了钢对撑的数量，形成了更大的工作面，解放了施工作业空间，提高施工效率。得益于装配式结构优点，本发明在施工完毕后可按照拼装顺序进行逆向拆除和重复利用。
附图说明
图1为本发明的基坑拱形预应力支撑结构的结构示意图；
图2为本发明的基坑拱形预应力支撑结构的拆装图；
图3为本发明的支撑腹的结构示意图；
图4为本发明的梁腹的固定件的结构示意图；
图5为本发明的钢绞线固定端的结构示意图；
图6为传统基坑支撑系统的结构示意图；
图7为实施例的基坑支撑系统的结构示意图；
图8为另一实施例的采用双拼对撑的基坑支撑系统的结构示意图；
图中，1-梁杆、1.1-第一杆组件、1.2-第二杆组件、1.3-第三杆组件、2-支撑腹、2.1-钢绞线夹槽、2.2-螺杆、3-梁腹固定件、3.1-顶端钢板、3.2-底端钢板、3.3-支撑板、3.4-螺孔4-预应力钢绞线、5-钢绞线固定端、6-蜂窝空腔、7-连接单元、8-连接螺栓、9-加劲肋、10-基坑、11-对撑。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是对本发明一部分实例，而不是全部的实例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例的基坑拱形预应力支撑结构，包括梁杆1、垂直设于梁杆1上的3个支撑腹2和预应力钢绞线4，其中，3个支撑腹2沿梁杆1长度方向等间距分布，长度自梁杆1两侧向中间逐渐增加，中部的最高，两端的较矮，支撑腹2端部设有钢绞线4穿槽，预应力钢绞线4通过支撑腹2端部的钢绞线夹槽2.1跨设于梁杆1的顶端，并在梁杆1两侧的钢绞线固定端5处锚固。
如图1、2所示，梁杆包括相互通过连接螺栓8连接的第一杆组件1.1、第二杆组件1.2和第三杆组件1.3，支撑腹2在杆组件上为单点分布，连接单元7可以是带有螺栓孔的钢板。支撑腹2通过固定件3固定在梁杆1上，固定件3位于梁杆1与支撑腹2的相交处，一端与支撑腹2连接，另一端与梁杆3连接。梁杆1两端设有连接单元7，3个杆组件之间通过连接单元7连接。连接单元7设于梁杆1顶端，由带有螺栓孔的钢板组成。梁杆1中连接单元7附近还设有加劲肋9，起到对螺栓8连接处的强度补足的作用。
如图3所示，支撑腹2包括钢绞线夹槽2.1和设于钢绞线夹槽底部四周的四根螺杆2.2，钢绞线夹槽2.1包括横板和垂直设于横板上的两块纵板，横板四周设有螺孔，支撑腹螺杆可通过此螺孔与固定件形成可靠固接。支撑腹的高度可通过下部的螺杆进行无级调高，从而调整预应力大小。
如图4所示，固定件包括顶端钢板3.1、底端钢板3.3以及设于顶端钢板3.1和底端钢板3.3之间横纵交错的支撑板3.2，顶端钢板3.1和底端钢板3.3上设有4个螺孔3.4。
如图1、2、5所示，梁杆1两端的每一段两侧对称设有钢绞线固定端5，钢绞线固定端5为凸出于梁杆的蜂窝式结构，钢绞线固定端包括蜂窝腔6，预应力钢绞线4穿过蜂窝腔张拉锚固。蜂窝腔形状可以是三角形、梯形、矩形等一切形式。
如图7所示，本实施例涉及的包括上述的基坑拱形预应力支撑结构的支撑系统，包括：
对撑11，对撑11的两端分别固定在基坑10两侧的围檩上；
钢围檩，由若干基坑拱形预应力支撑结构组成，基坑拱形预应力支撑结构与对撑间隔设置，对撑间距为9米。
本实施例的钢绞线4上的预应力大小和均匀程度可通过改变螺杆8高度而进行调节，预应力通过支撑腹2转化为垂直于1-标准梁杆的水平预压力；
本实施例的拼装顺序如图2，首先将钢绞线固定端5拼装在连接单元7的两端；然后将梁腹固定件3分别安装在连接单元附近的梁杆1上；再将支撑腹2安装在梁腹固定件3上；最后将预应力钢绞线4依次穿过支撑腹端头钢绞线夹槽2.1和固定端蜂窝空腔6，并在钢绞线固定端5处锚固；调节螺杆8至所需的预应力。
卸载时，可通过调节螺杆8的高度使紧绷的钢绞线卸载，然后逆安装顺序拆解装置；
实施例2
本实施例的基于实施例1的基坑拱形预应力支撑结构的支撑系统，采用双拼对撑，包括：
一组双对撑11，对撑的11两端分别固定在基坑10两侧的围檩上；
钢围檩，由若干基坑拱形预应力支撑结构组成，基坑拱形预应力支撑结构与对撑间隔设置，每组对撑间距为9米。其余与实施例1相同。
上述描述仅仅是对本发明其中一种实例进行的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的相关人员根据上述揭示内容进行的一切变更、修饰均属于本发明权利要求保护的范围之内。