自平衡防失稳预应力结构的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种自平衡防失稳预应力结构，其包括钢结构和预应力索网，钢结构包括若干钢结构主杆件和钢结构次杆件，所述钢结构主杆件和钢结构次杆件正交设置构成所述钢结构，钢结构主杆件和钢结构次杆件的正交节点为刚接结构；所述预应力索网包括若干主预应力索和撑杆，每根所述撑杆的一端与所述钢结构中的一个正交节点连接，每根撑杆的另一端汇聚一起刚接，各个撑杆与所述钢结构连接的连接点组成一个双轴对称的多边形，与汇聚的刚接点构成一棱锥；各个所述主预应力索的一端与所述钢结构中的一个正交节点铰接，所述主预应力索的另一端与所述棱锥的锥点连接。在该结构中，可以不使用侧向稳定索，但力学性能更好，具有很好的稳定性。
【专利说明】自平衡防失稳预应力结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钢结构，尤其是提供一种自平衡防失稳预应力结构。
【背景技术】
[0002]现有技术中常见自平衡预应力索网体系如图1所示，其中包括钢结构和预应力索网，钢结构是由钢结构主杆件01-01和钢结构次杆件01-02正交构成，预应力索网是由主预应力索01-04和侧向稳定索01-05组成，主预应力索01-04两端头连接于钢结构主杆件01-01两端，在主预应力索01-04与钢结构主杆件01-01之间连接撑杆01-03。钢结构主杆件01-01通过撑杆01-03与主预应力索01-04形成一片预应力自平衡鱼腹架，钢结构主杆件01-01两端与主体结构连接，撑杆01-03 —端与钢结构主杆件01-01刚接，撑杆01-03另一端与主预应力索01-04铰接。钢结构主杆件01-01之间通过钢结构次杆件01-02连接保证钢结构主杆件01-01的整体稳定性，同时钢结构次杆件01-02充当次龙骨承担面板荷载。主预应力索01-04之间拉结侧向稳定索01-05保证单片鱼腹架的侧向稳定。
[0003]从图1中可知，主预应力索01-04与主钢架即钢结构主杆件01-01即处于同一平面。在主预应力索01-04施加预应力后，主钢架会产生弯曲，这时主预应力索与主钢架平面会产生扭转主预应力索偏转成为变位的主预应力索01-04’，如图2所示。如果不对此扭转进行控制，则会引起结构失效。通常都需要侧向稳定索01-05即横索拉结才能防止自平衡体系的侧向失稳。
[0004]现有技术中的平衡预应力索网体系，钢结构主杆件和主预应力索构成单片形式的体系，稳定性不好，需要设置侧向稳定索，当整体钢结构较为狭长时，侧向稳定索即横索的使用量极大。同时横索由于没有相对应的自平衡结构，所以对主体结构的负担也十分大。
【发明内容】
[0005]本发明的主要目的在于提供一种自平衡防失稳预应力结构，在该结构中，可以不使用侧向稳定索，但力学性能更好，具有很好的稳定性。
[0006]本发明的目的是这样实现的:
一种自平衡防失稳预应力结构，其包括钢结构和预应力索网，所述钢结构包括若干钢结构主杆件和钢结构次杆件，所述钢结构主杆件和钢结构次杆件正交设置构成所述钢结构，钢结构主杆件和钢结构次杆件的正交节点为刚接结构；所述预应力索网包括若干主预应力索和撑杆，每根所述撑杆的一端与所述钢结构中的一个正交节点连接，每根撑杆的另一端汇聚一起刚接，各个撑杆与所述钢结构连接的连接点组成一个双轴对称的多边形，与汇聚的刚接点构成一棱锥；各个所述主预应力索的一端与所述钢结构中的一个正交节点铰接，所述主预应力索的另一端与所述棱锥的锥点连接。
[0007]所述双轴对称的图形即为图形在同一平面内有两条正交对称轴。
[0008]使用中，该钢结构与主体结构连接。
[0009]各个所述主预应力索与钢结构铰接的正交节点均在所述多边形的外面。[0010]每一根所述主预应力索在其延长线上均有另一根所述主预应力索与之对应。
[0011]进一步地，在同一直线方向上的两根相对应的所述主预应力索在刚接点连接成一根，形成合主预应力索，其穿过所述锥点构成的刚接点上的穿孔。
[0012]所述撑杆与钢结构的正交节点的连接可以是铰接，也可以是刚接。
[0013]所述撑杆可以是四根、六根、……，其与钢结构正交节点的连接件组成四边形、六边形、……。
[0014]一个优选方案为:所述撑杆为四根，其与钢结构正交节点连接点构成一方形，即可以是正方形或长方形，所述主预应力索为四根，其与钢结构正交节点铰接点构成一长方形，在所述钢结构的钢结构主杆件方向或钢结构次杆件的两个铰接点与撑杆相应的两个连接点在同一根钢结构主杆件或同一根钢结构次杆件上，在同一直线方向上的两根主预应力索连接成为一根合主预应力索，两根该主预应力索与所述刚接点连接的一端连为一体，并以穿过所述刚接点上的穿孔方式与刚接点连接。
[0015]所述主预应力索与所述钢结构的连接位置应处于所述撑杆在钢结构上所连接的钢结构主杆件即主龙骨上，或者，处于所述撑杆在钢结构上所连接的钢结构次杆件上。
[0016]本发明提供的自平衡防失稳预应力结构，其中的若干主预应力索和撑杆组成的两个锥形，构成空间结构形式，相对于常规形式的单片鱼腹架单片形式具有更好的稳定性。另外，现有技术中的常规形式中，每个钢结构主杆件下都需要有一根主预应力索来为提供钢结构主杆件反拱效应，而本发明可以通过撑杆以及钢结构次杆件也可称为次梁的共同作用，将例如两根相交叉的合主预应力索或多根主预应力索的反拱效应传递到多根钢结构主杆件上，通过合理的布置使多根钢结构主杆件共用例如两根合主预应力索，本自平衡防失稳预应力结构使得每一根 钢结构主杆件都能通过预应力得到相应的反拱效应，。同时可以通过合理的龙骨布置形式减少主预应力索的数量。这样，就可以大大提高主预应力索的利用率，同时能够节省材料；常规形式需要多道侧向稳定索即横索为预应力体系提供抵抗失稳的能力，而本发明提供的自平衡防失稳预应力结构没有横索，同时能更有效的防止侧向失稳，经济效益十分可观。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为现有技术中的自平衡预应力索网体系的结构示意图。
[0018]图2为现有技术中的自平衡预应力索网体系中取消侧向稳定索出现失稳的示意图。
[0019]图3为本发明提供的自平衡防失稳预应力结构的结构示意图。
[0020]图4为本发明提供的自平衡防失稳预应力结构中主预应力索和撑杆构成的两个锥形结构的结构示意图。
[0021]图5为图4所示的两个锥形结构与钢结构连接的示意图。
[0022]图6至图9为本发明提供的撑杆和主预应力索的另外四种结构的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]如图3至图5所示，本发明提供的自平衡防失稳预应力结构，其包括钢结构和预应力索网，所述钢结构包括若干钢结构主杆件01-01和钢结构次杆件01-02，所述钢结构主杆件Ol-Ol和钢结构次杆件01-02正交设置构成所述钢结构，该钢结构与主体结构连接；所述预应力索网包括两根合主预应力索02-02和四根撑杆02-01，每根撑杆02-01的一端与所述钢结构中的一个正交节点连接，在此实施例中为刚接连接，每根撑杆的另一端汇聚一起刚接，构成一个汇交的锥尖O，在刚接的锥尖O上设置穿孔；每根所述合主预应力索02-02的一端与所述钢结构中的一个正交节点A铰接,所述合主预应力索穿过所述穿孔,其另一端与钢结构在的另一个正交节点铰接。
[0024]各个所述撑杆02-01与钢结构的正交节点A的连接点构成一个四边形，各个所述主合预应力索02-02与钢结构铰接的四个正交节点B均在所述四边形的外面。且两根合主预应力索02-02，其与钢结构正交节点A铰接的四个铰接点构成一长方形，在所述钢结构的钢结构主杆件方向的两个合主预应力索的铰接点与撑杆相应的两个连接点在同一根钢结构主杆件上。一根合主预应力索02-01的两个与钢结构的铰接点在不同的钢结构主杆件上，使得两个主预应力索02-02呈交叉状态设置。
[0025]在上述实施例中，构成自平衡防失稳预应力结构的主要构件为四根撑杆02-01和两根钢索即合主预应力索02-02，四根撑杆02-01连接成一方锥形，将该方锥形的锥底即撑杆02-01的一个端部与钢结构也就是钢架连接，连接方式为铰接，连接位置需要有横纵两个方向的龙骨，其中一个方向是结构的主龙骨，各撑杆的另一个端部相交于撑杆尖端并采用刚接连接，形成该方锥形的锥尖0，用钢索穿过锥尖和钢结构相连接，形式与撑杆形式相似的方锥体系，钢索与钢结构的连接位置应处于撑杆方锥所连接的钢结构主杆件即主龙骨上，并对钢索施加预应力形成预应力自平衡体系。
[0026]本发明具有常规自平衡预应力结构的特点，同时，其创新点在于:可以看出，本发明提供的此结构中的两个锥形为空间形式，相对于常规形式的单片形式具有很好的稳定性；可以通过合理的龙骨布置形式减少主预应力索的数量，如常规形式每个钢结构主杆件01-01下都需要有一根主预应力索01-04来为提供预应力，而本发明可以通过合理的布置，使多根钢结构主杆件共用两根主预应力索，大大提高了主预应力索的利用率，同时能够节省材料；常规形式需要多道侧向稳定索01-05，为预应力体系提供抵抗失稳的能力，当整体钢结构较为狭长时，则横索的使用量极大，同时横索由于没有相对应的自平衡结构所以对主体的结构的负担也十分大，而本发明没有这种侧向稳定索，但是其却能更有效的防止侧向失稳，经济效益十分可观。
[0027]本发明中的各个撑杆与所述钢结构连接的连接点A组成的多边形，只要是一个双轴对称的多边形即可，如图6至图9所示，可以是长方形，当然也可以是正方形(图中未示出)，还可以是六边形等，与之相对应地，主预应力索可以是四根、六根，还可以是八根(图中未示出八根的情况)。在同一直线上的两根主预应力索，其与刚接点的穿孔可以是各自单独系在锥点上，但是这样的结构不容易让在同一直线上的两根主预应力索上构成的预应力相等，而将在同一直线上的两根主预应力索连接在一起成为一条长的合主预应力索，穿过刚接点上的穿孔，这样，形成为一根合主预应力索的两根主预应力索上的预应力就一定是相等的，可以使得本自平衡防失稳预应力结构受力情况更加合理。
[0028]本发明具有如下优点:
1.能够有效地优化大跨度钢结构的结构形式，减少用钢量。
[0029]2.相对于常规自平衡预应力结构，本发明不用每根主龙骨都使用预应力索，减少了索的使用量。
[0030]3.撑杆组成例如方锥形式，与横纵方向龙骨连接后形成稳定的空间结构，同时主预应力索的拉结也会形成一个方锥形式，这样也会使钢索体系为稳定结构。
[0031]4.在自稳定的条件下可以省去横向稳定索,节省费用。
【权利要求】
1.一种自平衡防失稳预应力结构，其特征在于:包括钢结构和预应力索网，所述钢结构包括若干钢结构主杆件和钢结构次杆件，所述钢结构主杆件和钢结构次杆件正交设置构成所述钢结构，钢结构主杆件和钢结构次杆件的正交节点为刚接结构；所述预应力索网包括若干主预应力索和撑杆，每根所述撑杆的一端与所述钢结构中的一个正交节点连接，每根撑杆的另一端汇聚一起刚接，各个撑杆与所述钢结构连接的连接点组成一个双轴对称的多边形，与汇聚的刚接点构成一棱锥；各个所述主预应力索的一端与所述钢结构中的一个正交节点铰接，所述主预应力索的另一端与所述棱锥的锥点连接。
2.根据权利要求1所述的自平衡防失稳预应力结构，其特征在于:各个所述主预应力索与钢结构铰接的正交节点均在所述多边形的外面。
3.根据权利要求1或2所述的自平衡防失稳预应力结构，其特征在于:每一根所述主预应力索在其延长线上均有另一根所述主预应力索与之对应。
4.根据权利要求3所述的自平衡防失稳预应力结构，其特征在于:在同一直线方向上的两根相对应的所述主预应力索在刚接点连接成一根，形成合主预应力索，其穿过所述锥点构成的刚接点的穿孔。
5.根据权利要求1至4之一所述的自平衡防失稳预应力结构，其特征在于:所述撑杆是四根或六根，其与钢结构正交节点的连接件组成四边形或六边形。
6.根据权利要求5所述的自平衡防失稳预应力结构，其特征在于:所述撑杆为四根，其与钢结构正交节点连接点构成一方形，即是正方形或长方形，所述主预应力索为四根，其与钢结构正交节点铰接点构成一长方形，在所述钢结构的钢结构主杆件方向或钢结构次杆件的两个铰接点与撑杆相应的两个连接点在同一根钢结构主杆件或同一根钢结构次杆件上，在同一直线方向上的两根主预应力索连接成为一根合主预应力索，两根该主预应力索与所述锥点构成的刚接点连接的一端连为一体，并以穿过所述刚接点上的穿孔方式与刚接点连接。
7.根据权利要求1至6之一所述的自平衡防失稳预应力结构，其特征在于: 所述主预应力索与所述钢结构的连接位置应处于所述撑杆在钢结构上所连接的钢结构主杆件即主龙骨，或者，处于所述撑杆在钢结构上所连接的钢结构次杆件上。
8.根据权利要求1至7之一所述的自平衡防失稳预应力结构，其特征在于:所述撑杆与钢结构的正交节点的连接是铰接，或者是刚接。
【文档编号】E04B1/58GK103741796SQ201310325851
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年7月30日 优先权日:2013年7月30日
【发明者】姚睿, 熊宝, 雷富裕, 牛金龙 申请人:江河创建集团股份有限公司