一种装配式钢筋混凝土张弦梁结构的制作方法

本发明涉及一种钢筋混凝土用张弦梁结构，特别是一种装配式钢筋混凝土张弦梁结构。

背景技术：

张弦梁结构是一种由刚性构件上弦、柔性拉索、中间连以撑杆形成的混合结构体系，由于其结构简单、受力明确、结构形式多样、充分发挥了刚柔两种材料的优势，具有良好的应用前景。目前的张弦梁结构主要以钢结构为主，但这类张弦梁受反向力的承载能力较差，导致其存在抗风能力差、钢结构稳定性差的问题。而具有稳定性较好、抗风能力强、后期维护成本低等特点的以现浇钢筋混凝土为主的张弦梁结构，则会因高大空间支模费用高，施工周期长的缺陷而较少被应用于实际工程中。

由于在钢筋混凝土张弦梁结构中，大跨混凝土梁受到的弯矩较大，因此当梁分段后会大大增加梁底钢筋连接处的施工难度，并且其施工处的连接质量也无法保证；导致目前的混凝土张弦梁结构仍以整体的现浇混凝土梁架作为刚性构件上弦，在民用建筑工程中并没有对大跨钢筋混凝土梁进行分段预制的先例。而整体现浇式的大跨混凝土梁则会造成其混凝土张弦梁整体的建造费用高、施工周期长的问题；并且其混凝土梁也会因所需承受的弯矩较大而存在结构稳定性低、耐久性差的问题。因此，现有的钢筋混凝土张弦梁无法同时具有建造费用低、施工周期短、结构稳定性和耐久性好的特点。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种装配式钢筋混凝土张弦梁结构。它能够同时具有建造费用低、施工周期短、结构稳定性和耐久性好的特点。

本发明的技术方案：一种装配式钢筋混凝土张弦梁结构，包括钢筋混凝土梁架，钢筋混凝土梁架底部分布有若干撑杆，若干撑杆下端连接有拉索，拉索两端分别与钢筋混凝土梁架两端固定连接；所述钢筋混凝土梁架包括依次连接的多个预制混凝土支架，相邻预制混凝土支架的连接处设有焊接部和配合部，所述配合部设置在撑杆一侧的预制混凝土支架底部。

前述的一种装配式钢筋混凝土张弦梁结构中，所述预制混凝土支架两端均连接有钢套箍，钢套箍的端部延伸至预制混凝土支架外侧，相邻预制混凝土支架之间经钢套箍相互连接。

前述的一种装配式钢筋混凝土张弦梁结构中，所述撑杆包括相互铰接的杆体和铰接座，杆体下端与拉索相连，铰接座上端与钢套箍的底部相连。

前述的一种装配式钢筋混凝土张弦梁结构中，所述钢套箍的外形为矩形，所述焊接部设置在钢套箍连接处的顶部和两侧侧壁，所述配合部设置在相邻钢套箍的底部，配合部处的相邻钢套箍之间相互贴合。

前述的一种装配式钢筋混凝土张弦梁结构中，所述预制混凝土支架的顶部和底部均设有纵筋，预制混凝土支架内设有腰筋，纵筋和腰筋的两端分别与预制混凝土支架两端的钢套箍相互连接。

前述的一种装配式钢筋混凝土张弦梁结构中，相邻钢套箍的连接处内侧填充有混凝土，相邻钢套箍的连接处外侧设有微膨胀混凝土。

前述的一种装配式钢筋混凝土张弦梁结构中，所述预制混凝土支架的其中一端设有注浆孔，注浆孔的一端位于预制混凝土支架的侧壁，注浆孔的另一端延伸至钢套箍处。

前述的一种装配式钢筋混凝土张弦梁结构中，所述预制混凝土支架内的混凝土两端设有凹槽，所述钢套箍内的混凝土在填充时将凹槽填充完全。

前述的一种装配式钢筋混凝土张弦梁结构中，所述钢套箍内侧设有若干栓钉，栓钉端部位于预制混凝土支架内。

与现有技术相比，本发明将多个预制混凝土支架通过相互焊接的方式依次连接形成钢筋混凝土梁架，可以有效解决传统现浇混凝土张弦梁支模费用高、施工周期长的问题；预制混凝土支架在依次焊接时通过其连接处焊接部和配合部的结构配合，能够将钢筋混凝土梁架所需承受的弯矩转化为撑杆所需承受的轴压力和拉索所需承受的拉力，从而使钢筋混凝土梁架在工作过程中能够持续的处于受压状态，有效释放了钢筋混凝土梁架在作为上弦梁时所受到的大部分弯矩，大大降低了预制混凝土支架连接处的工艺要求，降低了其施工难度；并且由于撑杆和拉索在作为张弦梁的结构组件时能够具有良好的受力强度和承载力，从而使撑杆的轴压力和拉索的拉力在提升后依然能够保持其整体的结构稳定性，提高了本发明整体的结构承载力和耐久性。

此外，本发明通过预制混凝土支架和钢套箍的配合，可以方便施工人员在现场对预制混凝土支架的焊接，并提高了其焊接效果；通过注浆孔和钢套箍的结构配合，可以使混凝土可以在钢套箍焊接后直接填充至相邻预制混凝土支架的连接处，从而使各分段的预制混凝土支架在浇筑后能够一体成形，并配合填充至钢套箍外侧的微膨胀混凝土提高钢筋混凝土梁架整体的结构强度和抗剪能力，在方便工人施工的同时进一步提高本发明的结构稳定性，钢套箍处的混凝土将凹槽填充完全后还能够有效提高其连接处的咬合力，进一步保证预制混凝土支架之间的连接强度；通过预制混凝土支架、腰筋和钢套箍的相互连接，还可以进一步提高预制混凝土支架自身的结构强度和钢套箍、预制混凝土支架之间的连接强度，使钢筋混凝土梁架在工作时不会因压力造成自身的变形或脱开，进一步提高了本发明的结构稳定性；通过杆体和铰接座的位置和连接结构，可以提高撑杆和钢筋混凝土梁架之间的连接强度，从而保证撑杆在所受的轴压力提高后能够具有良好的连接稳定性和耐久性。所以，本发明能够同时具有建造费用低、施工周期短、结构稳定性和耐久性好的特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的a向放大图；

图3是图2的b向视图；

图4是张弦梁试验模型的外形图；

图5是图4的c向示意图；

图6是受力分析中张弦梁的结构计算图；

图7是受力分析中张弦梁的轴力图；

图8是受力分析中张弦梁的弯矩图；

图9是受力分析中张弦梁的剪力图；

图10是受力分析中张弦梁的变形图。

附图中的标记为：1-钢筋混凝土梁架，2-撑杆，3-拉索，4-预制混凝土支架，6-钢套箍，7-腰筋，8-注浆孔，9-屋面板，10-上弦梁，11-立杆，12-拉条，13-纵筋，201-杆体，202-铰接座，401-焊接部，402-配合部，403-凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例。一种装配式钢筋混凝土张弦梁结构，构成如图1-3所示，包括钢筋混凝土梁架1，钢筋混凝土梁架1底部分布有若干撑杆2，若干撑杆2下端连接有拉索3，拉索3两端分别与钢筋混凝土梁架1两端固定连接；所述钢筋混凝土梁架1包括依次连接的多个预制混凝土支架4，相邻预制混凝土支架4的连接处设有焊接部401和配合部402，所述配合部402设置在撑杆2一侧的预制混凝土支架4底部。

所述预制混凝土支架4两端均连接有钢套箍6，钢套箍6和预制混凝土支架4之间设有相互扣合的凹凸口，钢套箍6的端部延伸至预制混凝土支架4外侧，相邻预制混凝土支架4之间经钢套箍6相互连接。

所述撑杆2包括相互铰接的杆体201和铰接座202，杆体201下端与拉索3相连，铰接座202上端与钢套箍6的底部相互焊接。

所述钢套箍6的外形为矩形，所述焊接部401设置在钢套箍6连接处的顶部和两侧侧壁，所述配合部402设置在相邻钢套箍6的底部，配合部402处的相邻钢套箍6之间相互贴合(不焊接)。

所述预制混凝土支架4的顶部和底部均设有纵筋13，预制混凝土支架4内设有腰筋7，纵筋13和腰筋7的两端分别与预制混凝土支架4两端的钢套箍6相互连接。

相邻钢套箍6的连接处内侧填充有混凝土，相邻钢套箍6的连接处外侧设有微膨胀混凝土，微膨胀混凝土的外平面与预制混凝土支架4的外平面齐平。

所述预制混凝土支架4的其中一端设有注浆孔8，注浆孔8的一端位于预制混凝土支架4的侧壁，注浆孔8的另一端延伸至钢套箍6处。

所述预制混凝土支架4内的混凝土两端设有凹槽403，凹槽403的深度为30mm，所述钢套箍6内的混凝土在填充时将凹槽403填充完全，通过预制混凝土支架4内的预制混凝土结构和凹槽403的配合，使后续混凝土在填充后能够进一步提高了预制混凝土支架4连接处的抗剪力，避免预制混凝土支架4在受压后出现脱开的问题。

所述钢套箍6内侧设有若干栓钉，栓钉端部位于预制混凝土支架4内。

本发明的工作原理：本发明在建造时，先将各预制混凝土支架4加工成型，然后在现场依次焊接形成钢筋混凝土梁架1。相邻预制混凝土支架4在焊接时通过将端部的钢套箍6相互贴合后，将钢套箍6凸出部分的顶部和两侧全部透焊，而钢套箍6的底部不做焊接处理；由于钢筋混凝土梁架1的底部不连续，从而可以使钢筋混凝土梁架1不具备向下的抗弯能力，导致张弦梁整体的抗弯能力由钢筋混凝土梁架1、撑杆2和拉索3形成的整体提供，释放了各预制混凝土支架4节点处所需承受的弯矩，降低了各节点的工艺要求并提高了本发明整体的稳定性。钢筋混凝土梁架1在连接后通过注浆孔8将混凝土填充至各钢套箍6的连接处，并在钢套箍6外侧填充微膨胀混凝土，使预制混凝土支架4在连接后能够一体成型，提高钢筋混凝土梁架1结构稳定性和抗风能力。钢筋混凝土梁架1搭建后将各撑杆2的铰接座202焊接在钢套箍6上，从而提高撑杆2和钢筋混凝土梁架1的连接稳定性，并由于撑杆2的轴压力在增加后能够保持良好的连接稳定性。最后将拉索3分别和撑杆2、钢筋混凝土梁架1进行连接，完成对本发明的建造。

实验例1：如图4和图5所示，本实验例根据张弦梁结构建立了试验模型，该试验模型由屋面板9、上弦梁10、立杆11和拉条12构成；其中立杆11在连接时穿过上弦梁10，导致上弦梁10的底部为不连续状态。模型材料均为铝质易拉罐，总尺寸为850mm*850mm，总重为290克(其中屋面板9为200克，其余构件为90克)。该试验模型的最终加载量为36000克，说明释放上弦梁的弯矩后张弦梁结构体系依然成立，具有良好的结构承载力。

实验例2：本实验例利用3d3s软件对张弦梁进行受力分析，其中梁跨度为30米，张弦梁高3.5米，每隔5米处设一个支撑，间隔5米设一个集中受力点，每个受力点200kn，不考虑结构自重。

实验结果如图6-10所示，通过受力分析可知，张弦梁的跨中抗弯能力由m1、m2两部分组成，其中m1由上弦梁截面抗弯贡献527kn.m；m2由上弦梁、支撑杆和下弦索整体形成，抗弯能力为1134kn*3.5m＝3969kn.m。总抗弯能力m为4496kn.m。

同样跨度和受力的普通简支梁跨中最大弯矩为：500kn*15m-200kn*10m-200kn*5m＝4500kn.m。与该实验的受力分析完全吻合。实验说明张弦梁的抗弯能力主要靠上弦梁、支撑杆和下弦索形成的整体所提供的m2，约占整体抗弯能力的90％；而上弦梁主要承受的弯矩由两部分组成，一部分为张弦梁因整体形变产生的弯矩m1，另一部分为撑杆间楼面荷载产生的局部弯矩ma。其中ma取决于撑杆间距la，一般较小(相对于m1)。m1取决于张弦梁的整体变形(挠度)和上弦梁的刚度(截面尺寸)，一般相对较大。而由实验例1的案例分析可知，当上弦梁的抗弯能力释放后，拉索的拉力和上弦梁的轴压力为4500kn.m/3.5m＝1286kn，比处理前的轴力1134kn增加约13％。实验结果可知，本发明通过将上弦梁的底部断开，可以在保证张弦梁结构效果的同时将上弦梁所受到的弯矩释放为拉索的拉力和上弦梁的轴压力，从而降低上弦梁的工艺难度并保证混凝土张弦梁整体的结构稳定性。