一种旋转上升的预应力钢结构坡道结构及其施工方法与流程

本发明属于预应力钢结构领域，尤其涉及一种旋转上升的预应力钢结构坡道结构及其施工方法。

背景技术：

在结构上施加荷载以前，对钢结构或构件用特定的方法预加初应力，其应力方向与荷载引起的应力方向相反；当施加荷载时，以保证结构的安全和正常使用，结构或构件先抵消初应力，考虑预应力的作用，然后再按照一般受力情况工作的钢结构称为预应力钢结构。预应力钢结构的经济性与结构体系、布索方案与工艺、荷载性质与力度、结构构造与节点、安装方法与材料价格等众多因素有关。正常情况下，预应力钢结构同比非预应力钢结构采用单次张拉时可节约钢材10-20%；多次张拉时可达20-40%。在满足同样力学性能的基础上，传统钢结构坡道结构用钢量大，形态笨重，构造复杂，施工难度大。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种旋转上升的预应力钢结构坡道结构及其施工方法，要解决在满足同样力学性能的基础上，传统钢结构坡道结构用钢量大，形态笨重，构造复杂以及施工难度大的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种旋转上升的预应力钢结构坡道结构，包括有钢桁架坡道面和预应力钢索；所述钢桁架坡道面呈螺旋形、由地面逐渐向上延伸，并且钢桁架坡道面的旋转直径由下而上逐渐增大；所述钢桁架坡道面包括有外弦杆、内弦杆以及连接在外弦杆和内弦杆之间的直腹杆；所述外弦杆有一组，且一组外弦杆呈螺旋形设置；所述内弦杆有一组，且一组内弦杆呈螺旋形设置；所述直腹杆有一组，间隔布置在一组外弦杆与一组内弦杆之间；所述外弦杆、内弦杆和直腹杆均为钢构件，并且钢构件的应力比控制在0.9以下；所述预应力钢索有一组，且一组预应力钢索沿着钢桁架坡道面的外边线间隔布置；其中，每根预应力钢索的下端连接钢桁架坡道面的外边线上，预应力钢索的上端连接在固定结构上；所述预应力钢索的应力比控制在0.3以下。

优选的，所述钢桁架坡道面平面展开坡度为6°~15°。

优选的，所述外弦杆的内侧、对应直腹杆的位置处设有第一连接短杆；所述第一连接短杆的轴线与直腹杆的轴线重合，且第一连接短杆插设在直腹杆中、并与直腹杆固定连接。

优选的，所述内弦杆的内侧、对应直腹杆的位置处设有第二连接短杆；所述第二连接短杆的轴线与直腹杆的轴线重合，且第二连接短杆插设在直腹杆中、并与直腹杆固定连接。

优选的，所述预应力钢索的下端连接在直腹杆与外弦杆的节点位置处；在外弦杆的顶部设置有第四连接短杆；所述第四连接短杆的顶部设置有盖板，并且在盖板的顶部连接有耳板；所述预应力钢索的下端夹持有索夹；所述索夹与耳板之间通过轴销连接。

优选的，相邻预应力钢索之间的间距为3m~6m。

优选的，所述内弦杆、外弦杆以及相邻直腹杆围成的框格中设有水平的斜腹杆；所述直腹杆上、对应斜腹杆的连接位置处设有第三连接短杆，并且第三连接短杆的轴线与斜腹杆的轴线重合；所述斜腹杆插接第三连接短杆中。

优选的，所述钢桁架坡道面的下端与地面固定，预应力钢索的上端与预埋在建筑物上的埋件或者是预埋在山谷石壁上的埋件相连，以形成具有承载能力的结构体系。

一种旋转上升的预应力钢结构坡道结构的施工方法，包括步骤如下。

步骤一，根据建筑造型，选取外弦杆和直腹杆，并且通过第一连接短杆将外弦杆和直腹杆连接。

步骤二，选取内弦杆，并且通过第二连接短杆将内弦杆与直腹杆。

步骤三，选取斜腹杆，并且将斜腹杆通过第三连接短杆与外弦杆、内弦杆连接，从而构成钢桁架坡道面。

步骤四，选取预应力钢索，将预应力钢索与外弦杆进行连接。

步骤五，将钢桁架坡道面的底端与地面固定，将预应力钢索的上端与预埋在建筑物上的埋件或者是预埋在山谷石壁上的埋件相连，至此施工完毕。

步骤六，各结构部件固定之后，张拉预应力钢索对整体结构施加预应力，以提高整体结构的刚度和稳定性，至此施工结束。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。

1、本发明的预应力钢结构坡道结构，应用于钢制的坡道结构，引入预应力提高了螺旋形坡道结构的刚度和稳定性，使用预应力钢索对结构施加预应力，在达到同样性能目标的前提下，可减少钢材用量，实现轻盈美观的建筑造型的目的。

2、本发明包括钢桁架坡道面、预应力钢索、各部件之间的连接节点；其中，各杆件通过合理布置与连接构成造型轻盈的钢桁架坡道面，同时，引入预应力钢索提高了钢结构的整体力学性能。

3、本发明可以有效提高钢结构坡道的各种力学性能指标，充分利用钢材、预应力钢索的材料特性，节省材料用量，同时，本发明的预应力索布置方式灵活多变，适用范围广泛，可实现各种建筑造型。

4、预应力体系结构与非预应力结构相比要节约钢材几倍至几十倍，本发明将预应力技术应用于钢结构坡道结构，可提高结构刚度及稳定性，改善结构受力状态，节省钢材，充分利用钢材强度，从而提高结构承载力，并实现轻盈美观的建筑效果，预应力施加方式灵活多变，可依据实际需求，设计不同的预应力布置方式，实现理想的建筑效果和使用要求。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明的平面结构示意图。

图3是本发明的正面结构示意图。

图4是本发明中钢桁架坡道面的结构示意图。

图5是本发明中外弦杆与直腹杆的节点结构示意图。

图6是本发明中外弦杆上设置第一连接短杆的结构示意图。

图7是本发明中内弦杆与直腹杆的节点结构示意图。

图8是本发明中内弦杆上设置第二连接短杆的结构示意图。

图9是本发明中钢桁架坡道面与预应力钢索的节点示意图。

附图标记：1-钢桁架坡道面、1.1-外弦杆、1.2-内弦杆、1.3-直腹杆、1.4-斜腹杆、2-预应力钢索、3-第一连接短杆、4-第二连接短杆、5-第三连接短杆、6-第四连接短杆、7-盖板、8-耳板、9-索夹、10-轴销。

具体实施方式

如图1-9所示，这种旋转上升的预应力钢结构坡道结构，包括有钢桁架坡道面1和预应力钢索2；所述钢桁架坡道面1呈螺旋形、由地面逐渐向上延伸，并且钢桁架坡道面1的旋转直径由下而上逐渐增大；所述钢桁架坡道面1包括有外弦杆1.1、内弦杆1.2以及连接在外弦杆1.1和内弦杆1.2之间的直腹杆1.3；所述外弦杆1.1有一组，且一组外弦杆1.1呈螺旋形设置；所述内弦杆1.2有一组，且一组内弦杆1.2呈螺旋形设置；所述直腹杆1.3有一组，间隔布置在一组外弦杆1.1与一组内弦杆1.2之间；所述外弦杆1.1、内弦杆1.2和直腹杆1.3均为钢构件，并且钢构件的应力比控制在0.9以下；所述预应力钢索2有一组，且一组预应力钢索2沿着钢桁架坡道面1的外边线间隔布置；其中，每根预应力钢索2的下端连接钢桁架坡道面1的外边线上，预应力钢索2的上端连接在固定结构上；所述预应力钢索2的应力比控制在0.3以下。

本实施例中，钢构件的应力比为钢构件中的实际应力与该钢构件的屈服应力比值。

本实施例中，所述钢桁架坡道面1平面展开坡度为6°~15°。

本实施例中，所述外弦杆1.1的内侧、对应直腹杆1.3的位置处设有第一连接短杆3；所述第一连接短杆3的轴线与直腹杆1.3的轴线重合，且第一连接短杆3插设在直腹杆1.3中、并与直腹杆1.3固定连接。

本实施例中，所述内弦杆1.2的内侧、对应直腹杆1.3的位置处设有第二连接短杆4；所述第二连接短杆4的轴线与直腹杆1.3的轴线重合，且第二连接短杆4插设在直腹杆1.3中、并与直腹杆1.3固定连接。

本实施例中，所述预应力钢索2的下端连接在直腹杆1.3与外弦杆1.1的节点位置处；在外弦杆1.1的顶部设置有第四连接短杆6；所述第四连接短杆6的顶部设置有盖板7，并且在盖板7的顶部连接有耳板8；所述预应力钢索2的下端夹持有索夹9；所述索夹9与耳板8之间通过轴销10连接。

本实施例中，预应力钢索2的布置间距根据钢桁架坡道面1的实际受力情况而定，相邻预应力钢索2之间的间距为3m~6m。

本实施例中，所述内弦杆1.2、外弦杆1.1以及相邻直腹杆1.3围成的框格中设有水平的斜腹杆1.4；所述直腹杆1.3上、对应斜腹杆1.4的连接位置处设有第三连接短杆5，并且第三连接短杆5的轴线与斜腹杆1.4的轴线重合；所述斜腹杆1.4插接第三连接短杆5中。

本实施例中，一组直腹杆1.3与一组斜腹杆1.4共同构成锯齿形结构。

本实施例中，所述钢桁架坡道面1的下端与地面固定，预应力钢索2的上端与预埋在建筑物上的埋件或者是预埋在山谷石壁上的埋件相连，以形成具有承载能力的结构体系。

本实施例中，所述内弦杆1.2、外弦杆1.1、直腹杆1.3和斜腹杆1.4均采用钢构件。

这种旋转上升的预应力钢结构坡道结构的施工方法，包括步骤如下。

步骤一，根据建筑造型，选取外弦杆1.1和直腹杆1.3，并且通过第一连接短杆3将外弦杆1.1和直腹杆1.3连接。

步骤二，选取内弦杆1.2，并且通过第二连接短杆4将内弦杆1.2与直腹杆1.3。

步骤三，选取斜腹杆1.4，并且将斜腹杆1.4通过第三连接短杆5与外弦杆1.1、内弦杆1.2连接，从而构成钢桁架坡道面1。

步骤四，选取预应力钢索2，将预应力钢索2与外弦杆1.1进行连接。

步骤五，将钢桁架坡道面1的底端与地面固定，将预应力钢索2的上端与预埋在建筑物上的埋件或者是预埋在山谷石壁上的埋件相连。

步骤六，各结构部件固定之后，张拉预应力钢索2对整体结构施加预应力，以提高整体结构的刚度和稳定性，预应力钢索2的应力比控制在0.3以下，钢桁架坡道面1中的钢构件应力比控制在0.9以下，引入预应力钢索2可实现提高钢结构的整体力学性能和局部力学性能的目标。

本实施例中，相邻外弦杆1.1之间通过套管连接或者焊接连接；相邻内弦杆1.2之间通过套管连接或者焊接连接。

上述实施例并非具体实施方式的穷举，还可有其它的实施例，上述实施例目的在于说明本发明，而非限制本发明的保护范围，所有由本发明简单变化而来的应用均落在本发明的保护范围内。