一种空心大悬挑结构的水平曲线预应力装置

本发明涉及一种空间结构组件，特别是一种空心大悬挑结构的水平曲线预应力装置。

背景技术：

预应力钢结构中，为提高结构的竖向刚度，可采用斜拉索，斜拉索下端拉至结构较低点；也可采用竖向非封闭曲线索，曲线索设置在钢结构下部，通过撑杆与钢结构连接；也可采用封闭水平曲线索，在曲线索法线方向设置拉索或撑杆与钢结构连接。随着经济发展，建筑物尤其是大跨度空间结构的建筑造型趋向于更加新颖、复杂的发展方向。对于为实现建筑造型而产生的空心大悬挑结构，无法采用上述几种方式实现预应力的施加，需要提出一种新的预应力装置，改善空心大悬挑结构空心位置悬挑结构的受力状态，提高大悬挑结构的承载能力、刚度及稳定性，有限减小钢结构用量，提高经济效益。

技术实现要素：

针对空心大悬挑结构空心位置悬挑不能设置直线预应力索将荷载传至结构非悬挑位置，而采用非预应力钢结构，悬挑位置难以满足承载力和竖向刚度的安全要求，钢构件截面大，结构成本高的问题，本发明提出一种水平曲线预应力装置，将空心位置悬挑结构的荷载有效传至结构非悬挑位置，充分发挥预应力刚结构的优势，提高悬挑结构承载力和竖向刚度，实现建筑造型要求，降低工程造价，同时保证了结构的可靠性和安全性。

本发明涉及一种空心大悬挑结构的水平曲线预应力装置，设置在空心大悬挑结构中性轴以上的水平曲线预应力装置包括水平曲线索、直线索、环索夹节点、直索夹节点、斜索夹节点和张拉端节点，其特征在于：水平曲线索为非封闭曲线，两端与直线索连接；直线索布置在水平曲线索端点的切线方向，自曲线索端点延伸至空心大悬挑结构非悬挑位置，设置张拉端节点与空心大悬挑结构连接；曲线索设置环索夹节点与空心大悬挑结构连接；直线索设置直索夹节点与空心大悬挑结构连接；直线索与曲线索交点位置设置斜索夹节点与空心大悬挑结构连接；直线索、曲线索在张拉过程中，能够在索夹节点内滑移；环索夹节点、直索夹节点、斜索夹节点与空心大悬挑结构焊接，无相对变形；张拉端节点布置在直线索的端点。

优选地，所述水平曲线预应力装置设置在空心大悬挑结构顶部，从而使得其效率最高。

优选地，水平曲线索曲线形状可为圆弧、不同曲率圆弧拼接拟合曲线或者椭圆弧。

优选地，在张拉端节点对预应力索进行张拉，张拉完成后，张拉端节点与空心大悬挑结构采用销轴连接。

优选地，预应力张拉完成后，索夹节点通过螺栓将盖板卡紧固定直线索、曲线索，索体与索夹节点无相对滑移。

优选地，空心大悬挑结构为钢结构空间网格体系，可采用网架结构、立体桁架、平面正交桁架。

优选地，所述直线索、曲线索，径向索均为galfan合金镀层钢索。

优选地，所述直索夹节点、斜索夹节点、环索夹节点、环径索夹节点均为铸钢节点，材质为g20mn5。

优选地，在曲线索法线方向布置径向索，径向索一端与空心大悬挑结构悬挑末端连接，一端设置耳板与环索夹节点连接。环向索节点与空心大悬挑结构不再焊接连接，采用螺栓连接；环索夹节点与空心大悬挑结构在径向索方向采用长圆孔螺栓连接，可相对变形，同时索体受力变形时，环索夹节点可随索体一同变形，无相对滑移；在曲线索切线方向采用螺栓连接，不可相对滑移。径向索末端设置固定端节点与空心大悬挑结构采用销轴连接。

优选地，径向索末端索体设置螺纹，可通过拧紧或释放螺纹调节索内力。

优选地，径向索末端设置张拉端节点与空心大悬挑结构悬挑末端连接，同时张拉直线索和径向索，有效减小张拉预应力损失。

优选地，设置斜线索，一端与直线索连接，设置折索夹节点与空心大悬挑结构连接，另一端设置张拉端节点，张拉完成后，张拉端节点与空心大悬挑结构采用销轴连接。

本发明有效地将预应力施加在空心大悬挑结构悬挑位置，将空心位置悬挑结构的荷载传至结构非悬挑位置，发挥预应力钢结构的优势，实现建筑造型效果的前提下，提高结构的经济性和安全性。

曲线索法线方向布置径向索，将预应力索与空心大悬挑结构连接点向悬挑末端外移，连接点布置更均匀分散，提高了预应力对增加结构承载力和竖向刚度的的效率

环索夹节点与空心大悬挑结构在径向索方向可相对滑移，张拉过程中，环索夹节点同曲线索变形一致，巧妙的避免张拉过程中曲线索与索夹节点间的摩擦损失，降低了预应力张拉施工难度，提高了设计状态与实际施工完成状态结构受力的一致性。

径向索末端设置张拉端节点，预应力施加可同时张拉直线索和径向索，减小张拉过程中预拉力传递行程，减小预应力损失，有效提高张拉效率。

直线索末端设置斜线索，将悬挑位置荷载传至空心大悬挑结构非悬挑位置的标高降低，有效减小后部结构竖向构件的弯矩，减小构件截面尺寸，节省用钢量。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性具体实施方式进一步说明：

图1为本发明的水平曲线预应力装置与空心大悬挑结构的整体三维图；

图2为本发明的水平曲线预应力装置与空心大悬挑结构的俯视图；

图3为本发明的水平曲线预应力装置与空心大悬挑结构的正视图；

图4为本发明的水平曲线预应力装置的整体三维图；

图5为本发明的水平曲线预应力装置直索夹节点轴侧图；

图6为本发明的水平曲线预应力装置斜索夹节点轴侧图；

图7为本发明的水平曲线预应力装置环索夹节点轴侧图；

图8为本发明的水平曲线预应力装置张拉端节点轴侧图。

附图标记：1水平曲线预应力装置；2空心大悬挑结构；3直线索；4曲线索；5直索夹节点；6斜索夹节点；7环索夹节点；8张拉端节点；9径向索；10固定端节点；11斜线索；12折索夹节点；13索夹盖板；14索夹螺栓；15长圆孔；16耳板；17销轴。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明技术方案进一步说明。

具体实施方式1

本发明涉及一种空心大悬挑结构的水平曲线预应力装置，设置在空心大悬挑结构中性轴以上的水平曲线预应力装置包括水平曲线索、直线索、环索夹节点、直索夹节点、斜索夹节点和张拉端节点，其特征在于：水平曲线索为非封闭曲线，两端与直线索连接；直线索布置在水平曲线索端点的切线方向，自曲线索端点延伸至空心大悬挑结构非悬挑位置，设置张拉端节点与空心大悬挑结构连接；曲线索设置环索夹节点与空心大悬挑结构连接；直线索设置直索夹节点与空心大悬挑结构连接；直线索与曲线索交点位置设置斜索夹节点与空心大悬挑结构连接；直线索、曲线索在张拉过程中，能够在索夹节点内滑移；环索夹节点、直索夹节点、斜索夹节点与空心大悬挑结构焊接，无相对变形；张拉端节点布置在直线索的端点。

优选地，所述水平曲线预应力装置设置在空心大悬挑结构顶部，从而使得其效率最高。

优选地，水平曲线索曲线形状可为圆弧、不同曲率圆弧拼接拟合曲线或者椭圆弧。

优选地，在张拉端节点对预应力索进行张拉，张拉完成后，张拉端节点与空心大悬挑结构采用销轴连接。

优选地，预应力张拉完成后，索夹节点通过螺栓将盖板卡紧固定直线索、曲线索，索体与索夹节点无相对滑移。

优选地，空心大悬挑结构为钢结构空间网格体系，可采用网架结构、立体桁架、平面正交桁架。

优选地，所述直线索、曲线索，径向索均为galfan合金镀层钢索。

优选地，所述直索夹节点、斜索夹节点、环索夹节点、环径索夹节点均为铸钢节点，材质为g20mn5。

具体实施方式2

本发明涉及一种空心大悬挑结构的水平曲线预应力装置，设置在空心大悬挑结构中性轴以上的水平曲线预应力装置包括水平曲线索、直线索、环索夹节点、直索夹节点、斜索夹节点和张拉端节点，其特征在于：水平曲线索为非封闭曲线，两端与直线索连接；直线索布置在水平曲线索端点的切线方向，自曲线索端点延伸至空心大悬挑结构非悬挑位置，设置张拉端节点与空心大悬挑结构连接；曲线索设置环索夹节点与空心大悬挑结构连接；直线索设置直索夹节点与空心大悬挑结构连接；直线索与曲线索交点位置设置斜索夹节点与空心大悬挑结构连接；直线索、曲线索在张拉过程中，能够在索夹节点内滑移；环索夹节点、直索夹节点、斜索夹节点与空心大悬挑结构焊接，无相对变形；张拉端节点布置在直线索的端点。

优选地，在曲线索法线方向布置径向索，径向索一端与空心大悬挑结构悬挑末端连接，一端设置耳板与环索夹节点连接。环向索节点与空心大悬挑结构不再焊接连接，采用螺栓连接；环索夹节点与空心大悬挑结构在径向索方向采用长圆孔螺栓连接，可相对变形，同时索体受力变形时，环索夹节点可随索体一同变形，无相对滑移；在曲线索切线方向采用螺栓连接，不可相对滑移。径向索末端设置固定端节点与空心大悬挑结构采用销轴连接。

优选地，径向索末端索体设置螺纹，可通过拧紧或释放螺纹调节索内力。

优选地，径向索末端设置张拉端节点与空心大悬挑结构悬挑末端连接，同时张拉直线索和径向索，有效减小张拉预应力损失。

优选地，设置斜线索，一端与直线索连接，设置折索夹节点与空心大悬挑结构连接，另一端设置张拉端节点，张拉完成后，张拉端节点与空心大悬挑结构采用销轴连接。