一种减小曲线预应力张拉损失的装置及方法

本发明涉及一种大跨空间结构的预应力张拉技术，特别是一种减小曲线预应力张拉损失的装置及方法。

背景技术：

预应力钢结构通过在钢结构中施加预应力，改善结构受力状态，提高结构承载能力、刚度及稳定性，从而减少结构用钢量，降低造价，在大跨空间结构中的应用非常广泛。预应力的施工需根据结构体系确定合理经济的张拉方法，为确保结构成型后受力状态与设计状态一致。尤其在曲线预应力索施工中，索体与索夹节点的摩擦损失可达到10％，甚至更大。尽量减小摩擦损失是张拉方法选择考虑的很重要的因素。选择摩擦损失较小的施工张拉方案，往往施工成本高，甚至为了减小摩擦损失，需要设计特定的索夹节点，加工困难精度要求极高，摩擦损失仍然不可忽略，需要根据实际预应力值对主体结构调整设计。如何有效的减小摩擦损失是曲线预应力应用的难题。

技术实现要素：

在预应力索张拉过程中，索夹节点与钢结构连接，无相对变形，预应力索在索夹节点的滑道内滑移。索夹节点滑道内通常采用铺设聚四氟乙烯板的方式，减小索张拉过程中索滑移与滑道间的摩擦。对于曲线预应力筋，索夹节点滑道的曲率应与曲线预应力索的曲率完全一致，确保张拉过程中索体与滑道间的摩擦力最小。但实际施工过程中，由于加工误差等原因，滑道与索体曲面不能完全吻合，张拉过程中索体易形成折点，聚四氟乙烯片无法发挥作用，导致实际预应力损失与理论计算值相差很大。

本发明提出一种减小张拉过程中曲线预应力张拉损失的装置及方法。该装置中曲线索索夹节点与钢结构在曲线索法线方向可相对滑移，在预应力张拉过程中，索夹节点可随索体一同变形，二者不再出现相对滑移，有效避免了张拉过程的摩擦力损失，结构构件的设计内力与实际工程完成状态相符合，达到更精准的设计。

本发明涉及一种减小曲线预应力张拉损失的装置，包括曲线索、直线索、径向索，直索夹节点、斜索夹节点、环索夹节点、张拉端节点和固定端节点，其特征在于：曲线索为非封闭曲线，两端与直线索连接，曲线索设置环索夹节点与钢结构连接；直线索布置在水平曲线索端点的切线方向，一端连接曲线索，一端设置张拉端节点与钢结构连接；直线索设置直索夹节点与钢结构连接；直线索与曲线索交点位置设置斜索夹节点与钢结构连接；径向索布置在曲线索法线方向，径向索一端设置耳板与环索夹节点连接，一端设置固定端节点与钢结构连接，环索夹节点与钢结构在径向索方向能够相对滑移，在曲线索切线方向不可相对滑移，张拉端节点布置在直线索的端点。

本发明还涉及一种减小曲线预应力张拉损失的方法，其特征在于：在预应力张拉过程中，径向索在固定端节点与钢结构连接，在张拉端对直线索进行张拉，直线索在直索夹节点内滑移，将张拉预应力传至曲线索，再通过环索夹节点传至径向索，通过径向索固定端节点传至钢结构上；张拉完成后，直线索在张拉端节点与钢结构通过销轴连接，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；预应力索在固定端节点、张拉端节点、直索夹节点、斜索夹节点均与钢结构变形协调；在预应力张拉过程、预应力张拉完成、结构正常使用过程中，环径索夹节点与索体变形协同，与钢结构可沿径向索方向相对滑移，在曲线索切线方向不可滑移。

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、椭圆弧。

优选地，张拉端节点与钢结构采用销轴连接。

优选地，直索夹节点、斜索夹节点与钢结构采用焊接连接。

优选地，环索夹节点与钢结构在径向索方向采用长圆孔螺栓连接，在曲线索切线方向采用螺栓连接。

优选地，径向索在张拉过程为曲线索定型。

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力。

优选地，径向索末端设置张拉端节点与钢结构连接，预应力施加可同时张拉直线索和径向索。

优选地，主体结构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、环索夹节点均为铸钢节点，材质为g20mn5。

有益效果：

本发明使得预应力张拉过程中，曲线索索夹节点可随索体一同变形，不再出现相对滑移，巧妙的避免了张拉过程中曲线预应力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。

设置径向索将预应力索与钢结构连接点外移，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。

环索夹节点与钢结构的可相对滑移，径向索末端索体设置螺纹，保证了线索存在找形误差的情况下，仍可与钢结构连接，不影响结构受力安全性。

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。

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为本发明的减小曲线预应力张拉损失装置的整体三维图；

图2为本发明的水平曲线预应力装置直索夹节点轴侧图；

图3为本发明的水平曲线预应力装置斜索夹节点轴侧图；

图4为本发明的水平曲线预应力装置环索夹节点轴侧图；

图5为本发明的水平曲线预应力装置张拉端节点轴侧图；

图6为本发明的水平曲线预应力装置张拉端节点的销轴构造图。

附图标记如下：

1直线索；2曲线索；3径向索；4直索夹节点；5斜索夹节点；6环索夹节点；7张拉端节点；8固定端节点；9索夹盖板；10索夹螺栓；11长圆孔；12耳板；13销轴；14钢结构。

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

本发明涉及一种减小曲线预应力张拉损失的装置，包括曲线索、直线索、径向索，直索夹节点、斜索夹节点、环索夹节点、张拉端节点和固定端节点，其特征在于：曲线索为非封闭曲线，两端与直线索连接，曲线索设置环索夹节点与钢结构连接；直线索布置在水平曲线索端点的切线方向，一端连接曲线索，一端设置张拉端节点与钢结构连接；直线索设置直索夹节点与钢结构连接；直线索与曲线索交点位置设置斜索夹节点与钢结构连接；径向索布置在曲线索法线方向，径向索一端设置耳板与环索夹节点连接，一端设置固定端节点与钢结构连接，环索夹节点与钢结构在径向索方向能够相对滑移，在曲线索切线方向不可相对滑移，张拉端节点布置在直线索的端点。

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、椭圆弧。

优选地，张拉端节点与钢结构采用销轴连接。

优选地，直索夹节点、斜索夹节点与钢结构采用焊接连接。

优选地，环索夹节点与钢结构在径向索方向采用长圆孔螺栓连接，在曲线索切线方向采用螺栓连接。

优选地，径向索在张拉过程为曲线索定型。

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力。

具体实施方式2

本发明涉及一种减小曲线预应力张拉损失的装置，包括曲线索、直线索、径向索，直索夹节点、斜索夹节点、环索夹节点、张拉端节点和固定端节点，其特征在于：曲线索为非封闭曲线，两端与直线索连接，曲线索设置环索夹节点与钢结构连接；直线索布置在水平曲线索端点的切线方向，一端连接曲线索，一端设置张拉端节点与钢结构连接；直线索设置直索夹节点与钢结构连接；直线索与曲线索交点位置设置斜索夹节点与钢结构连接；径向索布置在曲线索法线方向，径向索一端设置耳板与环索夹节点连接，一端设置固定端节点与钢结构连接，环索夹节点与钢结构在径向索方向能够相对滑移，在曲线索切线方向不可相对滑移，张拉端节点布置在直线索的端点。

优选地，径向索末端设置张拉端节点与钢结构连接，预应力施加可同时张拉直线索和径向索。

优选地，主体结构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、环索夹节点均为铸钢节点，材质为g20mn5。

具体实施方式3

本发明还涉及一种减小曲线预应力张拉损失的方法，其特征在于：在预应力张拉过程中，径向索在固定端节点与钢结构连接，在张拉端对直线索进行张拉，直线索在直索夹节点内滑移，将张拉预应力传至曲线索，再通过环索夹节点传至径向索，通过径向索固定端节点传至钢结构上；张拉完成后，直线索在张拉端节点与钢结构通过销轴连接，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；预应力索在固定端节点、张拉端节点、直索夹节点、斜索夹节点均与钢结构变形协调；在预应力张拉过程、预应力张拉完成、结构正常使用过程中，环径索夹节点与索体变形协同，与钢结构可沿径向索方向相对滑移，在曲线索切线方向不可滑移。