[发明专利]弦支穹顶结构向心轴关节索杆体系

说明书

技术领域

本发明属于建筑结构工程技术领域，尤其涉及一种弦支结构体系。

背景技术

索杆体系是弦支结构体系中联系下部柔性索杆体系和上部刚性体系的关键部分，它通常是由撑杆下节点、撑杆上节点、撑杆、径向拉索（拉杆）及环向拉索组成。索杆体系的功能主要有二：1.在弦支穹顶施工阶段，将张拉端的预应力传递给环索单元，并将预应力通过径向索、竖向撑杆及撑杆上节点传递给上部网壳，使网壳结构预起拱；2.在弦支穹顶使用阶段，将上部网壳荷载通过撑杆上节点传递给径向拉索、竖向撑杆及高强度环向拉索，从而提高结构的整体受力性能。

目前的撑杆下节点根据环向索间断与否可分为：连续索下节点和间断索下节点。据此可将索杆体系分为连续索索杆体系和间断索索杆体系。传统的连续索索杆体系采用可滑动的撑杆下节点和销轴铰撑杆上节点，这种体系存在几个问题：1）在施工张拉过程中环向索与索夹之间可以产生相对滑动，且应尽可能保证环索可以自由滑动，而在使用阶段（即施工结束之后）则需要固定环索，使之不能与索夹产生相对滑动，滑动与固定的转换增加了施工复杂程度；2）传统的可滑动撑杆下节点在张拉过程中由于环索与索夹摩擦，预应力损失比较严重，降低了施工可控程度，尽管采取了诸多措施，节点形式相对复杂，但效果均不理想；3）弦支穹顶结构计算理论要求撑杆与上部刚性结构的连接以及径向拉杆和撑杆下节点的连接均为空间铰接连接，而传统的销轴铰只能保证撑杆和径向拉杆径向方向铰接而其他方向不能满足铰接要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种可避免因环索滑动与撑杆下节点摩擦造成预应力损失，并能够降低施工复杂程度，提高施工可控程度且构造简单、传力路径明确的弦支穹顶结构向心轴关节索杆体系。为此，本发明采用如下的技术方案。

一种弦支穹顶结构向心轴关节索杆体系，包括向心关节轴承撑杆上节点、撑杆、不可滑动撑杆下节点，其中，

向心关节轴承撑杆上节点包括：与上部结构节点（1）固定连接的两片节点耳板（2）、与固定两片节点耳（2）和上部结构节点（1）固定连接的半圆管加劲肋（3）、位于两片节点耳板2之间的撑杆耳板（4）、第一向心关节轴承（12a）及第一销轴（5a），所述的第一向心关节轴承（12a）包括相互嵌套的轴承外环（14a）和轴承内环（15a），置于撑杆耳板（4）上开设的孔洞内部，第一销轴（5a）贯穿撑杆耳板（4）、轴承内环（15a）及节点耳板（2），轴承外环（14a）与撑杆耳板（4）固定连接；撑杆耳板（4）与撑杆的上端固定连接；

不可滑动撑杆下节点包括：上索夹7、下索夹8、环向拉索9、径向拉杆耳板10、径向拉杆11、第二向心关节轴承（12b）及第二销轴（5b），上索夹（7）和下索夹（8）通过高强螺栓（13）相互固定，两者的中部设置有相互对应的突起部分和凹陷部分，两者相互对准并共同围成空腔（16），该空腔内表面与环向拉索（9）的外表面相互配合，其截面直径略小于环向拉索（9）的直径，用于容纳和紧固环向拉索（9）；径向拉杆耳板（10）内置第二向心关节轴承（12b），第二向心关节轴承（12b）包括轴承外环14b和轴承内环15b，轴承外环（14b）与径向拉杆耳板（10）固定连接，第二销轴（5b）穿过径向拉杆耳板（10）、轴承内环（15b）和径向拉杆（11）的端部；撑杆下端固定在上索夹（7）上。

作为优选实施方式，在空腔内表面设置有金属毛刺；若所采用的环向拉索（9）为高钒索，则空腔立面呈波浪状，与高钒索的外表面形状相配合；在空腔的内表面或在环向拉索的外表面涂覆有建筑结构胶。

本发明提出的向心轴关节索杆体系，索杆体系采用了不可滑动撑杆下节点（施工阶段和使用阶段），将向心关节轴承引入弦支穹顶索杆体系中，利用向心关节轴承万向转动的功能，将向心关节轴承置于撑杆耳板和径向耳板内，实现撑杆与上部结构、径向拉杆与撑杆下节点的空间铰接连接；向心关节轴承撑杆上节点允许撑杆径向可动、环向微动，从而撑杆下节点可以撑杆上节点为圆心摆动。施工过程中，环向拉索与撑杆下节点全程相对固定，直接通过撑杆下节点摆动实现预应力张拉，有别于传统通过环索滑动的张拉方式，这种全新的张拉机理避免了传统撑杆下节点环索相对滑动产生预应力损失的问题，提高施工可控程度；构造简单、易于实现，满足计算假定，降低施工复杂程度。

附图说明

图1为本发明整体构造示意图；

图2为撑杆上节点示意图；

图3为撑杆下节点示意图。