[发明专利]一种施加预应力的钢管整体桁架及其施工方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种建筑桁架及其施工方法，特别是涉及一种施加预应力的钢管整体桁架及其施工方法。

背景技术

在现代建筑中，以钢管为杆件组成的钢桁架，因其承载力大、布置灵活、施工方便，已广泛应用于大跨度和大悬臂结构、转换梁结构中。目前，平面桁架的杆件节点分为铰接和刚接两种形式。当采用铰接节点时，平面桁架为静定结构，即指无多余约束的几何不变体系，仅一道防线，只要有一根杆件破坏，瞬间结构倒塌，后果不堪设想；当采用刚接节点时，虽然桁架仍属于超静定结构，即指有多余约束的几何不变体系，但如果要确保桁架结构在某一杆件或节点发生破坏时，仍能有一定的塑性变形能力，而不是瞬间倒塌，则桁架中各杆件的承载力和刚度需要大幅度提高，增加了制作成本，从而带来极大的经济负担。特别在大跨度悬挂结构中，这个问题就更突出了。

另外，平面桁架的杆件节点无论是铰接还是刚接，桁架的变形都相当大，但刚接的整体性更有利于抗震及协调受力和变形；桁架构件中的各杆件的受力也很不平均，大者很大，小者很小，甚至为零杆，也造成了用材方面的浪费。因此它的推广使用多多少少受到一定的限制。

综上所述，普通矩形钢管桁架存在以下缺陷：

(1).采用铰接节点时为静定结构，无安全储备；

(2).采用刚接节点时，需要以极大的经济投入为代价才能换来较小的安全储备；

(3).个别杆件受力很大，个别杆件又几乎为零杆，造成局部杆件断面大和用材多；

(4).节点的刚接较难实现，常因节点的变形而使整体桁架的变形增大。

发明内容

本发明的目的是提供一种施加预应力的钢管整体桁架及其施工方法，该整体桁架为钢、混凝土、预应力钢绞线多材料组合的桁架体系，提高了桁架的承载力和刚度，并通过较小的经济投入为桁架体系提供二次防线。

本发明的技术方案可以通过以下的措施来实现：一种施加预应力的钢管整体桁架，所述的组成桁架的构件包括杆件和节点，所述的杆件包括上弦、下弦的弦杆和腹杆；其特征在于在所述桁架的受拉杆件及相连的节点中至少设有一束预应力钢铰线，所述预应力钢铰线的两端分别固定在桁架中受拉杆件及相连的节点所构成的受拉段的两端，在所述桁架的受压杆件及相连的节点内浇注有混凝土。

所述桁架的上弦、下弦的弦杆和腹杆可以为圆形截面或矩形截面的钢管等。

所述的节点为“K”型节点，即上、下弦的弦杆与腹杆之间均由“K”型节点连接，“K”型节点的竖直边水平布置，与弦杆相连；“K”型节点的二斜边均与倾斜的腹杆相连；连接受拉杆件的节点内设置让预应力钢铰线穿过的导索孔，所述的导索孔设在所在节点内靠近端口处的加劲肋板上。一般，两个导索孔为一组，位于节点内的二端口附近，分别作为钢铰线在节点中的导入孔和导出孔，根据节点所处位置的不同，导入孔和导出孔可以灵活布置，既可以都设在与弦杆相连的水平杆件内，又可以分别设在与弦杆相连的水平杆件和与腹杆相连的倾斜杆件内。

本发明可以作如下改进，连接受拉杆件的节点内还可以设有导索管，导索管的两端分别固定在节点内二端口处加劲肋板的导索孔内，从而更加方便穿装预应力钢绞线，导索管的形状是根据桁架内钢绞线的设计走向来确定的，可以为直线形，还可以为弧线形；所述的节点内还可以设有用来支撑导索管的支撑肋板，以增加结构强度，支撑肋板上端设有与导索管截面轮廓相适应的支撑槽。

本发明在桁架的矩形钢管内设置有预应力钢铰线，利用预应力钢铰线的张拉，形成桁架结构的反向预变形，并在受压的矩形钢管内灌注混凝土，利用受压的钢管混凝土及受拉的钢铰线，大大提高桁架杆件的承载力和刚度。当桁架的钢材接近弹塑性破坏时，由于矩形截面的钢管混凝土构件的抗压性能好，且预应力钢铰线的抗拉性能强，设有预应力钢铰线与灌注混凝土的钢管构件可以组成一种杆索结构体系，作为桁架的二次防线。

本发明可以作以下改进，当本发明用于悬臂结构的桁架中时，由于桁架的上弦受拉、下弦受压，所述的预应力钢铰线设置于桁架的上弦中，即设置在上弦的弦杆及与其相连的节点中；而浇注混凝土的部位为桁架的下弦及受压腹杆，即下弦的弦杆、节点及受压腹杆。

本发明还可以作以下改进，当本发明用于大跨度结构及转换梁结构中的桁架中时，与悬臂结构的受力相反，桁架上弦受压、下弦受拉，则所述的预应力钢铰线设置于桁架的下弦中，即设置在下弦的弦杆及与其相连的节点中；而浇注混凝土的部位为桁架的上弦及受压腹杆，即上弦的弦杆、节点及受压腹杆。由于在大跨度结构中，桁架受压腹杆的内力与受压上弦的弦杆相比要小得多，为减轻结构自重，浇注混凝土的部位也可仅为受压上弦的弦杆及节点。