[发明专利]用长度可调压杆实现预应力柱面索杆网壳结构成形的方法

说明书

技术领域

本发明涉及建筑领域，尤其涉及一种自平衡预应力索杆柱面网壳结构的成形方法。

背景技术

自平衡预应力索杆柱面网壳结构是由柔性拉索和刚性压杆组成的空间钢结构，与普通的柱面网壳结构不同，这种结构的结构基本单元体是一种由柔性拉索和压杆组成的六面体(如图1所示)。结构的刚度是从拉索的张力中获得，结构在成形前处于松弛态，必须通过在结构的每根拉索中施加预应力才能成形，且结构的工作机理和特性依赖于自身的形状和预应力分布，因此网壳结构中拉索的张拉成形技术是自平衡预应力索杆网壳结构在工程应用中的关键技术。但是，目前关于这种结构的成形工艺和施工技术措施尚不明确，阻碍了这种新型结构体系的应用和发展。

通常，拉索法是预应力空间结构施工中通常采用的结构成形手段，然而将拉索法用在自平衡预应力索杆柱面网壳结构的成形过程中还存在较大的困难，主要的原因是自平衡预应力索杆柱面网壳结构构造特殊。在自平衡预应力索杆柱面网壳结构中拉索的根数众多，绝大多数拉索的设计预应力不同，张拉过程中各拉索索力相互影响大，拉索张拉控制应力确定困难，而且自平衡预应力索杆网壳结构的各个节点上关联的构件数量较多，难以为数量众多的拉索的张拉提供必要的作业空间和锚固空间，工程实施困难，结构成形质量难以保证。

本发明给出的通过伸长杆件长度实现自平衡预应力索杆网壳结构形的方法，解决了拉索张拉困难的问题，该方法实施中只需依照拉索的应力应变规律，预先计算出各根拉索的施工下料长度，在拉索无应力的状态下锚固各拉索，然后通过伸长压杆的办法间接地张拉各拉索至设计状态，即可实现自平衡预应力索杆柱面网壳结构的成形。这种成形方法原理清晰，无需复杂运算，而且成形过程安全、高效，不需要重型张拉设备，一般技术人员即可掌握。

发明内容

目前针对自平衡预应力索杆网壳结构的成形方法，现有技术中未给出明确、可靠的成形方法，这严重阻碍了这种新型结构体系的应用和发展，进而本发明提供了一种用长度可调压杆实现预应力柱面索杆网壳结构成形的方法。本发明针对自平衡预应力索杆网壳结构预应力的特点，采用伸长长度可调整压杆的办法，间接地张拉各拉索至设计状态，以实现自平衡预应力索杆网壳结构的成形。

本发明方法的基本原理是：网壳结构中相关联的压杆与拉索在空间变形上具有连续性和协调性，同时压杆和拉索在弹性变形阶段其应力应变关系满足虎克定律，因此可以通过施工技术上可行的伸长长度可调压杆的办法，间接地张拉各拉索至设计状态，以实现网壳结构的成形。用这种方法对自平衡预应力索杆网壳结构实施成形，能可靠地建立结构各个杆件的设计应力，较好地实现自平衡预应力索杆柱面网壳结构既定的几何形状和应力状态，而且方法涉及的原理清楚、计算过程简单，有良好的应用前景。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种用长度可调压杆实现预应力柱面索杆网壳结构成形的方法，其实施步骤如下：

步骤一、计算每根拉索的净下料长度：

网壳结构中任意一根拉索i的下料长度计算式为：

式(1)中l_0i表示柱面网壳结构中任意拉索i的净下料长度；l_di表示柱面网壳结构中任意拉索i的净设计长度；σ_pei是拉索i的设计预应力；E_ps是拉索的弹性模量；a₁、a₂是考虑拉索两锚固端锚具在拉索张拉时产生的回缩值，需根据拉索锚具的特点取1～2mm，必要时可按实测值取用；计算式(1)中的1.05是考虑拉索松弛的超张拉系数；

步骤二、确定压杆的下料长度：

网壳结构中任意一根压杆k的下料长度计算式为：L_0k＝L_dk-ΔL_k    (2)