[发明专利]大跨度充气式预应力张弦桁架及其施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及大跨度充气式预应力张弦桁架及其施工方法。

背景技术

在现有大跨度空间结构中，张弦结构和膜结构理论研究和施工技术均有所发展。张弦结构自重小，承载力高，但在跨度比较大时，考虑到适宜矢跨比和索的垂跨比的要求，竖向的刚性受压撑杆往往为细长杆，失稳问题至关重要。膜结构主要包括充气式膜结构、张拉索膜结构、骨架悬挂式膜结构。充气式膜结构中由于膜易褶皱，承载力偏低。索膜结构中，结构自重非常小，要考虑膜结构的风致响应等问题。

在预应力张弦桁架的施工中，需要穿心千斤顶等张拉设备，需要搭建张拉操作平台；在单向张弦桁架及双向张弦桁架的施工中，有时还需要搭建滑移轨道，张拉时预应力拉索往往需要多级张拉、多个预应力索同时张拉，这无疑都增加施工难度。

发明内容

本发明是要解决现有张弦桁架结构中需考虑撑杆稳定性能且现场施工效率低、纯充气式结构承载力低的问题，而提供大跨度充气式预应力张弦桁架及其施工方法。

本发明大跨度充气式预应力张弦桁架由桁架、主拉索、纺锤形低内压充气气囊、垫板和多个环索组成；所述桁架包括上弦杆、下弦杆和腹杆，上弦杆、下弦杆与腹杆分别通过焊接相贯连接；所述上弦杆和下弦杆的左端通过焊接固定在左焊接球节点表面上，所述上弦杆和下弦杆的右端通过焊接固定在右焊接球节点表面上，所述左焊接球节点和右焊接球节点中间分别开有贯通孔；所述垫板通过焊接固定在桁架下弦平面内，在垫板下端设置有纺锤形低内压充气气囊，所述纺锤形低内压充气气囊的下表面设置有多个横向索套，在所述纺锤形低内压充气气囊的外表面的竖直方向设置有由多个竖向索套组成的索套组，在所述纺锤形低内压充气气囊的外表面的竖直方向平行设置多个索套组；所述多个横向索套和多个索套组通过黏合连接在低内压充气气囊外表面，所述主拉索穿过多个横向索套与纺锤形低内压充气气囊相连接，所述主拉索的左端通过锚具固定在左焊接球节点内，所述主拉索的右端通过锚具固定在右焊接球节点内；所述多个环索分别穿过索套组与纺锤形低内压充气气囊相连接，多个环索的上端通过锚具和螺栓固定在下弦杆的外侧表面；所述主拉索与多个环索通过双向交叉索节点连接。

上述大跨度充气式预应力张弦桁架的施工方法是按以下步骤进行的：

一、先将上弦杆和下弦杆按所需几何尺寸成形，然后将上弦杆、下弦杆与腹杆分别通过焊接相贯连接，得到桁架；

二、将垫板通过焊接固定在步骤一得到的桁架下弦平面内，垫板下平面与下弦杆底面齐平；垫板与下弦杆接触处光滑处理并用膜片覆盖；

三、工厂裁剪纺锤形低内压充气气囊，两端设置充气与测压装置；

四、主拉索穿过多个横向索套与步骤三得到的纺锤形低内压充气气囊相连接，将主拉索的左端穿过步骤一得到的桁架的左焊接球节点的贯通孔并用锚栓固定，主拉索的右端穿过桁架的右焊接球节点的贯通孔并用锚栓固定，多个环索分别穿过索套组与纺锤形低内压充气气囊相连接，多个环索的上端通过锚具和螺栓固定在下弦杆的外侧表面；通过双向交叉索节点将主拉索和多个环索相连，得到大跨度充气式预应力张弦桁架；

五、将大跨度充气式预应力张弦桁架的两端放置在支架上，通过纺锤形低内压充气气囊两端的充气与测压装置给纺锤形低内压充气气囊充气至设计气压，建立结构初始预应力；

六、吊装就位，支座连接，完成大跨度充气式预应力张弦桁架的装配。

本发明大跨度充气式预应力张弦桁架由桁架、主拉索、圆柱形低内压充气气囊和垫板组成；所述桁架包括上弦杆、下弦杆和腹杆，上弦杆、下弦杆与腹杆分别通过焊接相贯连接；所述上弦杆和下弦杆的左端通过焊接固定在左焊接球节点表面上，所述上弦杆和下弦杆的右端通过焊接固定在右焊接球节点表面上；所述垫板通过焊接固定在桁架下弦平面内，在垫板下端设置有圆柱形低内压充气气囊，所述圆柱形低内压充气气囊的外表面设置有多个索套，所述多个索套通过黏合连接在圆柱形低内压充气气囊外表面，所述主拉索穿过多个索套呈空间螺旋状与圆柱形低内压充气气囊相连接，所述主拉索的端部通过锚具和螺栓固定在桁架的下弦平面的外侧面，所述主拉索的交叉处通过双向交叉索节点连接。

上述大跨度充气式预应力张弦桁架的施工方法是按以下步骤进行的：

一、先将上弦杆和下弦杆按所需几何尺寸成形，然后将上弦杆、下弦杆与腹杆分别通过焊接相贯连接，得到桁架；

二、将垫板通过焊接固定在步骤一得到的桁架下弦平面内，垫板下平面与下弦杆底面齐平；垫板与下弦杆接触处光滑处理并用膜片覆盖；

三、工厂裁剪圆柱形低内压充气气囊，两端设置充气与测压装置；