[发明专利]CFRP悬带交叉索支结构

说明书

CFRP悬带交叉索支结构适用于大跨度空间结构领域，包括一个平面圆形外环，CFRP悬带采用波形锚锚固于圆形外环上，CFRP悬带两两交错形成平面索网，索网可根据需要设置成葵花型、方格型或不规则型，其交叉节点处布置重力刚度块夹具夹持。本结构不设置内环，索力在CFRP悬带中分布较为平均，一根CFRP悬带的断裂不会引起结构整体的倒塌，结构抗连续倒塌的能力较强，结构的鲁棒性较好；本结构采用单层平面索网，利用各节点处的重力刚度块抵抗风吸力，整体结构轻盈、美观；用CFRP悬带替代传统的刚拉索，可节约用索量，降低结构总的造价，实现良好的经济性。

技术领域

本发明是一种CFRP悬带交叉索支结构，属于一种新型的单层索支结构体系，主要适用于大跨度空间结构领域，如体育场、体育馆、展览中心等。

背景技术

索支结构是由柔性受拉索及其边缘构件所形成的承重结构，主要应用于建筑工程中。其索的材料可以采用钢丝束、钢丝绳、钢铰线、链条、圆钢等材料。为了最大可能地形成室内无柱的大空间，以满足容纳比赛场地、大型展示和飞机的需要，像体育场、体育馆、展览馆和飞机库这样的大跨度建筑也广泛采用索支结构。

悬带桥是由柔性悬带支承其上的桥面板所形成的承重结构，主要应用于桥梁工程中。悬带的材料主要是采用钢材。

为了满足大空间、大跨度等的要求，同时为了使结构变的更加安全和轻盈，本文提出了一种CFRP悬带交叉索支结构，是把悬带桥的理念用在了索支结构中，并采用CFRP这种新材料作为悬带替代钢材。

发明内容：

本发明的目的是为了解决目前存在的建筑跨度受限制和抗倒塌能力不足的问题，提出了一种CFRP悬带交叉索支结构形式。

它包括一个圆型外环和CFRP悬带两两交错形成的索网结构体系。所述CFRP索网可根据需要设置成葵花型、方格型或不规则型，不设置内环。CFRP悬带锚固于圆外环上，CFRP悬带之间采用带重力刚度块的夹具夹持。CFRP悬带受自身重力和重力刚度块重力作用会下挠成为悬列线，以此来承受结构向下的荷载，比如自重和雪荷载；向上的风吸力由重力刚度块所产生的重力刚度来抵抗。该CFRP悬带交叉索支结构由于采用了CFRP作为悬带，相较于采用传统的钢悬带，可以节约材料用量，减轻结构自重，使结构更加轻盈、经济；采用悬带两两交错形成的单层平面索网，在结构美学上具有创新性；不设置内环，无关键节点，结构内力在各CFRP悬带和节点处分布较为平均，结构抗连续倒塌能力强、鲁棒性好。

圆外环曲线公式如下。式中，r是圆的半径。其实就是xoy平面和圆柱形曲面的交线，xoy平面的原点就是圆外环曲线的中心点。

x²+y²＝r²

CFRP悬带中心线的曲线方程，对于规则型中的葵花型，其实就是悬链线旋转曲面与相切于虚拟内环的竖直平面的交线段，且交线段的两个端点在圆外环曲线上。其公式如下：

且其端点满足：

式中，k,r的定义同上述不规则型的公式，是相切于虚拟内环的竖直平面的公式，r₀是虚拟内环在xoy平面内正投影曲线(为一个圆环)的半径，(x₀,y₀)是该正投影曲线(为一个圆环)上的点。

CFRP悬带中心线的曲线方程，对于规则型中的方格型，其实就是悬链线旋转曲面与相交于圆柱形曲面的与x轴平行(或重合)的竖直平面或与y轴平行(或重合)的竖直平面的交线段，且交线段的两个端点在圆外环曲线上。其公式如下：

且其端点满足：

或者