内外撑杆式索拱结构的制作方法[0002]目前土木工程领域大跨度钢结构的应用越来越多。但随着跨度增加自重急剧加大，结构面临使用功能、设计合理性及经济指标相互制约的矛盾。为了满足结构的使用功能同时减少结构自重改善结构的刚度，配有拉索的预应力张弦梁越来越多的应用于大跨度钢结构中。通过预应力拉索与撑杆的布置，大跨度钢结构的承载力与刚度都有了很大的改善。[0003]现有的索拱结构如图1所示，现有的张弦梁，包括位于同一平面内的上弦梁I (或拱或桁架)、撑杆3和下弦拉索2，所述上弦梁I的两端分别和下弦拉索2的两端固定连接；所述撑杆3竖直布置，其上端与上弦梁I铰接，下端通过索夹具4与下弦拉索2固定连接；张拉后的下弦拉索2形成轴对称形式的折线，上弦梁1、撑杆3和下弦拉索2形成自平衡体系，下弦拉索2受拉，撑杆3为受压二力杆，上弦梁I为压弯构件。[0004]上述结构中，下弦拉索2的预应力使结构产生反挠度，故结构在荷载作用下的最终挠度会减小，并且通过下弦拉索2的张拉力，使撑杆3产生向上的分力，导致上弦梁I产生与外荷载作用下相反的内力和变形，以形成整个张弦梁结构并提高结构刚度，撑杆3对抗弯受压构件提供弹性支撑，改善后者的受力性能；若压弯构件取为拱时，由下弦拉索2承受拱的水平推力，减轻拱对支座产生的负担，故在支座处宜采取必要的暂时的或永久的构造措施，在顶应力及外荷载作用下(指自重等屋面荷载作用下)形成自平衡体系，不产生水平推力；同时，下弦拉索2的存在可以大大的减小上弦梁I的截面，提高整个结构的承载能力。这时，如果下弦拉索2在使用中出现破坏断裂，则不能为拱支座提供水平拉力，支座可能会向两边移动，而且在下弦拉索2失效之后，其断裂点附近的撑杆3的作用失效，仅靠上弦梁I承受外荷载则可能会因承载力不足而发生断裂，随之整个张弦梁也会失效。[0005]如图2所示，取任意一偏离其所在折线角的角平分线的撑杆3与拉索2的连接点作为静力平衡研究对象，连接点受左右端拉索2的拉力Pl和P2和撑杆3对连接点的支撑力P3的作用，依据平行四边形法则，构成平衡力系，由于角α和角β不相等，因此根据几何知识可以知道Pl不等于Ρ2，因此在撑杆3与拉索2的连接点处索夹具4对拉索2的摩擦力F=P1-P2 Φ O。显而易见，拉索2若在索夹具4处保持平衡，索夹具4对拉索2的摩擦力F是必须的；反过来说，若索夹具4不能对拉索2提供足够的摩擦力，拉索2就不能与之保持相对静止，或者说撑杆3就不能保持平衡，就会向拉索2拉力小的方向滑动，导致拉索2松弛，直至索夹具4两侧的拉索2的拉力差值与索夹具4提供给拉索2的摩擦力相等为止。[0006]由于一般情况下,拉索2表面存在一层或多层PE防护层,该防护层相对于钢材是化学不稳定的，因此即便施工时索夹具4和拉索2间的摩擦力足够大，也只能够在一定时间内使撑杆3保持竖直，甚至即使当时做了摩擦力试验，达到要求，由于PE的化学不稳定性，会很快发生化学变化(如化学分解、老化)，从而发生拉索在撑杆3与拉索2的连接点处滑移而导致拉索2变松弛，进而产生结构安全隐患。
[0007]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种设计合理，在使用中能够避免出现在下弦拉索失效之后整个张弦梁直接失效的情况，同时也避免在使用中出现拉索松弛，而且可以增大结构截面高度和承载力的内外撑杆式索拱结构。[0008]本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的,一种内外撑杆式索拱结构，其特点是:包括上弦梁，在上弦梁上沿其长度方向设有若干组弦拉索，每组弦拉索与上弦梁之间均设有撑杆，所述的弦拉索、撑杆均与上弦梁处于同一平面内；所述的每组弦拉索包括设在上弦梁上下两侧并呈V型设置的上拉索和下拉索，上拉索的开口向下设置，下拉索的开口向上设置，上拉索和下拉索的前后两个自由端均分别与上弦梁铰接、并且同侧的铰接点重合；在上拉索的折点向下与上弦梁之间设有上撑杆，上撑杆设在上拉索的角平分线上，上撑杆的上端通过索夹具与上拉索的折点相接，上撑杆的下端铰接在上弦梁上；在下拉索的折点向上与上弦梁之间设有下撑杆，下撑杆设在下拉索的角平分线上，下撑杆的下端通过索夹具与下拉索的折点相接，下撑杆的上端铰接在上弦梁上，上撑杆与下撑杆在上弦梁上的铰接点为同一点；所述的在后一组弦拉索的上拉索、下拉索与上弦梁的前铰接点与在前一组弦拉索的上撑杆、下撑杆与上弦梁的铰接点重合设置；所述的在前一组弦拉索的上拉索、下拉索与上弦梁的后铰接点与在后一组弦拉索的上撑杆、下撑杆与上弦梁的铰接点重合设置。
[0009]本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述的内外撑杆式索拱结构，其特点是:所述的上拉索和下拉索分别设置为一体，索夹具设在V型折点处。
[0010]本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述的内外撑杆式索拱结构，其特点是:所述的索夹具包括上下两块夹板，上下两块夹板之间设有固定螺栓，在上夹板的中部设有与撑杆配合的连接耳。
[0011]本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述的内外撑杆式索拱结构，其特点是:所述的上拉索和下拉索分别由两根斜拉索组成，所述的索夹具设在两根斜拉索的V型折点处。
[0012]本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述的内外撑杆式索拱结构，其特点是:所述的索夹具包括设在两根斜拉索之间的连接板，连接板的两端分别设有与斜拉索配合的连接孔，在连接板的中部设有与撑杆配合的连接耳。
[0013]与现有技术相比，本发明将传统张弦梁的长拉索去掉，通过若干组弦拉索代之，若干组弦拉索包括上拉索、下拉索、上撑杆和下撑杆，在某一根上拉索或下拉索失效后，由于其余上拉索或下拉索与上弦梁和撑杆之间的连接关系，使得整个结构不会立刻失效，提高了抗倒塌性能，能够防止出现连续性倒塌，消除了安全隐患。同时，上拉索或下拉索与上撑杆或下撑杆的连接点处的两侧内力平衡，使索夹具与上拉索或下拉索之间不存在摩擦力，从而索夹具与上拉索或下拉索之间不会发生相对滑动，因此可以避免上拉索或下拉索松弛，消除安全隐患，另外，上撑杆和下撑杆的设置可以使整个截面高度大大增加，承载力也大大提闻。


[0014]图1为现有技术的结构示意图；
图2为图1中任一撑杆与短拉索的连接点受力分析图；
图3为本发明的一种结构示意图；
图4为图3中任一撑杆与短拉索的连接点受力分析图；
图5为索夹具的一种结构意图；
图6为索夹具的另一种结构意图。

[0015]参考图3，一种内外撑杆式索拱结构，包括上弦梁5，上弦梁5还可以为拱或桁架，在上弦梁5上沿其长度方向设有若干组弦拉索，每组弦拉索与上弦梁5之间均设有撑杆，所述的弦拉索、撑杆均与上弦梁5处于同一平面内；最外两组弦拉索分别于上弦梁5的两端铰接。所述的每组弦拉索包括设在上弦梁5上下两侧并呈V型设置的上拉索10和下拉索9，上拉索10的开口向下设置，下拉索9的开口向上设置，上拉索10和下拉索9的前后两个自由端均分别与上弦梁5铰接、并且同侧的铰接点重合。在上拉索10的折点向下与上弦梁5之间设有上撑杆6，上撑杆6设在上拉索10的角平分线上，上撑杆6的上端通过索夹具8与上拉索10的折点相接，上撑杆6的下端铰接在上弦梁5上；在下拉索9的折点向上与上弦梁5之间设有下撑杆7，下撑杆7设在下拉索9的角平分线上，下撑杆7的下端通过索夹具8与下拉索9的折点相接，下撑杆7的上端铰接在上弦梁5上，上撑杆6与下撑杆7在上弦梁5上的铰接点为同一点；所述的在后一组弦拉索的上拉索10、下拉索9与上弦梁5的前铰接点与在前一组弦拉索的上撑杆6、下撑杆7与上弦梁5的铰接点重合设置；所述的在前一组弦拉索的上拉索10、下拉索9与上弦梁5的后铰接点与在后一组弦拉索的上撑杆6、下撑杆7与上弦梁5的铰接点重合设置。
[0016]如图4所示，取任一组弦拉索的上拉索10或下拉索9及与其相连的上撑杆6或下撑杆7的连接点作为静力平衡研究对象。上拉索10或下拉索9的V型折点处受左右拉力Pl和P2，同时受上撑杆6或下撑杆7对连接点的支撑力P3和P4的作用，依据平行四边形法则构成平衡力系，由于角α和角β相等，因此可以知道Ρ1=Ρ2，即上拉索10或下拉索9的一侧拉索的内力在其长度内基本是个定值，上拉索10或下拉索9在上撑杆6或下撑杆7的连接点处的两侧内力平衡，使上撑杆6或下撑杆7不依靠与上拉索10或下拉索9间的摩擦力而自然处于二力平衡状态，上撑杆6或下撑杆7不会相对于上拉索10或下拉索9滑动，从而避免上拉索10或下拉索9松弛。
[0017]所述的上拉索10和下拉索9分别设置为一体，索夹具8设在V型折点处。如图5所示，此时索夹具8的结构为:所述的索夹具8包括上下两块夹板12、13，上下两块夹板12、13之间设有固定螺栓，在上夹板12的中部设有与撑杆配合的连接耳11。安装时，上下两块夹板12、13将上拉索10或下拉索9夹在其中间，然后用固定螺栓将上下两块夹板12、13固定紧，同时撑杆通过螺栓固定在索夹具8的连接耳11上即可。
[0018]所述的上拉索10和下拉索9分别由两根斜拉索组成，所述的索夹具8设在两根斜拉索的V型折点处。如图6所示，此时索夹具8的结构为:所述的索夹具8包括设在两根斜拉索之间的连接板14，连接板14的两端分别设有与斜拉索配合的连接孔，在连接板14的中部设有与撑杆配合的连接耳11。安装时，上拉索10或下拉索9的两根斜拉索的两底端分别通过螺栓固定在连接板14两端的连接孔中，而上撑杆6或下撑杆7的底部用螺栓固定在索夹具8的连接耳11上，即安装完毕。
[0019]实施程序:首先在上弦梁5上确定上撑杆6和下撑杆7的位置及高度，上撑杆6、下撑杆7的方向指向上弦梁5所在的圆的圆心，之后再将上拉索10和下拉索9拉在上弦梁5的相应位置即可。
[0020]安装各上拉索10或下拉索9以及上撑杆6或下撑杆7时，将索夹具8牢牢固定在各上拉索10或下拉索9的折点位置处。通过张拉、安装等施工过程及各种荷载施加后，上撑杆6和下撑杆7与各上拉索10或下拉索9便处在设计期望的状态(所有构件的位置均同现有技术下的张弦梁的各构件位置相同)。在这种处理方式的基础上，采取有效措施尽量增大各上拉索10或下拉索9与索夹具8间的摩擦系数，作为安全储备，以使张弦梁中的各上拉索10或下拉索9始终处于稳定状态。
[0021]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。