一種施加預應力的鋼管整體桁架及其施工方法

2023-06-07 08:28:56 2

專利名稱：：一種施加預應力的鋼管整體桁架及其施工方法
技術領域：
：本發明涉及一種建築桁架及其施工方法，特別是涉及一種施加預應力的鋼管整體桁架及其施工方法。技術背景在現代建築中，以鋼管為杆件組成的鋼桁架，因其承載力大、布置靈活、施工方便，已廣泛應用於大跨度和大懸臂結構、轉換梁結構中。目前，平面桁架的杆件節點分為鉸接和剛接兩種形式。當採用鉸接節點時，平面桁架為靜定結構，即指無多餘約束的幾何不變體系，僅一道防線，只要有一根杆件破壞，瞬間結構倒塌，後果不堪設想；當採用剛接節點時，雖然桁架仍屬於超靜定結構，即指有多餘約束的幾何不變體系，但如果要確保桁架結構在某一桿件或節點發生破壞時，仍能有一定的塑性變形能力，而不是瞬間倒塌，則桁架中各杆件的承載力和剛度需要大幅度提高，增加了製作成本，從而帶來極大的經濟負擔。特別在大跨度懸掛結構中，這個問題就更突出了。另外，平面桁架的杆件節點無論是鉸接還是剛接，桁架的變形都相當大，但剛接的整體性更有利於抗震及協調受力和變形；桁架構件中的各杆件的受力也很不平均，大者很大，小者很小，甚至為零杆，也造成了用材方面的浪費。因此它的推廣使用多多少少受到一定的限制。綜上所述，普通矩形鋼管桁架存在以下缺陷(1).採用鉸接節點時為靜定結構，無安全儲吝；(2).採用剛接節點時，需要以極大的經濟投入為代價才能換來較小的安全儲備；(3).個別杆件受力很大，個別杆件又幾乎為零杆，造成局部杆件斷面大和用材多；(4).節點的剛接較難實現，常因節點的變形而使整體桁架的變形增大。
發明內容本發明的目的是提供一種施加預應力的鋼管整體桁架及其施工方法，該整體桁架為鋼、混凝土、預應力鋼絞線多材料組合的桁架體系，提高了桁架的承載力和剛度，並通過較小的經濟投入為桁架體系提供二次防線。本發明的技術方案可以通過以下的措施來實現一種施加預應力的鋼管整體桁架，所述的組成桁架的構件包括杆件和節點，所述的杆件包括上弦、下弦的弦杆和腹杆；其特徵在於在所述桁架的受拉杆件及相連的節點中至少設有一束預應力鋼鉸線，所述預應力鋼鉸線的兩端分別固定在桁架中受拉杆件及相連的節點所構成的受拉段的兩端，在所述桁架的受壓杆件及相連的節點內澆注有混凝土。所述桁架的上弦、下弦的弦杆和腹杆可以為圓形截面或矩形截面的鋼管等。所述的節點為"K"型節點，即上、下弦的弦杆與腹杆之間均由"K"型節點連接，"K"型節點的豎直邊水平布置，與弦杆相連；"K"型節點的二斜邊均與傾斜的腹杆相連；連接受拉杆件的節點內設置讓預應力鋼鉸線穿過的導索孔，所述的導索孔設在所在節點內靠近埠處的加勁肋板上。一般，兩個導索孔為一組，位於節點內的二埠附近，分別作為鋼鉸線在節點中的導入孔和導出孔，根據節點所處位置的不同，導入孔和導出孔可以靈活布置，既可以都設在與弦杆相連的水平杆件內，又可以分別設在與弦杆相連的水平杆件和與腹杆相連的傾斜杆件內。本發明可以作如下改進，連接受拉杆件的節點內還可以設有導索管，導索管的兩端分別固定在節點內二埠處加勁肋板的導索孔內，從而更加方便穿裝預應力鋼絞線，導索管的形狀是根據桁架內鋼絞線的設計走向來確定的，可以為直線形，還可以為弧線形；所述的節點內還可以設有用來支撐導索管的支撐肋板，以增加結構強度，支撐肋板上端設有與導索管截面輪廓相適應的支撐槽。本發明在桁架的矩形鋼管內設置有預應力鋼鉸線，利用預應力鋼鉸線的張拉，形成桁架結構的反向預變形，並在受壓的矩形鋼管內灌注混凝土，利用受壓的鋼管混凝土及受拉的鋼鉸線，大大提高桁架杆件的承載力和剛度。當桁架的鋼材接近彈塑性破壞時，由於矩形截面的鋼管混凝土構件的抗壓性能好，且預應力鋼鉸線的抗拉性能強，設有預應力鋼鉸線與灌注混凝土的鋼管構件可以組成一種杆索結構體系，作為桁架的二次防線。本發明可以作以下改進，當本發明用於懸臂結構的桁架中時，由於桁架的上弦受拉、下弦受壓，所述的預應力鋼鉸線設置於桁架的上弦中，即設置在上弦的弦杆及與其相連的節點中；而澆注混凝土的部位為桁架的下弦及受壓腹杆，即下弦的弦杆、節點及受壓腹杆。本發明還可以作以下改進，當本發明用於大跨度結構及轉換梁結構中的桁架中時，與懸臂結構的受力相反，桁架上弦受壓、下弦受拉，則所述的預應力鋼鉸線設置於桁架的下弦中，即設置在下弦的弦杆及與其相連的節點中；而澆注混凝土的部位為桁架的上弦及受壓腹杆，即上弦的弦杆、節點及受壓腹杆。由於在大跨度結構中，桁架受壓腹杆的內力與受壓上弦的弦杆相比要小得多，為減輕結構自重，澆注混凝土的部位也可僅為受壓上弦的弦杆及節點。本發明還可以作以下進一步改進，當本發明所述的桁架用於大型的懸掛結構中時，利用桁架的對稱性，桁架為中間一跨而兩端挑出的結構，其中桁架懸臂部分的受力情況與普通懸臂結構類似，即桁架的上弦受拉、下弦受壓，所述的預應力鋼鉸線可以設置於桁架的上弦中，而澆注混凝土的部位為桁架的下弦及受壓腹杆。本發明所述的桁架用於大型的懸掛結構中，當桁架的懸臂部分的尺寸較小時，其跨中受力情況類似於大跨度結構，即桁架的上弦受壓、下弦受拉，此時，所述的預應力鋼鉸線可以設置於桁架的下弦中；而澆注混凝土的部位為桁架的上弦及受壓腹杆。本發明所述的桁架用於大型的懸掛結構中，當桁架的懸臂尺寸較大時，其懸臂部分的受力比跨中部分要大得多，此時為了平衡懸臂部分產生的力矩，除了在懸臂部分的桁架下弦及受壓腹杆內澆注混凝土外，澆注混凝土的部位還可以包括非懸臂部分的跨中部分的全部構件，以加大中間跨的自重及剛度。另外，預應力鋼鉸線可在桁架的上弦通長設置，對稱張拉，這樣，桁架既可以對稱變形也可以反對稱變形，其預應力荷載可作為回復力，宛如一個人平衡的用兩肩挑著東西，兩肩之間的"扁擔"起到協調變形和減小豎向振動的作用。本發明所述的施加預應力的鋼管整體桁架的施工方法，具體包括如下步驟-(1).首先用鋼材製作成鋼管構件，所述的構件包括杆件和節點，杆件包括上、下弦的弦杆和腹杆，在預應力鋼鉸線經過的節點內預留導索孔，在受壓杆件內預留混凝土澆注孔；(2).然後利用預留的導索孔在受拉的杆件及節點中穿預應力鋼鉸線，按要求對鋼鉸線進行張拉，並對受壓的杆件及節點澆注混凝土。所述的步驟(l)中，還可以在節點內預留的導索孔之間安裝導索管，所述的步驟(2)中，將鋼鉸線穿入導索管中。施工條件允許時，完成步驟(l)後，在所述的步驟(2)中，先利用導索孔將預應力鋼鉸線按桁架拼裝順序穿入桁架的受拉杆件及節點中，再將所有構件拼裝形成鋼桁架，並按設計要求對預應力鋼鉸線做一次或多次張拉，最後利用混凝土澆注孔對受壓的杆件及節點注入混凝土。施工條件不允許時，所述的步驟(l)中，在受拉的杆件內預留穿索工藝孔，由於導索孔只在節點中預留了，而弦杆中沒有導索孔，施工時為確保預應力索能順利的通過整個桁架需留設穿索工藝孔，所述的步驟(2)中，先按設計要求將所有構件拼裝形成鋼桁架，再利用預留的導索孔及穿索工藝孔將預應力鋼鉸線穿入桁架的受拉杆件及節點中。當本發明所述的施工方法用於懸臂結構中時，.由於桁架的上弦受拉、下弦受壓，在所述的步驟(l)中，在桁架上弦節點中預留導索孔，並至少在桁架下弦的弦杆及受壓腹杆中預留混凝土澆注孔；所述的步驟(2)中，利用預留的導索孔在上弦的弦杆及節點內穿預應力鋼鉸線，按要求對鋼鉸線進行張拉，並向下弦的弦杆、節點及受壓腹杆內澆注混凝土。當本發明所述的施工方法應用於大跨度結構及轉換梁結構中時，桁架的受力情況與懸臂結構相反，桁架的上弦受壓、下弦受拉，因此，在所述的步驟(l)中，在桁架下弦的節點中預留導索孔，並在桁架上弦的弦杆、節點及受壓腹杆中預留混凝土澆注孔；所述的步驟(2)中，利用預留的導索孔在下弦的弦杆及節點內穿預應力鋼鉸線，按要求對鋼鉸線進行張拉，並向上弦的弦杆、節點及受壓腹杆內澆注混凝土。當本發明所述的施工方法應用於大型的懸掛結構中時，其中懸臂部分的受力情況與普通懸臂結構類似，相應的，桁架懸臂部分的施工方法可以與普通的懸臂結構相同，即預應力鋼鉸線的布置方式和混凝土的澆注部位與懸臂結構相同。當懸掛結構中的桁架懸臂部分的尺寸較小時，其跨中受力情況類似於大跨度結構，桁架的施工方法可以與大跨度結構中桁架的施工方法相同，即預應力鋼鉸線的布置方式和混凝土的澆注部位與大跨度結構相同。而當懸掛結構中的桁架懸臂部分的尺寸較大時，除了在懸臂部分的桁架下弦的弦杆、節點及受壓腹杆內澆注混凝土外，還可在非懸臂部分的跨中部分的全部杆件內澆注混凝土，以加大中間跨的自重及剛度。與現有技術相比，本發明的優點是(1).本發明中，將矩形鋼管構件、預應力鋼鉸線、局部矩形鋼管內灌注混凝土三者相結合，充分利用了上述三種材料的特性，將其有機的組合成一種比常規鋼桁架剛度好、承載力高的新型組合桁架；(2).本發明所述的桁架局部為矩形鋼管混凝土構件，是利用厚鋼板包裹混凝土，受壓時，由於矩形鋼管對混凝土的約束作用，有效的提高了矩形鋼管混凝土構件的承載力；(3).本發明所述的桁架中由於增加了預應力構件一預應力鋼鉸線，由於預應力的存在，有效的減小了桁架中受拉構件中的應力；(4).本發明所述的受壓構件中的混凝土材料使桁架的承載力提高，有很大的塑性變形能力，而鋼管構件內的預應力鋼鉸線，比常規鋼材多幾倍的承載力，且變形能力很大，當桁架的矩形鋼管鋼材先接近了彈塑性破壞，整個桁架體系由於矩形截面的鋼管混凝土構件抗壓性能好及鋼鉸線抗拉性能強，而形成了一個新的拉壓強組合體，從而形成二次防線；(5).本發明所述的桁架應用於大型的懸掛結構上時，由於豎向地震的動力響應對結構影響較大，預應力作為回復力有效減小了結構在豎向地震作用下的變形，對結構安全具有重要意義。下面以本發明應用於懸掛結構為例，通過下面的試驗例進一步證明本發明的效果1.本發明所述的施加預應力的整體桁架在懸掛結構中運用時，針對不同預應力及混凝土布置的計算分析比較(1).計算總說明整體計算採用了MIDAS/GEN和ETABS進行計算，要求在計算中能準確模擬結構本身，能在整體計算中考慮預應力、溫度效應、施工順序等對結構反應的影響；另外為獲得桁架的受力性能及工作狀態下的組合截面的應力分布，對桁架進行了ANSYS的整體分析計算。桁架中《35mm的鋼板採用Q345C，>35隱的採用GJC345—桁架內混凝土強度等級為C60。計算中截面按實際，包括鋼結構構件、矩形鋼管混凝土構件和帶預應力的構件，並對純鋼桁架、澆灌高強混凝土後的桁架以及既施加預應力又澆灌高強混凝土的桁架進行了計算比較。圖20為懸掛結構整體計算模型，圖中箭頭所示為實際施加預應力的構件。(2).計算結果對比MIDAS/GEN、ETABS及ANSYS計算結果雖然有所不同，但其區別較小，且對三種不同情況計算出來的結果對比相差不多。此處僅給出MIMS計算出的某一榀桁架的計算結果。表中位移值均為恆載和活載組合下的豎向位移。灌混凝土前後位移結果對比(mm)表1工況未灌混凝土_灌混凝土有效減少位移桁架下弦懸臂端點150.962120.79819.98%施加預應力前後位移結果對比(mm)表2工況施加預應力前施加預應力後預應力有效減少位移桁架下弦懸臂端點120.79895.83620.7%施加預應力前後桁架內最大應力結果對比(MPa)表3工況施加預應力前施加預應力後預應力作用桁架內最大拉應力260.93193.5425.9%桁架內最大壓應力-257.24-247.104.0%另外，根據MIDAS時程分析計算結果，在考慮了預應力的回覆作用以後，結構在豎向地震作用下的位移減小了約10%。(3).小結從計算結果中可以看出，桁架內澆灌混凝土後剛度大幅提高，懸臂端撓度減少20%左右;而施加預應力後不僅能減小懸臂端的撓度，更能有效減小受拉杆件的拉應力。通過在拉杆內施加預應力以及壓杆內灌注混凝土的辦法，大大提高桁架的承載力和剛度，為桁架提供了較大的安全儲備。2.施加預應力的部分矩形鋼管混凝土懸臂桁架在懸掛結構中運用時，針對不同預應力及混凝土布置的單榀桁架試驗比較(1).試驗概況①.試驗目的-研究結構在靜載作用下的受力、變形特性，得到結構的破壞荷載、應力分布情況及破壞模式，研究各節點和各杆件在靜力荷載作用下力學性能，傳力機理，應力、應變分布狀況以及變形情況，並考察結構的極限靜力承載力和破壞形態；根據結構承載性能和破壞情況，綜合判斷結構的薄弱部位，檢驗設計計算結果等，對鋼結構設計方案進行綜合分析和評估。②.試件的設計與製作模型取自實際工程，按l:7的比例設計，主要由中間一跨而兩端挑出的雙懸挑桁架、加載裝置、支座等三部分組成，其中桁架由矩形截面的弦杆及腹杆組成。總共進行了兩榀桁架的試驗，其中的一榀桁架按設計要求在上弦杆部分設置4小15.24，即4根4>15.24的高強預應力鋼鉸線(fptk-1860N/國2)，且兩榀桁架均在對稱的一半結構中按設計要求貫注了水泥砂漿，預應力鋼鉸線4及灌水泥砂漿5a的具體布置見圖21。試件的鋼材為Q235B，灌漿採用的砂漿採用M20砂漿的配合比例，並摻加5%的膨脹劑。灌漿孔在試驗室現場開鑽，採用振動裝置保證砂漿密實；預應力的張拉在試驗室內進行，控制張拉力為每根預應力鋼筋82kN。(2).加載方法和測試方法①.加載方法試驗採用在4個加載點處同時施加荷載的加荷方式，加載示意圖如圖22所示。試驗中採用三個循環的加一卸載的加載方式，讀數在荷載穩定後進行。試驗的設計荷載為端部節點P1=P4=270kN。第一次先加載至Pl二P4二270kN，考察結構能否滿足設計承載力，隨後卸載到0;第二次加載到設計荷載的1.5倍，即Pl=P4=400kN，隨後卸載到O;第三次是考察結構的極限承載力，一直加載到結構破壞，隨後卸載到O。在試件鋼板屈服前採用50kN每級的加荷速度，在鋼板屈服後按每級25kN的加荷速度，同時根據試件的實測情況加以調整。圖中，P2、P3是由於結構受力後產生變形，因此而產生的荷載。②.測試內容及方法—測試的主要內容包括測定試件在各級荷載作用下的撓度及水平側向位移；測定試件各組成構件在各級荷載作用下的應變；測定試件的破壞強度。試驗採用BX120的電阻應變片測試的構件應變，採用位移百分表測試位移，用DH3816，DH3815N靜態數據採集系統自動採集各級荷載下位移計和電阻應變片的數據。具體測點布置如圖23，端節點設有33X2二66片應變片，中節點設有30X2=60片應變片，弦杆設有幼X2二80片應變片，腹杆設有12X2=24片應變片，支座設有2片應變片，位移計共12個，測點合計共244個。(3).試驗結果①.施加預應力後構件的變形特點張拉預應力後，桁架發生整體預變形，變形趨勢是兩懸臂端往上翹，中部往下變形。具體實測測點位移值見表4。由於"扁擔效應"，力沿腹杆直接傳至支座，使施加預應力後的整體變形並不明顯。施加預應力的變形實測值表4tableseeoriginaldocumentpage10②.破壞過程及特點無預應力的試件在試驗過程中，破壞點有兩處，位置詳見圖24:灌漿試件懸臂處第二根上弦杆與第二個上弦節點連接的焊縫發生脆性斷裂，為試件的薄弱區域；非灌漿試件懸臂處第三個下弦節點和第二根下弦杆內端附近的腹板發生了局部屈曲，最外側支座兩邊的附加鋼板發生了屈曲變形，此時，該支座應變較大，已經達到屈服。施加預應力的試件在試驗過程中，破壞點也有兩處，位置詳見圖25:支座與桁架連接部位的焊縫破壞，破壞順序為從內到外，最後只剩下最外面的一個支座與桁架有連接，形成了一個簡支支座；從外到裡第二跨的上弦杆的焊縫發生破壞，該處是靠內的兩條預應力筋彎曲的部位，試件製作時，為了在較小角度內彎曲預應力筋而在此處開洞，而後焊接補上，由應變測值可知該上弦杆的應力應變較大，是試件的薄弱部位。③.承載力分析試件實測極限承載力如表5所示，可見灌漿及施加預應力後試件的極限承載力可分別提高10%左右。tableseeoriginaldocumentpage10.撓度分析表6為各荷載值對應的端部撓度值，可見灌漿及施加預應力後，試件在設計荷載作用下的撓度可分別減小20%左右。由於各個試件的極限承載力不同，到達極限承載力時的變形沒有實際的對比意義。荷載對應關鍵點鏡度值表6對應荷載(kN)非灌漿區端點撓度(mm)灌漿區端點撓度(mm)無預應力有預應力無預應力有預應力設計值27630.1825.6825.5320.62卸載0.730.540.690.43400(約設計荷載的1.5倍)37.9532.8332.4228.49卸載2.641.792.511.76到達極限承載力時的變形62.8463.2960.8361.28卸載27.6524.6525.1417.55⑤.應變分析對於非灌漿試件，應變較大的位置在懸臂根部的下弦杆的下翼緣處，相應的達到極限荷載時該位置腹板發生局部屈曲；對於灌漿試件，應變較大位置懸臂根部的上弦杆處，且達到極限荷載時最大應變值較不灌漿的桁架要小。另外，預應力筋,即鋼鉸線轉角及錨頭處附近的局部應力應變較大。(4).小結①.灌漿及施加預應力後試件的極限承載力均可提高10%左右；②.灌漿及施加預應力後懸臂端點的撓度均可減小20%左右，且殘餘變形較小；③.灌漿後桁架各杆件剛度得到調整，最大應變位置由下弦壓杆轉移至上弦拉杆，且達到極限荷載時最大應變值較不灌漿的桁架要小；-.預應力筋轉角及錨頭處附近局部應力應變較大；.通過在拉杆內施加預應力以及壓杆內灌注混凝土的辦法，可大大提高桁架的承載力和剛度，為桁架提供較大的安全儲備。圖1是本發明實施例1的施加預應力的整體桁架示意簡圖；圖2是本發明實施例1的整體桁架中的導索孔及穿索工藝孔的放大示意圖；圖3是本發明實施例1的整體桁架中的混凝土澆注孔的放大示意圖；圖4是本發明實施例1的節點7的放大剖視圖；圖5是本發明實施例1的節點7的放大立體圖；圖6是本發明實施例1的節點8的放大剖視圖7是本發明實施例1的節點8的放大立體圖；圖8是本發明實施例1的節點911的放大剖視圖；圖9是本發明實施例1的節點911的放大立體圖；圖10是本發明實施例1的節點12的放大剖視圖；圖11是本發明實施例1的節點12的放大立體圖；圖12是本發明實施例1的節點13的放大剖視圖^圖13是本發明實施例1的節點13的放大立體圖；圖14是本發明實施例1的節點14、16的放大剖視圖；圖15是本發明實施例1的節點14、16的放大立體圖；圖16是本發明實施例1的節點15的放大剖視圖；圖17是本發明實施例1的節點15的放大立體圖；圖18是本發明實施例2的施加預應力的整體桁架示意簡圖；圖19是本發明實施例2的整體桁架中的導索孔、穿索工藝孔及混凝土澆注孔的示意圖；圖20是本發明試驗例的懸掛結構整體計算模型示意圖；圖21是本發明試驗例的預應力鋼鉸線及灌水泥砂漿的具體布置示意圖；圖22是本發明試驗例的桁架加載點示意圖；圖23是本發明試驗例的桁架應力應變測點布置示意圖；圖24是本發明試驗例的桁架無預應力的試件破壞位置示意圖；圖25是本發明試驗例的桁架施加了預應力的試件破壞位置示意圖。具體實施方式實施例1本發明的實施例1如圖117所示，在本實施例中，本發明所述的施加預應力的鋼管整體桁架為用於大跨度懸掛結構中的主受力桁架，組成桁架的構件包括杆件和節點，杆件包括上弦l、下弦2的弦杆la、2a和腹杆3，桁架下弦2'下方還設有懸臂支座6。桁架的上弦1、下弦2的弦杆la、2a和腹杆3均為矩形截面的鋼管；上弦l、下弦2的弦杆la、2a與腹杆3之間均採用"K"型節點連接，"K"型節點的豎直邊水平布置，與弦杆la、2a相連；"K"型節點的二斜邊均與傾斜的腹杆3相連；連接受拉杆件的節點內設置讓預應力鋼鉸線4穿過的導索孔，導索孔設在所在節點內靠近埠處的加勁肋板25上。兩個導索孔為一組，位於節點內的二埠附近，分別作為鋼鉸線4在節點中的導入孔和導出孔，既可以都設在與弦杆相連的水平杆件內，又可以分別設在與弦杆la、2a相連的水平杆件和與腹杆3相連的傾斜杆件內。連接受拉杆件的節點內還設有導索管17，導索管17的兩端分別固定在節點內二埠處加勁肋板25上的導索孔內；節點內還可以設有用來支撐導索管17的支撐肋板26，支撐肋板26上端設有與導索管17截面輪廓相適應的支撐槽。"K"型節點由矩形截面的鋼管拼裝而成。在桁架的受拉杆件及與其相連的節點中設有預應力鋼鉸線4，預應力鋼鉸線4的兩端分別固定在桁架中受拉杆件及相連的節點所構成的受拉段的兩端，且在桁架的受壓杆件及與其相連的節點內澆注有混凝土5。由於桁架用於大型的懸掛結構中，利用桁架的對稱性，桁架為中間一跨而兩端挑出的結構，其中桁架懸臂部分的受力情況與普通懸臂結構類似，又由於桁架的上弦1受拉、下弦2受壓，故預應力鋼鉸線4g置於桁架懸臂部分的桁架上弦1中，而澆注混凝土5的部位為懸臂部分的桁架下弦2及受壓腹杆3。而本實施例中，桁架總長113.5m，其跨中為67.5m，兩端各懸臂23m，高8.0m，由於桁架的懸臂尺寸較大，其懸臂部分的受力比跨中部分要大得多，此時為了平衡懸臂部分產生的力矩，除了在懸臂部分的桁架下弦2及受壓腹杆3內澆注有混凝土5外，還在非懸臂部分的跨中部分，即非懸臂部分的全部構件內澆注有混凝土5。另外，預應力鋼鉸線4在桁架的上弦l的弦杆la及節點7ll中通長設置，本實施例中，桁架中共布置兩束鋼鉸線，其中一束的兩端分別用鉚頭28固定在位於桁架下弦2二端部的節點12中，另一束的兩端分別用鉚頭28固定在與節點12相鄰的節點13中，對稱張拉，這樣，桁架既可以對稱變形也可以反對稱變形，其預應力荷載可作為回復力。節點7~11中的導索孔及導索管的具體設置如下節點7位於上弦1的端部，在節點7內，共^有一對導索孔，分別位於與弦杆la相連的水平杆件內和與最外側的腹杆3a相連的傾斜杆件內，二導索孔之間的導索管17位於上弦1與腹杆3a之間的轉角處，為弧形。節點7內還設有用來支撐導索管17的支撐肋板26，支撐肋板26上端設有與導索管17截面輪廓相適應的支撐槽。節點8與節點7相鄰，在節點8內，共設有兩對導索孔，其中一對分別位於節點8與兩側弦杆la相連的水平杆件內，二導索孔之間的導索管17為水平直線形；另一對導索孔分別位於與弦杆la相連的水平杆件內和與腹杆3b相連的傾斜杆件內，二導索孔之間的導索管17為弧形，位於直線形導索管17的下方，腹杆3b與腹趕3a相鄰，且相平行。節點內設有用來支撐弧形導索管17的支撐肋板26，導索管17被支撐在支撐肋板26的頂端，支撐肋板26的頂端設有與導索管17外輪廓相適應的支撐槽。節-點8內還設有用來固定直線形導索管17的支撐肋板27，導索管17可以穿過支撐肋板27，即支撐肋板27上設有與導索管17外輪廓相適應的空洞，從而被其支撐。節點911結構相同，均在其水平杆件內設有兩對導索孔，二導索管水平布置，一上一下，節點內的中部還對稱設有用來固定二直線形導索管的支撐肋板27。此外，在本實施例中，桁架懸臂部分的上弦節點7、8中也澆注有混凝土，是為了保證相連接的受壓腹杆3內混凝土能澆注密實；二是該節點為預應力轉折節點，為避免該處應力集中澆混凝土使應力轉移。本實施例中，對施加預應力的鋼管整體桁架的施工方法，具體包括如下步驟本實施例的工程中，由於施工條件不允許，需先完成鋼桁架的製作和拼裝，然後將預應力鋼鉸線穿入桁架中，最後注入高標號混凝土。具體步驟如下(1).首先用鋼材製作成矩形截面的鋼管構件，構件包括杆件和節點716，杆件包括上弦l、下弦2的弦杆la、2a和腹杆3，在預應力鋼鉸線4經過的節點711內預留導索孔和安裝導索管17;本實施例中需要布置的預應力鋼鉸線共兩束；在桁架上弦1的弦杆la內設有導索工藝孔18，還在鋼鉸線經過的腹杆3a、3b內留有穿索工藝孔18。在下弦2的弦杆2a和除腹杆3a、3b以外的所有受壓的腹杆3內設有混凝土澆注孔20。另外，在跨中部分的上弦2的弦杆2a及節點911內也預留混凝土澆注孔19、20，另外，在懸臂部分的上弦節點7、8內也預留混凝土澆注孔19。在所有節點716內都預留有流漿孔21、22，使得混凝土能通過節點間的加勁肋板，而充滿整個節點，使混凝土同時充滿弦杆和腹杆區的整個節點範圍。考慮到上弦杆懸臂部分拉力較大，焊縫受拉時易發生脆性破壞，上弦1拉力較大部位，即在節點711上預留的混凝土澆注孔19及流漿孔21採用D=120mm的圓孔，其餘部位預留的混凝土澆注孔20及流漿孔22採用200mmX200mm的方孔；另外還需在節點711內預留設澆築混凝土5時所需的氣孔24，澆注混凝土時，管內空氣能通過氣孔跑出'，確保混凝土密實。(2).將所有杆件及節點按設計要求拼裝形成鋼桁架；然後利用預留的預應力導索孔17和工藝孔18在上弦1的弦杆la、腹杆3a、3b及節點713內穿預應力鋼鉸線4，鋼絞線4在上弦l內通長設置，按要求對鋼鉸線進行對稱張拉，並利用混凝土澆注孔19、20對跨中部分的上弦2的弦杆2a、所有的下弦2的弦杆2a及上、下弦所有的節點716內、除腹杆3a、3b以外的腹杆3內澆注混凝土5。本實施例中，還對杆件的預留孔洞位置進行補強處理其中穿索所需工藝孔18及混凝土澆注孔20利用板件塞住洞口，並採用全熔透對接焊縫進行連接；混凝土澆注孔19在洞口上布設蓋板23，採用貼角焊縫四面圍焊；流漿孔22及氣孔24不另做處理。兩束拉通的預應力索鋼鉸線4形成大跨度懸掛對挑結構，預拉力為7000kN，由於預應力拉索過長，僅水平段就有約100m左右，若通長的話預應力損失較大，實際施工時，將預應力鋼鉸線4分為兩段在桁架中部搭接，以滿足預應力拉索拉通的要求。實施例2本發明的實施例2如18、19所示，與上一個實施例所不同的是，在本實施例中，發明所述的施加預應力的整體桁架用於大跨度結構中，桁架上弦l、下弦2的弦杆la、2a與腹杆3之間採用剛性連接的"K"型節點，下弦2的端部設有端支座6a。與普通懸臂結構的受力相反，桁架的上弦l受壓、下弦2受拉，下弦2的各節點中均設有兩對導索孔和二水平導索管17，則預應力鋼鉸線4設置於受拉的下弦2的弦杆2a及下弦2上的節點中，鋼鉸線4的兩端用鉚頭28固定在位於下弦2端部的節點處；由於在大跨度結構中，桁架受壓腹杆的內力與受壓的上弦2弦杆la相比要小得多，為減輕結構自重，僅在受壓的上弦1弦杆la內澆注高強混凝土，即澆注混凝土5的部位僅為桁架的上弦1的弦杆la及上弦1的節點。本實施例的施工方法，與上一個實施例所不同的是，由於桁架的上弦l受壓、下弦2受拉，因此，在所述的步驟l中，在桁架下弦2節點中預留預應力導索孔和安裝導索管17;並在桁架上弦1的弦杆la及節點中預留混凝土澆注孔20。由於腹杆3中不需澆注混凝土，所以在上弦1的節點上無需預留流漿孔，節點中的混凝土僅充滿在上弦1的弦杆區內即可；所述的步驟2中，利用預留的預應力導索孔17在下弦2的弦杆2a及節點內穿預應力鋼鉸線4，按要求對預應力鋼鉸線4進行張拉，並向桁架上弦1的弦杆la及節點中澆注高強混凝土。本實施例的工程中，施工條件允許，不預留穿索工藝孔，完成步驟(l)後，在所述的步驟(2)中，先利用預留的預應力導索孔和導索管17在下弦2的弦杆2a及節點內穿預應力鋼鉸線4，再將所有構件拼裝形成鋼桁架。由於澆注混凝土的杆件僅為上弦1的受壓杆，步驟(l)中所預留的混凝土澆注孔20均可採用200mmX200mm的方？L，並在澆注完混凝土後利用同厚板件塞住洞口，採用全熔透對接焊縫進行連接。-上述的2實施例中，本發明所述的桁架可以為多榀之間正交、斜交的組合方式，即可以是多榀之間相正交，也可以是多榀之間相斜交，還可以是多榀之間為正交和斜交的組合，相交處可做固結，即剛性連接，從而形成正交空間梧架體系，有利於提高桁架結構的空間協調變形能力和整體性。所述的混凝土是高標號的，即高強度的混凝土。權利要求1.一種施加預應力的鋼管整體桁架，所述的組成桁架的構件包括杆件和節點，所述的杆件包括上弦(l)、下弦(2)的弦杆和腹杆(3);其特徵在於至少在所述桁架的受拉杆件及相連的節點中至少設有一束預應力鋼鉸線(4)，所述預應力鋼鉸線的兩端分別固定在桁架中受拉杆件及相連的節點所構成的受拉段的兩端，在所述桁架的受壓杆件及相連的節點內澆注有混凝土(5)。2.根據權利要求1所述的一種施加預應力的鋼管整體桁架，其特徵在於所述的節點為"K"型節點，即上弦(l)、下弦(2)的弦杆與腹杆(3)之間均由"K"型節點連接，"K"型節點的豎直邊水平布置，與弦杆相連；"K"型節點的二斜邊均與傾斜的腹杆(3)相連；連接受拉杆件的節點內設置讓預應力鋼鉸線(4)穿過的導索？L，所述的導索孔設在所在節點內靠近埠處的加勁肋板(25)上。3.根據權利要求2所述的一種施加預應力的鋼管整體桁架，其特徵在於兩個導索孔為一組，位於節點內的二埠附近，連接受拉杆件的節點內還設有導索管(n)，導索管(17)的兩端分別固定在節點內二埠處加勁肋板(25)的導索孔內，4.根據權利要求3所述的一種施加預應力的鋼管整體桁架，其特徵在於所述的節點內還可以設有用來支撐導索管(17)的支撐肋板(26)、(27)。5.根據權利要求3或4所述的一種施加預應力的鋼管整體桁架，其特徵在於所述的預應力鋼鉸線(4)設置於桁架的上弦(1)中，即設置在上弦(l)的弦杆及與其相連的節點中；而澆注混凝土(5)的部位為桁架的下弦(2)及受壓腹杆(3)。6.根據權利要求3或4所述的一種施加預應力的鋼管整體桁架，其特徵在於所述的預應力鋼鉸線(4)設置於桁架的下弦(2)中，即設置在下弦(2)的弦杆及與其相連的節點中；而澆注混凝土(5)的部位為桁架的上弦(1)及受壓腹扞(3)。7.根據權利要求3或4所述的一種施加預應力的鋼管整體桁架，其特徵在於所述的預應力鋼鉸線(4)設置於桁架的下弦(2)中，即設置在下弦(2)的弦杆及節點中；澆注混凝土(5)的部為僅為受壓上弦(l)的弦杆及節點。8.根據權利要求5所述的一種施加預應力的鋼管整體桁架，其特徵在於所述的澆注混凝土(5)的部位還包括非懸臂部分的跨中部分的全部構件，預應力鋼鉸線(4)在桁架的上弦(l)中通長設置，對稱張拉。9.權利要求1所述的施加預應力的鋼管整體桁架的施工方法，其特徵在於具體包括如下步驟(l).首先用鋼材製作成鋼管構件，所述的構件包括杆件和節點，杆件包括上弦(l)、下弦(2)的弦杆和腹杆(3)，在預應力鋼鉸線經過的節點內預留導索孔，至少在受壓杆件內預留混凝土澆注孔；(2).然後利用預留的導索孔在受拉的杆件及節點中穿預應力鋼鉸線(4)，按要求對鋼鉸線進行張拉，並對受壓的杆件及節點澆注混凝土(5)。10.根據權利要求9所述的施加預應力的鋼管整體桁架的施工方法，其特徵在於所述的步驟(l)中，在節點內預留的導索孔之間安裝導索管(17)，所述的步驟(2)中，將鋼鉸線穿入導索管(17)中。全文摘要一種施加預應力的鋼管整體桁架，所述的組成桁架的構件包括杆件和節點，所述的杆件包括上弦、下弦的弦杆和腹杆；其特徵在於在所述桁架的受拉杆件及相連的節點中至少設有一束預應力鋼鉸線，所述預應力鋼鉸線的兩端分別固定在桁架中受拉杆件及相連的節點所構成的受拉段的兩端，在所述桁架的受壓杆件及相連的節點內澆注有混凝土。該整體桁架為鋼、混凝土、預應力鋼絞線多材料組合的桁架體系，提高了桁架的承載力和剛度，並通過較小的經濟投入為桁架體系提供二次防線。本發明還同時公開了上述施加預應力的鋼管整體桁架的施工方法。文檔編號E04B1/16GK101122159SQ20071002999公開日2008年2月13日申請日期2007年8月31日優先權日2007年8月31日發明者何錦超,前向,娜李,林撲強,梁哥恰,剛江,煦王,王華林,羅赤宇,鍾雲開,星陳,陳國棟申請人:廣東省建築設計研究院