一种全CFRP索穹顶的顶升组件

技术领域

本发明涉及碳纤维复材拉索在空间结构应用领域，尤其涉及一种全CFRP索穹顶的顶升组件。

背景技术

预应力空间结构作为一种特殊的结构形式，因其造型美观且能满足更大跨度需求而越来越多的被应用到体育场馆、会展设施和交通枢纽等公共建筑中。在预应力空间结构众多的组成构件中，拉索是提高结构跨度、承载力和稳定性的关键构件。随着预应力空间结构工程实践数量的增多和使用年限的增长，钢索自重大、耐腐蚀性差、线膨胀系数高和受温度影响大等问题逐步显现。面对预应力空间结构对超大跨度和长寿命的建设需求，为其选择更为轻质、高强、耐久的建筑材料势在必行。碳纤维增强复合材料具有轻质高强、耐腐蚀性好、受温度影响小等特点，可以解决很多传统钢索带来的巨大问题，近些年来被广泛应用于各个领域，是土木工程界一种可以替代传统钢索应用到索穹顶结构中的新型材料。但是，CFRP拉索不易弯折、索体横向(垂直纤维方向)力学性能弱以及大多数锚具构造形式不便于高空张拉，索穹顶成形施工时应避免对CFRP索进行弯折和张拉。由此可见，顶升撑杆法是最适用于CFRP索穹顶的成形方法，但本领域研究空白。

发明内容

为解决上述存在的问题，迫切需要针对CFRP索穹顶的构造形式和受力特点，研发适用于CFRP索穹顶的撑杆顶升方法，为此，本发明提供了一种全CFRP索穹顶的顶升组件，具体包括：

一种全CFRP索穹顶的顶升组件，包括：

菱形顶升框架，所述菱形顶升框架包括四个长短相同的顶升杆，四个所述顶升杆首尾依次转动连接；

顶升索，所述顶升索的两端分别安装在所述菱形顶升框架的两个顶角上，所述顶升索水平设置；

径向索连接座，所述径向索连接座安装在所述菱形顶升框架的顶部顶角上；

环索连接座，所述环索连接座安装在所述菱形顶升框架的底部顶角上；

千斤顶组件，所述千斤顶组件的两端分别安装在所述菱形顶升框架的两个顶角上，所述千斤顶组件竖直设置；

其中，当所述千斤顶组件带动所述径向索连接座和所述环索连接座竖直移动时，所述菱形顶升框架水平方向的两个对角顶点沿水平方向移动。

优选的，所述菱形顶升框架还包括：第一销轴和第二销轴；

所述第一销轴的数量为两个，两个所述第一销轴分别安装在所述菱形顶升框架的两个竖直设置的顶角上，顶部的两个所述顶升杆的一端分别转动安装在设置在顶部的第一销轴上，底部的两个所述顶升杆的一端分别转动安装在设置在底部的第一销轴上；

所述第二销轴的数量为两个，两个所述第二销轴分别安装在所述菱形顶升框架的两个水平设置的顶角上，顶部的两个所述顶升杆的另一端分别通过同侧设置的第二销轴与底部的两个所述顶升杆的另一端转动连接；

其中，所述第一销轴的长度长于所述第二销轴。

优选的，所述径向索连接座包括：第一柱形基座、上顶升杆耳板和径向索耳板；

所述第一柱形基座呈圆柱状设置；

所述上顶升杆耳板设置在所述第一柱形基座的下底面，所述上顶升杆耳板上设置有安装所述第一销轴的通孔，所述上顶升杆耳板安装在所述菱形顶升框架顶部的第一销轴上；

所述径向索耳板的数量为四个，所述径向索耳板环周设置在所述第一柱形基座的侧壁上，所述径向索耳板的板面与所述第一柱形基座的上表面呈空间垂直设置。

优选的，所述环索连接座包括：第二柱形基座、环索耳板和下顶升杆耳板；

所述下顶升杆耳板设置在所述第二柱形基座的上顶面，所述环索耳板的板面与所述柱形基座的上表面呈空间平行设置；

所述下顶升杆耳板上设置用于安装所述第一销轴的通孔，所述下顶升杆耳板安装在所述菱形顶升框架底部的第一销轴上。

优选的，所述千斤顶组件包括：顶升立柱、转换梁和液压千斤顶；

所述转换梁的数量为两个，一个所述转换梁设置在所述顶升索与所述菱形顶升框架的顶部顶角之间，另一个所述转换梁设置在所述顶升索与所述菱形顶升框架的底部顶角之间；

所述液压千斤顶的数量为两个，两个所述液压千斤顶的伸缩端设置在所述顶升索下方的所述转换梁的上表面上，两个所述液压千斤顶的油泵端与所述顶升索上方的所述转换梁的下表面连接，两个所述液压千斤顶分别设置在所述顶升索的两侧；

所述顶升立柱的数量为四个，其中，设置在所述顶升索上方的两个所述顶升立柱的一端安装在所述转换梁的上表面，设置在所述顶升索上方的两个所述顶升立柱的另一端安装在所述菱形顶升框架顶部的第一销轴上，设置在所述顶升索下方的两个所述顶升立柱的一端安装在所述转换梁的下表面，设置在所述顶升索下方的两个所述顶升立柱的另一端安装在所述菱形顶升框架底部的第一销轴上。

优选的，在所述顶升立柱上且远离所述转换梁的一端设置U型槽，所述U型槽卡接在套筒上；

所述套筒包括筒身和两个环形肋，两个所述环形肋与所述筒身同轴设置，两个所述环形肋之间的空隙用于安装所述U型槽，所述筒身的一端部设置连接口，所述第一销轴插入所述连接口内，其中，所述筒身与所述第一销轴同轴设置。

优选的，所述液压千斤顶与上方的所述转换梁和下方的所述转换梁分别通过螺栓固定。

优选的，所述径向索耳板处的铰接转动方向为竖直方向；

所述环索耳板处的铰接转动方向为水平方向，

所述上、下顶升杆耳板处的铰接转动方向为竖直方向。

优选的，所述径向索连接座和所述环索连接座上连接的索件为CFRP拉索。

优选的，所述顶升索的材质为碳纤维复合材料。

上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：

通过将本顶升系统中的顶升机构替代撑杆，避免了对环索和斜索的张拉，进而可以将不便于张拉的锚具形式应用到CFRP索穹顶中。

顶升杆与径向索连接座和环索连接座在索穹顶径向方向铰接连接，避免了在顶升过程中产生附加弯矩和剪力。

本发明中的的热塑性树脂丝和纤维，可选择多种树脂类型和纤维类型用于制备样品，材料体系普适性强。

通过在两端光圆销轴的两端设置延长段，巧妙的为千斤顶组件提供了着力点；顶升组件中的顶升索充分利用了碳纤维复材优越的抗拉性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的组件的轴测图；

图2为本发明提供的组件的侧视图：

图3为本发明提供的菱形顶升框架示意图；

图4为本发明提供的千斤顶组件的结构示意图；

图5为本发明提供的径向索连接座的结构示意图；

图6为本发明提供的环索连接座的结构示意图；

图7为本发明提供的顶升立柱的结构示意图；

图8为本发明提供的U型槽的结构示意图。

附图标记：

1、菱形顶升框架；11、顶升杆；12、第一销轴；13、第二销轴；

2、顶升索；

3、径向索连接座；31、第一柱形基座；32、上顶升杆耳板；33、径向索耳板；

4、环索连接座；41、环索耳板；42、下顶杆升耳板；43、第二柱形基座；

5、千斤顶组件；51、液压千斤顶；52、顶升立柱；521、U型槽；53、转换梁；54、套筒；541、环形肋、542、筒身。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

需要说明的是，本发明中使用的“上”、“下”、“左”、“右”“前”“后”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

面对预应力空间结构对超大跨度和长寿命的建设需求，为其选择更为轻质、高强、耐久的建筑材料势在必行。碳纤维增强复合材料具有轻质高强、耐腐蚀性好、受温度影响小等特点，可以解决很多传统钢索带来的巨大问题，近些年来被广泛应用于各个领域，是土木工程界一种可以替代传统钢索应用到索穹顶结构中的新型材料。但是，CFRP拉索不易弯折、索体横向(垂直纤维方向)力学性能弱以及大多数锚具构造形式不便于高空张拉，索穹顶成形施工时应避免对CFRP索进行弯折和张拉。由此可见，顶升撑杆法是最适用于CFRP索穹顶的成形方法。因此，迫切需要针对CFRP索穹顶的构造形式和受力特点，研发一种全CFRP索穹顶的顶升组件，具体内容如下：

如图1-图2所示，一种全CFRP索穹顶的顶升组件包括：菱形顶升框架1、顶升索2、径向索连接座3、环索连接座4和千斤顶组件5。

其中，菱形顶升框架1为四个顶升杆11首尾相连形成的菱形框架，每两个顶升杆11之间的连接方式为销轴连接，菱形顶升框架1顶部的顶角和底部的顶角的销轴为第一销轴12，第一销轴12为两端光圆销轴且在两端分别设置延长段，菱形顶升框架1两个水平方向顶角的销轴为第二销轴13，第二销轴13为常规销轴，第一销轴12的长度长于第二销轴13，顶升索2安装在菱形顶升框架1内且水平安装在菱形顶升框架1的水平方向的两个顶角上，千斤顶组件5竖直设置，具体结构如下：

如图3所示，菱形顶升框架1，所述菱形顶升框架1包括四个长短相同的顶升杆11，四个所述顶升杆11首尾依次铰接连接，每个顶升杆11的两端都分别设置两个平行的安装耳，相邻两个顶升杆11对应位置安装耳上的通孔重合且重合的通孔套设在销轴上，上方的两个顶升杆11形成的顶部顶角处重合的通孔内套设第一销轴12，下方的两个顶升杆11形成的底部顶角处重合的通孔内套设第一销轴12，四个顶升杆11在水平方向形成的两个顶角处重合的通孔内套设第二销轴13。

其中，所述第一销轴12的数量为两个，两个所述第一销轴12分别安装在所述菱形顶升框架1的两个竖直设置的顶角上，顶部的两个所述顶升杆11的一端分别铰接安装在设置在顶部的第一销轴12上，底部的两个所述顶升杆11的一端分别铰接安装在设置在底部的第一销轴12上；

所述第二销轴13的数量为两个，两个所述第二销轴13分别安装在所述菱形顶升框架1的两个水平设置的顶角上，顶部的两个所述顶升杆11的另一端分别通过同侧设置的第二销轴13与底部的两个所述顶升杆11的另一端铰接连接；

所述第一销轴12的长度长于所述第二销轴13。

如图1所示，顶升索2，所述顶升索2的两端分别安装在所述菱形顶升框架1的两个顶角上，所述顶升索2水平设置，所述顶升索2的材质为碳纤维复合材料且能充分发挥碳纤维复材优越的抗拉性能。顶升索2的两端分别设置连接件，顶升索2通过连接件与第二销轴13连接。连接件为现有技术，可以为一个条形连接板。

如图5所示，径向索连接座3，所述径向连接座3安装在所述菱形顶升框架1的顶部顶角上；所述径向索连接座3包括：第一柱形基座31、上顶升杆耳板32和径向索耳板33。

所述第一柱形基座31呈圆柱状设置；所述上顶升杆耳板32设置在所述第一柱形基座31的下底面，所述上顶升杆耳板32上设置有与所述第一销轴12连接的通孔，所述上顶升杆耳板32安装在所述菱形顶升框架1顶部的第一销轴12上；所述径向索耳板33的数量为四个，所述径向索耳板33环周设置在所述第一柱形基座31的侧壁上，所述径向索耳板33的板面与所述第一柱形基座31的上表面呈空间垂直设置。

如图6所示，环索连接座4，所述环索连接座4安装在所述菱形顶升框架1的底部顶角上；所述环索连接座4包括：环索耳板41、下顶升杆耳板42和第二柱形基座43；在第二柱形基座43的上顶面设置所述下顶升杆耳板42，下顶升杆耳板42上设置有与所述第一销轴12连接的通孔，所述下顶升杆耳板42安装在所述菱形顶升框架1底部的第一销轴12上，第二柱形基座43的侧壁设置环索耳板41，其中，关于环索耳板41的设置根据实际搭建的索穹顶结构设置，环索连接座4的环索耳板41上设置有用于安装环索的通孔，如图所示，环索连接耳板的数量为2个，其中，两个环索连接耳板的上表面和所述第二柱形基座的上表面平行设置。

如图1、图4、图7和图8所示，千斤顶组件5，所述千斤顶组件5的两端分别安装在所述菱形顶升框架1的两个顶角上，所述千斤顶组件5竖直设置；

其中，当所述千斤顶组件5带动所述径向索连接座3和所述环索连接座4竖直移动时，所述菱形顶升框架1在水平方向的两个对角顶点沿水平方向移动。

千斤顶组件5包括：液压千斤顶51、顶升立柱52和转换梁53；

所述转换梁53的数量为两个，一个所述转换梁53设置在所述顶升索2与所述菱形顶升框架1的顶部顶角之间，另一个所述转换梁53设置在所述顶升索2与所述菱形顶升框架1的底部顶角之间；

所述液压千斤顶51的数量为两个，两个所述液压千斤顶51的伸缩端设置在所述顶升索2下方的所述转换梁53的上表面上，两个所述液压千斤顶51的油泵端与所述顶升索2上方的所述转换梁53的下表面连接，两个所述液压千斤顶51分别设置在所述顶升索2的两侧；

所述顶升立柱52的数量为四个，其中，设置在所述顶升索2上方的两个所述顶升立柱52的一端安装在所述转换梁53的上表面，设置在所述顶升索2上方的两个所述顶升立柱52的另一端安装在所述菱形顶升框架1顶部的第一销轴12上，设置在所述顶升索2下方的两个所述顶升立柱52的一端安装在所述转换梁53的下表面，设置在所述顶升索2下方的两个所述顶升立柱52的另一端安装在所述菱形顶升框架1底部的第一销轴12上。

在所述顶升立柱52上且远离所述转换梁53的一端设置U型槽521，所述U型槽521卡接在套筒54上；所述套筒54包括筒身542和两个环形肋541，两个所述环形肋541与所述筒身542同轴设置，两个所述环形肋541之间的空隙用于安装所述U型槽521，所述筒身542的一端部设置连接口，所述第一销轴12插入所述连接口内，其中，所述轴身与所述第一销轴12同轴设置。所述液压千斤顶51与上方的所述转换梁53和下方的所述转换梁53分别通过螺栓固定。

如图1至图8所示，本发明的实施例为了解决如何实现撑杆顶升法在全CFRP索穹顶中的高效应用问题，即克服CFRP索体横向力学性能弱以及大多数锚具构造形式不便于高空张拉等不足，避免对CFRP索进行弯折和张拉。本顶升组件适用的索穹顶新体系中所有预应力索均采用CFRP拉索，且环索在转角处间断连接。本顶升组件中，4根等长顶升杆11首尾依次连接成菱形，其中，每两根顶升杆11的连接点可以看成一个节点，在一个菱形中，一共有四个节点，其中，认为上下方向两个顶角的节点为竖直方向的两个节点，左右方向两个顶角的顶点为水平方向的两个节点，其中，水平方向的两个节点可沿水平方向移动，另外两个竖直方向的节点可沿竖直方向移动，顶升索2的两端连接两个可水平移动节点。两端光圆销轴在开孔销外侧设置有与连接套筒54配合的延长段，连接套筒54表面加工有两道与顶升立柱52配合的环形肋541。顶升立柱52一端通过U型槽521与连接套筒54连接，另一端通过螺栓与转换梁53连接。千斤顶布置在2个转换梁53之间，且两端分别通过螺栓与转换梁53连接。通过千斤顶顶升，菱形顶升框架1中两个可竖直移动节点间距离增大，两个可水平移动节点间距离缩短，当缩短至预定值时，将顶升索2两端分别与两个可水平移动节点连接，顶升完成。

优选的一种实施方式，所述径向索耳板处的铰接转动方向为竖直方向；

所述环索耳板处的铰接转动方向为水平方向；所述上、下顶升杆耳板处的铰接转动方向为竖直方向。所述径向索连接座3和所述环索连接座4上连接的索件为CFRP拉索。所述顶升索2的材质为碳纤维复合材料。

通过将本顶升系统中的顶升机构替代撑杆，避免了对环索和斜索的张拉，进而可以将不便于张拉的锚具形式应用到CFRP索穹顶中。

所述顶升杆11与所述径向索连接座3和所述环索连接座4在索穹顶径向方向铰接连接，避免了在顶升过程中产生附加弯矩和剪力。

通过在两端光圆销轴的两端设置延长段，巧妙的为千斤顶组件提供了着力点；顶升组件中的顶升索2充分利用了碳纤维复材优越的抗拉性能。

以下几点需要说明：

(1)本发明实施例附图只涉及到与本发明实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。

(2)为了清晰起见，在用于描述本发明的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”或者可以存在中间元件。

(3)在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。