一种抗不平衡力的跨越式多节点钢索节点结构及施工方法

技术领域

本发明涉及索网结构技术领域，具体涉及一种抗不平衡力的跨越式多节点钢索节点结构及施工方法。

背景技术

索结构是大跨度预应力钢结构体系之一，它是一种结构效率极高的全张力体系。索结构的刚度由受拉单元的预应力提供，在施加预应力之前，体系几乎没有刚度，而施加在拉索上预应力的大小对整个索结构体系的外形和结构刚度起着决定作用。

索结构造型各异、别具一格，但是很多颇具创意的结构设计给钢索的节点设计带来了诸多难题。钢索节点是索网的连接枢纽，其结构的合理性和安全性直接影响了整个索网的使用性能。

在索结构的设计过程中，各个索段之间由于结构本身的构造不可避免的会产生不平衡力。而这种不平衡力还会在施工过程中受到钢索加工精度误差、钢索上的标记点位置误差、索夹安装位置误差、多根钢索共同作用、以及钢结构锚固点的加工和安装误差等多种因素影响得到进一步放大，对整个索网体系产生不利影响。

目前，主要通过三种方式来抵抗索段之间的不平衡力：一、采用索夹夹紧钢索的方式，通过索夹对钢索夹紧所产生的抗滑移力来抵抗这种不平衡力。二、采用钢索断索和设置索连接节点的方式，通过钢索的拉力和索连接节点的抗拉性来抵抗这种不平衡力。三、采用在每一段索段之间都增加抗滑移索的方式，通过每段的抗滑移索来抵抗这种不平衡力。

方式一主要应用与不平衡力较小的索段之间的连接，随着不平衡力的增大，使这种方式的危险系数增高，并且需要增大索夹的构造尺寸来实现这一作用，这样不仅增加了索夹的制造成本，也增加了施工难度，提高了施工成本。

方式二虽然比方式一能抵抗较大的不平衡力，但是主钢索断索和设置索连接节点都会大大增加索结构的生产制造成本，增加施工难度，同样提高了施工成本，并在一定程度上影响了施工精度和美观。

方式三和方式二都能抵抗较大的不平衡力，但是每一段索段之间都增加抗滑移索，使得索结构的生产制造成本增加，同样提高了施工成本，相应的也影响了施工的精度和美观。

针对于某些特殊的结构，单靠钢索节点本身是无法抵抗索网结构的不平衡力，不仅会造成整个索结构的安全隐患，还会大大增加节点的设计难度。

本发明提供一种抗不平衡力的跨越式多节点钢索节点结构及施工方法解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种抗不平衡力的跨越式多节点钢索节点结构及施工方法，来保证钢索节点在索网服役期间始终处于安全状态。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种抗不平衡力的跨越式多节点钢索节点结构，为索网结构承受较大不平衡力段，包括边界索、稳定索、承重索、抗滑移索和钢索索夹，所述钢索索夹间隔设置在边界索上，位于不平衡力段上的钢索索夹包括设在两端的钢索索夹和位于中间的钢索索夹，设在中间的钢索索夹间隔设置，所述稳定索连接在两端的钢索索夹上，所述承重索连接在钢索索夹上，所述抗滑移索与钢索索夹连接；

所述抗滑移索包括索体、锚具和连接头，所述索体设在两个锚具之间，所述连接头设在锚具的外端上；

所述抗滑移索的两端固定连接在两端的钢索索夹上，所述抗滑移索的索体活动连接在位于中间的钢索索夹上。

进一步地，所述锚具包括调节锚具和固定锚具；所述调节锚具包括锚具结构一和调节螺杆，所述调节螺杆活动连接在锚具结构一上，所述连接头活动连接在调节螺杆上；所述固定锚具包括锚具结构二和固定连接头，所述固定连接头固定连接在锚具结构二上，所述固定锚具为一体式结构。

进一步地，所述钢索索夹包括夹体、索道和连接耳板，所述索道间隔设置在夹体上，所述连接耳板设在夹体的内端部，所述边界索的索体和抗滑移索的索体设在索道中，所述承重索连接在连接耳板上。

进一步地，所述夹体上设有连接孔和连接耳板，所述连接孔和连接耳板分别设在夹体的内外两侧面上，所述调节螺杆连接在连接孔中，所述稳定索连接在连接耳板上。

进一步地，所述夹体上设有连接耳板，所述连接耳板分别设在夹体的内外两侧面上，所述抗滑移索的连接头连接在夹体内侧的连接耳板上，所述稳定索连接在夹体外侧的连接耳板上。

进一步地，所述索道间隔设置在夹体上，上下分层设置，所述边界索上下分层设置，设在索道内。

进一步地，所述抗滑移索的索体设在位于中间的钢索索夹的索道上。

一种抗不平衡力的跨越式多节点钢索节点结构的施工方法，包括以下步骤：

S1，受力分析：根据索网的整体结构和连接形态，对索网结构进行受力分析，找出索网边界处受不平衡力过大的区域，对上述区域进行结构分析；

S2，建立模型：将受不平衡力过大区域的索网结构进行建模，并根据模型按照施工步骤进行仿真分析，得出上述索网结构的边界索和抗滑移索在施工过程中的变形及受力，并标记钢索索夹的安装位置；

S3，索网拼装：进行索网的拼装，并对受不平衡力过大区域的索网结构进行预装加固；

S4，索网施工：根据模型的仿真分析，进行索网的提升安装和张拉成型；

S5，状态检测：索网张拉安装完成，在索网状态稳定后，对受不平衡力过大区域的索网结构上的抗滑移索和钢索索夹的工作状态进行检测，抗滑移索和钢索索夹一直处于安全状态，完成施工。

进一步地，步骤S3中，受不平衡力过大区域的索网结构的拼装步骤如下：

S31，依次铺放边界索，并在边界索上进行钢索索夹的安装；

S32，铺放抗滑移索，将抗滑移索的索体安装到位于中间的钢索索夹上，保持索体处于自由滑动状态；

S33，将抗滑移索的端部连接在位于最外侧的钢索索夹上，精确调整抗滑移索的长度和安装位置，保证安装后抗滑移索受力符合设计要求，并将抗滑移索的索体进行限位；

S34，拼装稳定索和承重索，将起与钢索索夹连接。

优选的，调整抗滑移索的操作方法如下：

使用刻度尺测量抗滑移索的长度，通过锚具的调整来对抗滑移索的长度进行精确控制。

本发明有益效果如下：

通过局部设置抗滑移索来抵抗索网结构中受不平衡力过大区域的不平衡力，解决了节点的设计难题，有效减小索网之间的不平衡力对整体结构的不利影响，增加了整个索网的安全域度，降低了索网加工制造成本，同时降低了施工难度，减少了施工成本。索网成型后，抗滑移索始终处于工作状态，使整个索网内力分布更为均衡，保证了抗滑移索两端的钢索节点的受力合理性，提高了整个索网在服役期间的安全性。

附图说明

图1为本发明索网结构的受不平衡力过大区结构示意图；

图2为本发明的钢索节点结构连接示意图；

图3为本发明的实施例一连接结构示意图；

图4为本发明的实施例一连接结构示意图；

图5为本发明的设在中间位置的钢索索夹连接示意图；

图6为本发明的抗滑移索的实施例一结构示意图；

图7为本发明的抗滑移索的实施例二结构示意图；

图8为本发明的设在中间位置的钢索索夹结构示意图；

图9为本发明的钢索索夹的实施例一结构示意图；

图10为本发明的钢索索夹的实施例二结构示意图。

附图标记：1-边界索，2-稳定索，3-承重索，4-抗滑移索，41-索体，42-锚具，421-锚具结构一，422-调节螺杆，423-锚具结构二，424-固定连接头，43-连接头，5-钢索索夹，51-夹体，511-连接孔，52-索道，53-连接耳板。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。

如图1、2、3、4、5所示，一种抗不平衡力的跨越式多节点钢索节点结构，位于索网结构中，适用于索网结构中受到不平衡力过大的边界分段抵抗节点处的不平衡力，包括边界索1、稳定索2、承重索3、抗滑移索4和钢索索夹5，所述钢索索夹5间隔设置在边界索1上形成节点，位于不平衡力段上的钢索索夹5包括设在两端的钢索索夹5和位于中间的钢索索夹5，设在中间的钢索索夹5间隔设置，所述稳定索2连接在两端的钢索索夹5上，所述承重索3连接在钢索索夹5上，所述抗滑移索4与钢索索夹5连接；

所述抗滑移索4的两端固定连接在两端的钢索索夹5上，由于抗滑移索4的索体的长度不变，在索网受力的过程中，通过抗滑移索4整体长度的不变来起到抵抗两个不平衡力较大节点处的不平衡力；所述抗滑移索4的索体41活动连接在位于中间的钢索索夹5上，抗滑移索4的索体41位于钢索索夹5内，只限制索体41沿垂直于轴线方向的移动，不限制索体41沿轴线方向的滑动，索体41在中间的钢索索夹5上能够实现自由滑动，不影响中间的不平衡力较小的节点。

如图1、2所示，索网结构中受不平衡力过大的长度段中，不平衡力主要产生在两端部的节点上，两个端部的不平衡力较大且对称，将抗滑移索4的两端固定连接在位于两端的钢索索夹5上，既限制抗滑移索4垂直于轴线方向上的位置，同时又限制其沿轴线方向上的滑动，起主要作用抵抗此段内两端节点处的较大的不平衡力，进而保证索网结构的合理受力和结构稳定；而两端部之间的钢索索夹节点处的不平衡力较小，因此将抗滑移索4的索体41活动连接在位于中间的钢索索夹5的索道52上，索体41能够在索道52内自由滑动，只限制抗滑移索4垂直于轴线方向上的位置，不限制其沿轴线方向上的自由滑动，来起辅助作用抵抗此区域中间位置较小的不平衡力。

本发明通过在索网结构中受不平衡力过大区域中设置抗滑移索4来抵抗不平衡力，并通过采用建立模型、受力分析、实时监控的手段保证抗滑移索4在索网的安装及使用过程中全程起到作用，有效保证了索网内力分布的均衡，提高了整个索网在使用期间的安全稳定。

如图6、7所示，所述抗滑移索4包括索体41、锚具42和连接头43，所述索体41设在两个锚具42之间，所述连接头43设在锚具42的外端上。

如图6、7所示，进一步地，所述锚具42包括调节锚具和固定锚具；所述调节锚具包括锚具结构一421和调节螺杆422，所述调节螺杆422活动连接在锚具结构一421上，所述连接头43活动连接在调节螺杆422上；所述固定锚具包括锚具结构二423和固定连接头424，所述固定连接头424固定连接在锚具结构二423上，所述固定锚具为一体式结构。

如图8、9、10所示，进一步地，所述钢索索夹5包括夹体51、索道52和连接耳板53，所述索道52间隔设置在夹体51上，所述连接耳板53设在夹体51的内端部，所述边界索1的索体和抗滑移索4的索体41设在索道52中，所述承重索3连接在连接耳板53上。

如图3、4、5、8、9、10所示，本发明的钢索索夹5共设置两种，一种设置在索网结构的受不平衡力过大区域的两端，作为抵抗较大不平衡力的钢索节点，另一种间隔设置在中间，作为加强稳固，设置在两端的钢索索夹5的结构与设置在中间的钢索索夹5的结构不同，设在两端的钢索索夹5需要与边界索1、稳定索2、承重索3和抗滑移索4连接，共设置四个连接点，设在中间的钢索索夹5与边界索1、承重索3和抗滑移索4连接，共设置三个连接点。

本发明的抗滑移索4的组成结构根据实际情况进行灵活改变，索体41的两端至少要连接一个调节锚具来实现对抗滑移索4长度的精确调整，调节锚具的外端可以根据实际情况选择是否设置连接头43。

如图3、6、9所示，本发明的实施例一，所述抗滑移索4由索体41、调节锚具、固定锚具和连接头43组成，索体41的两端分别连接调节锚具和固定锚具，连接头43连接在调节锚具的调节螺杆422上；与上述抗滑移索4相匹配的钢索索夹5由夹体51、索道52和连接耳板53组成，设在两端的钢索索夹5的夹体51内端部设置三个连接耳板53，三个连接耳板53分别设在夹体51的内外两侧面及外端面上，三个连接耳板53分别与稳定索2、承重索3和抗滑移索4连接；设在中间的钢索索夹5的设置一个连接耳板53，与承重索3连接，抗滑移索4的索体41活动连接在位于中间的钢索索夹5的索道52上。

如图4、5、7、8、10所示，本发明的实施例二，所述抗滑移索4由索体41和调节锚具组成，索体41设在两个调节锚具之间；与上述抗滑移索4相匹配的钢索索夹5由夹体51、索道52和连接耳板53组成，设在两端的钢索索夹5的夹体51内端部设置两个连接耳板53，并在夹体51的内侧面上开设有连接孔511，两个连接耳板53分别设在夹体51的外侧面及外端面上，两个连接耳板53分别与稳定索2和承重索3连接，抗滑移索4上的调节螺杆422连接在夹体51的内侧面上的连接孔511内。

如图10所示，进一步地，所述夹体51上设有连接孔511和连接耳板53，所述连接孔511和连接耳板53分别设在夹体51的内外两侧面上，所述调节螺杆422连接在连接孔511中，所述稳定索2连接在连接耳板53上。

如图8、9所示，进一步地，所述夹体51上设有连接耳板53，所述连接耳板53分别设在夹体51的内外两侧面上，所述抗滑移索4的连接头43连接在夹体51内侧的连接耳板53上，所述稳定索2连接在夹体51外侧的连接耳板53上。

进一步地，所述抗滑移索4的索体41活动连接在位于中间的钢索索夹5的索道52上，可以沿索体41的轴线方向自由滑动；位于中间的钢索索夹5的索道52的内径大于抗滑移索4的索体41直径。

优选的，所述稳定索2和承重索3均包括索体41和连接头43，并通过连接头43连接在钢索索夹5的连接耳板53上。

优选的，所述索道52通过盖板和高强度螺栓固定在夹体51上，进而将边界索1的索体固定在钢索索夹5上。

进一步地，设置钢索索夹5的位置为索网结构中受到不平衡力过大的边界分段处，实际应用中根据实际情况为边界索或其他区域索，钢索数量根据索网结构为单根或多根；设置多根时，索体分为上下两层布置在钢索索夹5的索道52上。

本发明优选的，所述钢索索夹5设在边界索1上，所述边界索1共设置八根，分成上下两层各四根连接在钢索索夹5的索道52上。

进一步地，所述索道52间隔设置在夹体51上，上下分层设置，所述边界索1上下分层设置，设在索道52内。

一种抗不平衡力的跨越式多节点钢索节点结构的施工方法，包括以下步骤：

S1，受力分析：根据索网的整体结构和连接形态，对索网结构进行受力分析，找出索网边界处受不平衡力过大的区域，对上述区域进行结构分析；

S2，建立模型：将受不平衡力过大区域的索网结构进行建模，并根据模型按照施工步骤进行仿真分析，得出上述索网结构的边界索1和抗滑移索4在施工过程中的变形及受力，来确定抗滑移索4长度及规格，并在抗滑移索4上标记出钢索索夹5的安装位置；

S3，索网拼装：进行索网的拼装，并对受不平衡力过大区域的索网结构进行预装加固；

S4，索网施工：根据模型的仿真分析，进行索网的提升安装和张拉成型；在安装过程中，实时监测抗滑移索4的受力状态，保证抗滑移索4一直处于张紧状态；抗滑移索4通过张紧来抵抗抗滑移索4两端的钢索节点所受到稳定索2所产生的不平衡力；

S5，状态检测：索网张拉安装完成，在索网状态稳定后，对受不平衡力过大区域的索网结构上的抗滑移索4和钢索索夹5的工作状态进行检测，保证抗滑移索4和钢索索夹5一直处于安全状态，完成施工。

进一步地，步骤S3中，受不平衡力过大区域的索网结构的拼装步骤如下：

S31，依次铺放边界索1，并在边界索1上进行钢索索夹5的安装；

S32，铺放抗滑移索4，将抗滑移索4的索体41安装到位于中间的钢索索夹5上，保持索体41处于自由滑动状态，索体41和索道52之间无作用力；

S33，将抗滑移索4的端部连接在位于最外侧的钢索索夹5上，精确调整抗滑移索4的长度和安装位置，保证安装后抗滑移索4受力符合设计要求，并将抗滑移索4的索体41进行限位；

S34，拼装稳定索2和承重索3，将起与钢索索夹5连接。

优选的，调整抗滑移索4的操作方法如下：

使用刻度尺测量抗滑移索4的长度，通过锚具42的调整来对抗滑移索4的长度进行精确控制。

优选的，索网成型后，所述抗滑移索4所承受的实际索力值与S2中受力分析中的索力设计值的偏差在10%以内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。