一种适用于大跨度网架结构体系的网架支座及其使用方法

技术领域

本发明属于网架支座技术领域，具体涉及一种适用于大跨度网架结构体系的网架支座及其使用方法。

背景技术

网架结构因造型多变，使用功能的多样性，在大跨度空间结构体系中得到了广泛的应用；但从近年来发生的多起倒塌事故中，我们可以看出，在大跨度空间结构体系中，连接上部网架结构与下部混凝土支承的支座节点是结构中最容易损坏的部位，当上部网架支座在受到较大的地震作用及极端偶然荷载时，如果没有足够的耗能变形能力，会使得支座及下部支承混凝土发生破坏，不能形成有效连接和共同受力作用，最终导致整体建筑物的垮塌，发生工程事故；

我国现有网架支座多采用铰支座、刚性支座和板式橡胶支座等，在使用时：

(1)现有的网架支座在使用过程中，外部荷载较大时会增加紧固螺栓和锚杆的受力，甚至进一步导致下部支承结构的破坏，从而影响结构整体的安全性；

(2)现有的网架支座的弹性变形能力有限，并且支座受力主要由下部支承体系来承担，因此当上部网架支座在受到较大的地震作用及极端偶然荷载时，容易造成下部支承结构的损坏；

(3)现有的网架支座在安装后由于上部结构受到外部作用力，在受力损坏时无法进行更换，致使后期对于网架支座上部结构难以进行有效的维修和更换；

因此，亟需设计一种适用于大跨度网架结构体系的网架支座结构，以解决上述现有技术存在的问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种适用于大跨度网架结构体系的网架支座及其使用方法，本支架通过下部预埋组件和上部连接组件的设置，在使用时能够便于拆卸更换适应的配件，使结构自身基本处于弹性工作状态，保证网架支座的自身承载力，在地震来临时提供减震耗能；同时通过弹簧元件的设置，能够协调支座节点变形能力，减少外部荷载对支座节点的影响，具有安装灵活性高、使用调节方便和缓冲效果好的特点。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种适用于大跨度网架结构体系的网架支座，包括下部预埋组件、上部连接组件和高强连接件，

所述下部预埋组件包括支座底板、预埋钢板和若干锚杆，所述锚杆设置在预埋钢板下侧，且与预埋钢板均预埋在下部混凝土基础内，所述支座底板设置在预埋钢板上，且通过过渡板与预埋钢板连接；

所述上部连接组件设置在支座底板上侧，包括防护外壳、弹簧元件、支座螺栓球和自适应防屈支撑件，所述防护外壳为穹顶形状，且与支座底板通过高强连接件连接，所述支座螺栓球通过自适应防屈支撑件安装在防护外壳内，与设置在上部网架下侧的网架杆件配合使用，所述网架杆件与防护外壳配合使用，所述弹簧元件设置在防护外壳内的网架杆件上，且与防护外壳配合使用。

优选的，所述的防护外壳外侧对称设置有加劲肋，内侧设置有橡胶层；且在所述防护外壳的顶部还开设有圆孔，所述圆孔与网架杆件配合使用；

所述支座螺栓球上还设置有有套管，所述套管与网架杆件配合使用。

优选的，所述的自适应防屈支撑件包括缸体、活塞杆、插销和第一复位弹簧，

所述缸体为密封缸，缸体内对称设置有相互配合使用的限位环和活塞，且所述活塞设置在限位环外侧，在缸体内形成彼此密封的平衡腔和对称设置在平衡腔两侧的两个伸缩腔，且在所述平衡腔与伸缩腔之间还设置有自适应压力平衡机构；

所述第一复位弹簧设置在平衡腔内，且与对称设置的两个活塞连接；

所述活塞杆通过第一密封件活动安装在缸体上，且活塞杆的内侧端与活塞连接，外侧端设置有连接夹板，所述连接夹板与设置在支座底板和支座螺栓球上的节点板配合使用；

所述插销与连接夹板和节点板配合使用。

优选的，所述的缸体上还对称设置有第一气管和第二气管，所述第一气管与伸缩腔连通，第二气管与平衡腔连通，且所述第二气管为三通气管，所述自适应压力平衡机构设置在第一气管与第二气管之间。

优选的，所述的自适应压力平衡机构包括导流壳体，以及设置在导流壳体内的第一密封件和封流针，

所述导流壳体设置在第一气管与第二气管之间，且在导流壳体内设置有第一空气流道和第二空气流道，所述第一空气流道的进气端设置在靠近第一气管的一端，且与第一密封件配合使用；所述第二空气流道的进气端设置在靠近第二气管的一端，且在第二空气流道上设置有阻流膜片和第三气管，所述第三气管的末端与密封壳体连通；

所述第一密封件通过第二复位弹簧设置在第一密封件内，且与第一空气流道的进气端配合使用；

所述封流针设置在密封壳体内，且与阻流膜片配合使用。

优选的，所述的封流针前端针头依次穿过密封壳体和第二空气流道的侧壁，且在封流针的前端部设置有斜切面与阻流膜片配合使用，所述阻流膜片对称且相互错位设置，且阻流膜片的错位空隙与封流针的前端部斜切面配合使用。

优选的，所述的第三气管设置在靠近第二气管的一端，且与密封壳体连通；所述封流针的尾端与活动设置在密封壳体内的第二密封件连接，且在第二密封件尾部设置有第一磁铁，所述第一磁铁与设置在密封壳体内的第二磁铁配合使用。

优选的，所述的第二磁铁通过调节组件设置在密封壳体内，所述调节组件包括外套件，设置在外套件上的夹头和调节件，

所述外套件为螺纹件，在外套件外侧设置有外螺纹与设置在密封壳体顶板上的内螺纹配合使用；

所述夹头通过销轴转动安装在外套件下端，且与第二磁铁配合使用；

所述调节件通过调节螺母活动设置在外套件上，且在调节件下端一体成形设置有斜撑板，所述斜撑板与夹头配合使用，且在所述调节件的内侧杆上还套设有第三限位弹簧。

优选的，所述的夹头内侧面上设置有内卡槽，所述内卡槽与第二磁铁配合使用。

一种适用于大跨度网架结构体系的网架支座的施工方法，包括

步骤1.在使用前，将锚杆焊设在预埋钢板下侧，并将预埋钢板和锚杆绑扎在下部混凝土基础内，进行浇筑；

步骤2.浇筑完成后通过过渡板将支座底板焊设在预埋钢板上；

步骤3.然后铺设底层橡胶层，并通过自适应防屈支撑件将支座螺栓球安装在支座底板上侧；再将防护外壳和弹簧元件套设在网架杆件上，将网架杆件与套管连接；

步骤4.最后下压防护外壳，利用高强连接件将防护外壳与支座底板连接，完成本适变形网架支座的安装。

本发明的有益效果是：本发明公开了一种适用于大跨度网架结构体系的网架支座及其使用方法，与现有技术相比，本发明的改进之处在于：

本发明设计了一种适用于大跨度网架结构体系的网架支座，包括相互配合使用的下部预埋组件和上部连接组件，使用时：

1.本网架支座通过使用高强连接件将防护外壳与支座底板进行紧固连接，从而保证支座本体安装的牢固性，通过防护外壳的设置能够对支座螺栓球和整体支座起到防护的作用，同时在防护外壳外侧布置加劲肋进一步提升了整体支座的承载力；

2.本网架支座通过在网架杆件上布置有弹簧元件协调支座节点变形能力，能够有效减少外部荷载对支座节点的影响；同时将支座螺栓球与支座底板通过自适应防屈支撑件连接，能够在使用时防止上部杆件的屈曲，保证结构基本处于弹性工作状态，并可通过自适应防屈支撑件的设置，来衰减外部作用力，在地震来临时提供减震耗能的作用，对网架杆件和下部混凝土基础进行保护；

3.本网架支座在使用时通过振弦式应变计的设置，可以及时发现结构的超限情况，并进行拆装替换，能够保证支座节点正常工作的耐久性，方便支座的装卸和维护，具有安装灵活性高、使用调节方便和缓冲效果好的优点。

附图说明

图1为本发明可更换的适变形网架支座的结构示意图。

图2为本发明可更换的适变形网架支座主视角度的剖视图。

图3为本发明可更换的适变形网架支座俯视角度的剖视图

图4为本发明自适应防屈支撑件的结构示意图。

图5为本发明自适应防屈支撑件的剖视图。

图6为本发明自适应压力平衡机构的安装效果图。

图7为本发明自适应压力平衡机构正向释压时的剖视图。

图8为本发明自适应压力平衡机构反向释压时的剖视图。

图9为本发明自适应压力平衡机构A处的局部放大图。

图10为本发明自适应压力平衡机构B处的局部放大图。

图11为本发明夹头的结构示意图。

其中：1.防护外壳；2.加劲肋；3.橡胶层；4.弹簧元件；5.支座螺栓球；6.节点板；7.自适应防屈支撑件；8.网架杆件；9.振弦式应变计；10.高强连接件；11.螺帽；12.垫片；13.支座底板；14.过渡板；15.预埋钢板；16.锚杆；17.混凝土基础；18.套管，19.缸体，20.活塞杆，21.连接夹板，22.限位环，23.伸缩腔，24.活塞，25.第一密封件，26.第一复位弹簧，27.第一气管，28.第二气管，29.导流壳体，30.第一密封件，31.第一空气流道，32.第二空气流道，33.阻流膜片，34.第三气管，35.第二复位弹簧，36.密封壳体，37.封流针，38.第二密封件，39.第一磁铁，40.第二磁铁，41.外套件，42.夹头，43.调节件，44.第三限位弹簧，45.调节螺母，46.斜撑板，47.销轴，48.内卡槽，49.平衡腔。

具体实施方式

为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。

实施例1：参照附图1-11所示的一种适用于大跨度网架结构体系的网架支座，包括下部预埋组件、上部连接组件和高强连接件10，其中

所述下部预埋组件包括预埋件和支座底板13，所述预埋件预先浇筑在下部混凝土基础17的支承结构内，所述支座底板13设置在预埋件上，且与上部连接组件配合使用；

所述上部连接组件设置在支座底板13上侧，包括防护外壳1、弹簧元件4、支座螺栓球5和自适应防屈支撑件，所述防护外壳1为穹顶形状，且与支座底板13通过高强连接件10连接，所述支座螺栓球5通过自适应防屈支撑件7安装在防护外壳1内，与设置在上部网架下侧的网架杆件8配合使用，且与防护外壳1相互配合，对网架杆件8进行支撑，所述弹簧元件4活动套设在防护外壳1内的网架杆件8上，用于在网架结构受到外力变形时，协调支座节点的变形。

优选的，所述的预埋件包括预埋钢板15和若干锚杆16，所述锚杆16焊接在预埋钢板15下侧，且与预埋钢板15均预埋浇筑在下部混凝土基础17内，并起到锚固和稳定作用，所述支座底板13设置在预埋钢板15上，且通过过渡板14与预埋钢板15焊接连接，所述预埋钢板15上还设置有若干连接孔与高强连接件10配合使用。

优选的，为便于在使用时将所述网架杆件8可拆卸安装在支座螺栓球5上侧，在所述的支座螺栓球5上还焊设有套管18，所述套管18与网架杆件8配合使用，对网架杆件8进行固定，即在使用时将所述网架杆件8活动插设在套管18内，利用套管18对网架杆件8进行固定。

优选的，为提升防护外壳1的承载力，在所述的防护外壳1四面上焊接有加劲肋2，同时在防护外壳的顶部还开设有圆孔与网架杆件8布置，同时为方便插入，设计所述的圆孔直径大于网架杆件8直径1-2mm。

优选的，所述的支座底板13和支座螺栓球5上均设置有节点板6，所述节点板6与自适应防屈支撑件7配合使用，即在使用时，通过节点板6与自适应防屈支撑件7之间的连接作用，将支座螺栓球5安装在支座底板13上侧。

优选的，为便于测量所述网架杆件8在受到外力时的变形，在所述的网架杆件8上还安装有振弦式应变计9，所述振弦式应变计9通过粘贴的方式固定于网架杆件8上，并在振弦式应变计9整体安装完毕后于外部布置铁盒进行保护。

优选的，为防止老化和对防护外壳1内的结构进行保护，在所述的防护外壳1内侧还通过胶结剂粘结有橡胶层3，起到减震缓冲的作用，并在橡胶层3底部切割圆通孔便于支座底板13上节点板6的连接，且在所述橡胶层3四周涂抹防止老化的酚醛树脂。

优选的，为有效的将支座底板13与防护外壳1连接，在所述的高强连接件10上还套设有螺帽11和垫片12，所述螺帽11和垫片12与高强连接件10配合使用，其中所述垫片12设置在螺帽11的内侧；在外侧裸露的防护外壳1、支座底板13、高强连接件10、螺帽11、垫片12上还附着有防腐材料涂层。

优选的，所述的高强连接件10为高强螺杆。

本实施例所述可更换的适变形网架支座的使用过程和使用原理包括：

在使用前，首先将所述若干锚杆16焊设在预埋钢板15下侧，并将预埋钢板15和锚杆16绑扎在下部混凝土基础17内，进行浇筑；浇筑完成后通过过渡板14将支座底板13焊设在预埋钢板15上；然后铺设底层橡胶层3，并通过自适应防屈支撑件7将支座螺栓球5安装在支座底板13上侧；再将防护外壳1和弹簧元件4套设在网架杆件8上，将网架杆件8与套管18连接；最后下压防护外壳1，利用高强连接件10、螺帽11和垫片12将防护外壳1与支座底板13连接，完成本适变形网架支座的安装；

在使用时：当受到外部力的作用导致下部混凝土基础17或上部网架运动时，对弹簧元件4造成挤压，利用弹簧元件4恢复形变的作用来进行缓冲，对本装置进行保护；同时在使用时，可以更换适变形网架支座的支座螺栓球5与支座底板13通过自适应防屈支撑件7进行连接，能够防止上部杆件的屈曲，保证结构基本处于弹性工作状态，并可在地震来临时提供减震耗能的作用。

实施例2：与上述实施例1不同的是，为便于对座螺栓球5进行安装和固定，设计所述的自适应防屈支撑件7包括缸体19、活塞杆20、插销22和第一复位弹簧26，其中

所述缸体19为两端设置有伸缩孔的密封缸，在缸体19内对称设置有相互配合使用的限位环22和活塞24，所述活塞24设置在限位环22外侧，在缸体19内形成一个平衡腔49和两个对称设置的伸缩腔23，且在所述平衡腔49与伸缩腔23之间还设置有自适应压力平衡机构；

所述第一复位弹簧26设置在平衡腔49内，且与对称设置的两个活塞24固定连接，在使用时对活塞24起复位作用；

所述活塞杆20通过第一密封件25活动安装在缸体19两端板上的伸缩槽内，且活塞杆20的内侧端与活塞24连接，外侧端设置有连接夹板21，所述连接夹板21与节点板6配合使用，在使用时通过插销22将连接夹板21与节点板6连接，实现将自适应防屈支撑件7安装在支座螺栓球5与支座底板13之间；即在使用时，当网架杆件8或者下部混凝土基础17受到较大的地震作用及极端偶然荷载时，通过拉动活塞杆20伸缩以对外部作用力进行衰减，以达到减震保护的作用。

优选的，所述的缸体19上还对称设置有第一气管27和第二气管28，其中第一气管27与伸缩腔23连通，第二气管28与平衡腔49连通，且所述第二气管28为三通气管，所述自适应压力平衡机构设置在第一气管27与第二气管28之间，将伸缩腔23与平衡腔49连通，使得伸缩腔23与平衡腔49之间的气流可以相互流通，以实现不同拉力状态下的缸体19内压力平衡。

优选的，所述的自适应压力平衡机构包括导流壳体29，以及设置在导流壳体29内的第一密封件30和封流针37，其中

所述导流壳体29安装在第一气管27与第二气管28之间，在导流壳体29内设置有第一空气流道31和第二空气流道32，所述第一空气流道31的进气端设置在靠近第一气管27的一端，且与第一密封件30配合使用，使用时通过第一密封件30对第一空气流道31的进气端开合进行控制；所述第二空气流道32的进气端设置在靠近第二气管28的一端，且在第二空气流道32上设置有阻流膜片33和第三气管34，所述第三气管34的末端与密封壳体36连通；

所述第一密封件30通过第二复位弹簧35活动安装在第一密封件30内，且与第一空气流道31的进气端配合使用，对第一空气流道31进行封堵；

所述封流针37活动安装在密封壳体36内，且与阻流膜片33配合使用，对第二空气流道32的开合进行控制。

优选的，为在利用封流针37对第二空气流道32截流前可以将伸缩腔23内的高压气体导入密封壳体36内，设计所述的第三气管34设置在靠近第二气管28的一端，且与密封壳体36连通；所述封流针37的尾端通过第二密封件38活动安装在密封壳体36内，且在第二密封件38尾部嵌设有第一磁铁39，所述第一磁铁39与设置在密封壳体36内的第二磁铁40配合使用，且第一磁铁39与第二磁铁40互为同名磁铁；在使用时，当伸缩腔23内的高压气体导入密封壳体36内时，对第二密封件38下部进行挤压，使得第二密封件38沿着靠近第二磁铁40的方向运动，以此将封流针37的前端部从阻流膜片33内拔出，使得第二空气流道32通路，完成高压气体从伸缩腔23到平衡腔49内的流通。

优选的，为与阻流膜片33配合使用，对第二空气流道32进行控制，设计所述的封流针37的前端针头依次穿过密封壳体36和第二空气流道32的侧壁，且在封流针37的前端部设置有斜切面40与阻流膜片33配合使用，所述阻流膜片33对称且相互错位设置，以便斜切面40插入，对第二空气流道32内的气流通路进行控制。

优选的，为便于在使用时，可以根据需要调节第一磁铁39与第二磁铁40之间的相对距离，进而调节第二密封件38的屈服压力，设计所述的第二磁铁40通过调节组件可拆卸安装在密封壳体36内，所述调节组件包括外套件41，设置在外套件41上的夹头42和调节件43，其中

所述外套件41外侧设置有外螺纹，所述外螺纹与设置在密封壳体36顶板上的内螺纹配合使用，在使用时利用外螺纹与内螺纹的配合使用，将外套件41螺接安装在密封壳体36上；

所述夹头42通过销轴47转动安装在外套件41下端，所述第二磁铁40安装在对称设置的两个夹头42之间；

所述调节件43通过调节螺母45安装在外套件41上，且在调节件43下端一体成形设置有斜撑板46，所述斜撑板46与夹头42内侧的斜面板配合使用，在使用时，通过调节螺母45调节调节件43在外套件41内的相对长度，进而通过斜撑板46撑动夹头42转动，将第二磁铁40夹紧，同时反向转动调节螺母45时，可以更换不同磁力的第二磁铁40。

优选的，所述的调节件43的内侧杆上还套设有第三限位弹簧44，用于在调节时对所述调节件43进行复位。

优选的，所述的夹头42的内侧面上设置有内卡槽48，所述内卡槽48与第二磁铁40配合使用，对第二磁铁40进行固定。

本实施例所述自适应防屈支撑件7的使用过程和使用原理包括：

当缸体19任一端或者两端的活塞杆20受到外部拉力向外运动时，使得缩腔23内的气体密度变大，压强变大，此时高压气流经第一气管27进入到导流壳体29内，对第一密封件30进行挤压，使得第一密封件30压缩第二复位弹簧35向后运动，将第一空气流道31的进口端打开，高压气流经第一空气流道31流到第二气管28内，经流入第二气管28内的高压气流成2路流动，一路直接直接进入到平衡腔49内，另一路流入另一自适应压力平衡机构的第二空气流道32内，首先进入密封壳体36内克服第一磁铁39与第二磁铁40之间的斥力，使得第二密封件38向上运动，将封流针37的前端部从阻流膜片33内拔出，使得第二空气流道32通路，高压气体进入到另一伸缩腔23内，使得两个伸缩腔23内的气压和平衡腔49内的气压相等，此时缸体19的气压打到一个新的动态平衡，对外部冲击力进行衰减，同时在伸缩腔23与平衡腔49内的气压在平衡的过程中，最终反映为第一复位弹簧26的伸长或者是压缩；而在外部力失去或者减小时，第一复位弹簧26又产生一个新的复位的力，进而调节伸缩腔23与平衡腔49内的再次以新的平衡压状态平衡，周而复始，不断的外部力进行衰减，最终完全吸收外部力的作用，完成缓冲减震的作用，对网架杆件8和下部混凝土基础17进行保护。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。