付浩然，李國(guó)東，鄂 婧，李笑鮮

（東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 引言

單元拼裝式自平衡預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是一種新式的預(yù)應(yīng)力空間鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)是由結(jié)構(gòu)基本單元拼裝組成，結(jié)構(gòu)的基本單元的形狀為一幾何多面體，該幾何多面體是由外部只能承受拉力的柔性拉索和內(nèi)部按照一定規(guī)則設(shè)置的剛性壓桿組成。

2 單元拼裝式預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的成型方法

結(jié)構(gòu)成型是指在實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的空間幾何形態(tài)并在預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中建立既定預(yù)應(yīng)力的過(guò)程。通常情況下，直接張拉預(yù)應(yīng)力拉索的拉索法是預(yù)應(yīng)力空間鋼結(jié)構(gòu)廣泛采用的結(jié)構(gòu)成型手段，但是拉索法并不適合單元拼裝式自平衡預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的成型，這與自平衡預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特征和構(gòu)造特點(diǎn)相關(guān)。

首先，在單元拼裝式自平衡預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中拉索的根數(shù)眾多，絕大多數(shù)拉索的設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力不同，張拉過(guò)程中各拉索之間索力相互影響大，拉索張拉控制應(yīng)力確定困難。

其次，自平衡預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)上關(guān)聯(lián)的構(gòu)件數(shù)量較多，難以為數(shù)量眾多的拉索的張拉提供必要的作業(yè)空間和錨固空間，工程實(shí)施困難，結(jié)構(gòu)成型質(zhì)量難以保證。

因此，單元拼裝式自平衡預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu)上通常從結(jié)構(gòu)構(gòu)件的空間上協(xié)調(diào)變形特點(diǎn)上解決其成型的難題。絲扣擰張法就是一種通過(guò)伸長(zhǎng)壓桿間接實(shí)現(xiàn)拉索張拉的拉索預(yù)應(yīng)力建立方法。絲扣擰張法的技術(shù)特點(diǎn)如下：為實(shí)現(xiàn)壓桿的伸長(zhǎng)，在壓桿的兩端分別設(shè)置一定長(zhǎng)度的絲扣方向相反的螺栓，安裝壓桿時(shí)將兩端的螺栓旋入端部的球形節(jié)點(diǎn)的螺中，結(jié)構(gòu)拼裝完成后，旋轉(zhuǎn)壓桿使桿端的螺栓自節(jié)點(diǎn)構(gòu)件中旋出，壓桿實(shí)現(xiàn)伸長(zhǎng)，同時(shí)與該壓桿連接的拉索實(shí)現(xiàn)張緊。

3 結(jié)構(gòu)成型的步驟及措施

采用絲扣擰張法實(shí)現(xiàn)單元拼裝式自平衡預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的成型需按照以下步驟實(shí)現(xiàn)（如圖1所示）：

（1）結(jié)構(gòu)單元拼裝，依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙將組成預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的各結(jié)構(gòu)單元體組裝完成，由于在結(jié)構(gòu)的拼裝階段壓桿不需伸長(zhǎng)，因此結(jié)構(gòu)單元體中各構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力為零。

（2）結(jié)構(gòu)整體拼裝。此階段的主要工作是按照預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系的拓?fù)涮攸c(diǎn)，將各結(jié)構(gòu)單元體拼裝對(duì)位。為保證成型質(zhì)量，拼裝時(shí)需布設(shè)腳手架及腳手板，腳手板上應(yīng)設(shè)置臨時(shí)墊塊或臨時(shí)支架，確保結(jié)構(gòu)在成型前各節(jié)點(diǎn)構(gòu)件不懸空。

圖1 翹曲型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)成型示意圖

（3）結(jié)構(gòu)成型。預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系的成型是組成結(jié)構(gòu)的各結(jié)構(gòu)基本單元體按一定順序逐批成型的過(guò)程。結(jié)構(gòu)成型時(shí)，需根據(jù)預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系的空間形狀及結(jié)構(gòu)基本單元體的空間分布規(guī)律指定壓桿的伸長(zhǎng)順序，壓桿的絲扣擰張作業(yè)應(yīng)以網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的基本單元體作為基本的作業(yè)單位，各作業(yè)單位間的作業(yè)順序自結(jié)構(gòu)的中心處的結(jié)構(gòu)基本單元體開(kāi)始，然后依次向預(yù)應(yīng)力索桿網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的邊界方向分批逐次地開(kāi)展，同批的作業(yè)單位的成型需同步完成。

在具體實(shí)施時(shí)拉索中的預(yù)應(yīng)力可以通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算獲得，假設(shè)拉桿j與壓桿k相關(guān)聯(lián)，通過(guò)拉索的控制張拉應(yīng)力可以從拉索的彈性工作特點(diǎn)換算出拉索的理論伸長(zhǎng)長(zhǎng)度，為實(shí)現(xiàn)該拉索的可以通過(guò)下式計(jì)算出壓桿的理論伸長(zhǎng)量為：

其中的 是壓桿k與拉索j的空間夾角。通過(guò)合理的估算結(jié)構(gòu)中拉桿的伸長(zhǎng)量值就可確定壓桿的理論伸長(zhǎng)量，從而實(shí)現(xiàn)每根拉索的預(yù)應(yīng)力度。

當(dāng)所有的壓桿完成既定的伸長(zhǎng)量后，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)和空間形態(tài)均達(dá)到既定的成型狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)成型。

4 結(jié)論

本文深入地討論了適用于單元拼裝式自平衡預(yù)應(yīng)力索桿結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)的成型方法，獲得的主要結(jié)論如下：

（1）單元拼裝式自平衡預(yù)應(yīng)力索桿結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征決定了拉索法難以應(yīng)用在這種結(jié)構(gòu)的成型上，絲扣擰張法是一種合適的結(jié)構(gòu)成型方法。

（2）絲扣擰張法實(shí)施簡(jiǎn)便，由于其實(shí)施的效果與實(shí)施的過(guò)程無(wú)關(guān)，只取決于壓桿的和拉桿成型前后的狀態(tài)，因此成型效果良好。

（3）用絲扣擰張法實(shí)現(xiàn)單元拼裝式自平衡預(yù)應(yīng)力索桿結(jié)構(gòu)的成型應(yīng)按照結(jié)構(gòu)單元拼裝、結(jié)構(gòu)整體拼裝和結(jié)構(gòu)成型這三個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)，在結(jié)構(gòu)成型階段需結(jié)合結(jié)構(gòu)體系的拓?fù)涮攸c(diǎn)，優(yōu)選合理的結(jié)構(gòu)單元間的成型方案。

（4）絲扣擰張法對(duì)結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的尺寸、構(gòu)造等要求嚴(yán)格，節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)值得深入研究。

[1] 劉錫良.現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)[M].天津：天津人學(xué)出版社，2003.

[2] 翟廣泛，劉晚成，吳桂娟.單元拼裝式自平衡預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu) 構(gòu)件加工與安裝[J]. 森林工程，2006，22(4)：52-54.