本发明属于土木工程施工技术领域，具体涉及一种适用于防止支撑体系变形的预紧方法和装置。
背景技术：
土木工程建设中，支撑体系的运用必不可少，支撑体系是为了保证各施工过程顺利进行而搭设的工作平台。支撑体系与一般结构相比，所受的荷载差异性较大。同时钢架支撑体系的运用不是一次性的，在建设工程开始时需要进行搭设，在建设工程结束时需要拆除。支撑体系的构件可以反复使用，所以在这个过程中构件必定会有所损耗。支撑体系在完成搭接之后，由于人工的搭接并不能使得结构整体紧实稳定，构件之间松动变形的现象时有发生。在处理钢架支撑体系安装预紧的方法中，施工人员会采用，例如，将一定重量的水通过运输至支撑体系的上端，然后借用水的重量，对该支撑体系进行预压，使得该支撑体系的杆件连接更加紧凑稳定，待过一段时间后，再破坏盛水的容器，使水流下，从而达到支撑体系的预紧效果。这样通过上部水重量预压的方法，虽然可以起到一定的效果，但是同时存在很多弊端。例如：(1)上部重量预压只能在上下方向(z方向)上起到预紧效果，空间其他方向上的构件无法预紧。(2)操作的难度很大，将水运到很高的支撑体系上端的难度很大，若是高层建筑，实属困难。(3)不具有时效性，在所有的支撑体系的构件搭接完成之后，再进行预压，浪费时间，并且无法清楚细部结构情况。(4)预压过程只有开始的一次，若该支撑体系在使用过程中出现松动，则无法重复之前的方式再次压紧。(5)浪费资源，要对该支撑体系进行预压，往往需要水的重量很大，预压之后，这么大量的水直接流走，是对水资源的浪费。同时随着我国大量现代化大型建筑体系的出现，支撑体系工程也需要推陈出新，旧型的支撑体系渐渐难以满足现代化大型建筑的要求。支撑体系坍塌的事故时有发生，因此支撑体系的变形问题渐渐引起人们的关注。
支撑体系的变形的原因有(1)因地基沉降引起的杆件的局部变形；(2)支撑体系所依赖的悬挑梁挠度变形超过规定值；(3)支撑卸荷，拉接体系局部产生破坏。所以，我们需要对钢架支撑体系进行构件的张拉预紧。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明公开了一种适用于防止支撑体系变形的预紧方法和装置，能够在钢架支撑体系搭接过程中对支撑体系杆件进行张拉预紧，以减小支撑体系变形引起结构不稳定问题引起的安全事故的概率。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种适用于防止支撑体系变形的预紧装置，包括空间支撑体系和支撑体系预紧张拉装置。
所述空间支撑体系包括横向杆件和纵向杆件，所述横向杆件和纵向杆件通过连接扣件搭接成方形的空间支撑体系。
所述预紧张拉装置包括钢缆线与螺母锚具，所述钢缆线是采用l根钢丝捻制而成，钢缆线沿每个横向杆件和纵向杆件的中点闭合环绕一周，围成x、y、z三个方向的矩形平面，每个矩形平面所用的钢缆线两端通过螺母锚具连接，所述螺母锚具包括锚具本体、螺母、螺栓、垫板、连接器，所述连接器设置在锚具本体内，钢缆线插入并穿过连接器，所述垫板固定在锚具本体一端，螺母通过连接杆连接连接器，螺母压在垫板外侧，螺母外侧设有螺栓。
所述预紧张拉装置还包括在钢缆线折弯处固定凹槽垫片，所述凹槽垫片包括支座，所述支座上方设有凹槽，钢缆线在折弯处设置在凹槽内，防止钢缆线产生侧向滑移，根据不同的支撑体系的杆件材料采用不同的固定方式，钢结构支撑体系杆件可采用焊接固定所述凹槽垫片；木结构支撑体系可采用钢钉固定所述凹槽垫片。
一种适用于防止支撑体系变形的预紧方法，包括以下步骤：
步骤一：搭接空间支撑体系，根据空间支撑体系建立空间直角坐标系，为了使得计算方便，将该支撑体系置于空间直角坐标系的第一卦限，从而在xyz方向的值均为正值。
步骤二：设x方向节点的x坐标分别为x1，x2，x3...xn；y方向节点的y坐标分别为y1，y2，y3...yn；z方向节点的z坐标分别为z1，z2，z3...zn。由此，该支撑体系上每一个节点都可用(xi，yj，zk)(其中i，j，k∈[1，n])(o点除外)，则该支撑体系上每一个点都可用含有xi，yj，zk的坐标表示。
步骤三；在该空间多跨支撑体系中取一跨支撑体系，其中x方向的节点取值区间为(xm，xm 1)；y方向的节点取值区间为(ym，ym 1)；z方向的节点取值区间为(zm，zm 1)。其中m∈[1，n]。
步骤四：首先对x方向进行闭合环绕预紧张拉，即环绕形成的平面矩形平行于yoz平面；再对y方向进行闭合环绕预紧张拉，即环绕形成的平面矩形平行于xoz平面；最后对z方向进行闭合环绕预紧张拉，即环绕形成的平面矩形平行于xoy平面。
步骤五：上述对x方向进行闭合环绕预紧张拉，用所述l根钢丝捻制而成的钢缆线沿着固定在杆件中点处的凹槽垫片进行闭合环绕。经过杆件上的四个固定凹槽垫片点的坐标分别为
步骤六：x方向钢缆线闭合环绕一周，围成矩形平面，两端通过锚具连接，钢缆线插入连接器，在装置开口处垫上垫板，用扳手转动螺母锚具上的螺母，对钢缆线进行张拉，至拉紧停止。y，z方向的拉紧装置以及拉紧方法和x方向同理。
进一步的，本发明所述的支撑体系并非每一跨都需要进行闭合环绕预紧张拉。可根据上部施加荷载情况及应变误差情况对该支撑体系预紧环数采用等差数列形式间隔预紧。
x方向：设该支撑体系上部所施加荷载为g，荷载向下传递系数为ki，则每一层所受的均布荷载为
根据轴向变形量εi处于规范变形量指标ε1，ε2，ε3...εn的区间来倒推预紧环数采取公差α为何值的等差数列。该等差数列的通项公式为{αs 1}，其中α取正整数，s取非负整数，αs 1≤n。则该支撑体系x方向闭合环绕预紧每一层的总环数
y方向：与上述x方向同理。
z方向：与上述x方向同理。但z方向需要考虑水平横向荷载对εi的影响，如风荷载w，地震荷载geq等水平荷载。
进一步的，本发明所述的l根钢丝捻制而成的钢缆线的强度要求需要满足支撑体系的强度要求，但是同时又不可因钢缆线的张拉导致支撑体系产生破坏。设1根钢丝的张拉产生的强度为σ，支撑体系所需强度σ0，支撑体因张拉破坏时的应力为[σ]，故需要满足条件：
σ0＜l·σ＜[σ]
本发明所述的预紧方法需要在x，y，z三个方向进行闭合环绕预紧张拉，并且按照先x方向，再y方向，最后z方向进行预紧张拉。
进行预紧张拉后的该支撑体系，需满足对上部荷载的承载力要求。设该支撑体系一跨面积上所能提供的承载力为fm，上部所施加荷载为g，安全系数为a，则需满足以下条件：
本发明的有益效果是：
本发明所述的一种适用于防止支撑体系变形预紧方法和装置。在支撑体系中用钢缆线沿每个横向杆件和纵向杆件的中点闭合环绕一周，围成x、y、z三个方向的矩形平面，每个矩形平面所用的钢缆线两端通过螺母锚具连接，采用螺母锚具通过螺栓和螺母的拧合对钢缆线进行张拉，从而对钢架支撑体系三个方向进行矩形闭合环绕预紧，在钢缆线折弯处固定凹槽垫片，钢缆线在折弯处设置在凹槽内，防止钢缆线产生侧向滑移，本发明能够有效减少支撑体系变形引起的结构不稳定及安全问题。
附图说明
图1为n跨支撑体系结构示意图。
图2为1跨支撑体系结构示意图。
图3为本发明所述的螺母锚具示意图。
图4为本发明所述的凹槽垫片示意图。
附图标记列表：
1、横向杆件，2、纵向杆件，3、钢缆线，4、螺母锚具，5、凹槽垫片，6、锚具本体，7、螺母，8、螺栓，9、垫板，10、连接器，11、支座，12、凹槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图所示，本发明所述的一种适用于防止支撑体系变形的预紧装置，包括支撑体系和支撑体系预紧张拉装置。
所述支撑体系包括横向杆件1和纵向杆件2，所述横向杆件1和纵向杆件2通过连接扣件搭接成方形的空间支撑体系，如图1所示。
所述预紧张拉装置包括钢缆线3与螺母锚具4，所述钢缆线3是采用l根钢丝捻制而成，钢缆线3沿每个横向杆件1和纵向杆件2的中点闭合环绕一周，围成x、y、z三个方向的矩形平面，如图2所示，每个矩形平面所用的钢缆线两端通过螺母锚具4连接，所述螺母锚具4包括锚具本体6、螺母7、螺栓8、垫板9、连接器10，所述连接器10设置在锚具本体6内，钢缆线3插入并穿过连接器10，所述垫板固定在锚具本体6一端，螺母7通过连接杆连接连接器10，螺母7压在垫板9外侧，螺母7外侧设有螺栓8。如图3所示，松开紧固螺栓8，转动螺母7，就可以带动连接器10转动，使得钢缆线3预紧。
所述预紧张拉装置还包括在钢缆线折弯处固定凹槽垫片5，所述凹槽垫片包括支座11，所述支座11上方设有凹槽12，钢缆线3在折弯处设置在凹槽12内，如图4所示，防止钢缆线产生侧向滑移，根据不同的支撑体系的杆件材料采用不同的固定方式，钢结构支撑体系杆件可采用焊接固定所述凹槽垫片；木结构支撑体系可采用钢钉固定所述凹槽垫片。
本发明所述的一种适用于防止支撑体系变形的预紧方法，包括以下步骤：
步骤一：根据该空间支撑体系及其搭接方法建立如图所示的空间直角坐标系，为了使得计算方便，将该支撑体系置于空间直角坐标系的第一卦限，从而在xyz方向的值均为正值。
步骤二：设x方向节点的x坐标分别为x1，x2，x3...xn；y方向节点的y坐标分别为y1，y2，y3...yn；z方向节点的z坐标分别为z1，z2，z3...zn。由此，该支撑体系上每一个节点都可用(xi，yj，zk)(其中i，j，k∈[1，n])(o点除外)，则该支撑体系上每一个点都可用含有xi，yj，zk的坐标表示。
步骤三；在该空间多跨支撑体系中取一跨支撑体系，其中x方向的节点取值区间为(xm，xm 1)；y方向的节点取值区间为(ym，ym 1)；z方向的节点取值区间为(zm，zm 1)。其中m∈[1，n]。
步骤四：首先对x方向进行闭合环绕预紧张拉，即环绕形成的平面矩形平行于yoz平面；再对y方向进行闭合环绕预紧张拉，即环绕形成的平面矩形平行于xoz平面；最后对z方向进行闭合环绕预紧张拉，即环绕形成的平面矩形平行于xoy平面。
步骤五：上述对x方向进行闭合环绕预紧张拉，用所述l根钢丝捻制而成的钢缆线沿着固定在杆件中点处的凹槽垫片进行闭合环绕。经过杆件上的四个固定凹槽垫片点的坐标分别为
步骤六：x方向钢缆线闭合环绕一周，围成矩形平面，两端通过锚具连接，钢缆线插入连接器，在装置开口处垫上垫板，用扳手转动螺母锚具上的螺母，对钢缆线进行张拉，至拉紧停止。y，z方向的拉紧装置以及拉紧方法和x方向同理。
支撑体系并非每一跨都需要进行闭合环绕预紧张拉。可根据上部施加荷载情况及应变误差情况对该支撑体系预紧环数采用等差数列形式间隔预紧。
x方向：设该支撑体系上部所施加荷载为g，荷载向下传递系数为ki，则每一层所受的均布荷载为
根据轴向变形量εi处于规范变形量指标ε1，ε2，ε3...εn的区间来倒推预紧环数采取公差α为何值的等差数列。该等差数列的通项公式为{αs 1}，其中α取正整数，s取非负整数，αs 1≤n。则该支撑体系x方向闭合环绕预紧每一层的总环数
y方向：与上述x方向同理。
z方向：与上述x方向同理。但是z方向需要考虑水平横向荷载对εi的影响，如风荷载w，地震荷载geq等水平荷载。
所述的l根钢丝捻制而成的钢缆线的强度要求需要满足支撑体系的强度要求，但是同时又不可因钢缆线的张拉导致支撑体系产生破坏。设1根钢丝的张拉产生的强度为σ，支撑体系所需强度σ0，支撑体因张拉破坏时的应力为[σ]，故需要满足条件：
σ0＜l·σ＜[σ]
所述预紧方法需要在x，y，z三个方向进行闭合环绕预紧张拉，并且按照先x方向，再y方向，最后z方向进行预紧张拉。
所有钢缆线需通过相邻节点的中点位置。
进行预紧张拉后的该支撑体系，需满足对上部荷载的承载力要求。设该支撑体系一跨面积上所能提供的承载力为fm，上部所施加荷载为g，安全系数为a，则需满足以下条件：
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
1.一种适用于防止支撑体系变形的预紧装置，其特征是，包括空间支撑体系和支撑体系预紧张拉装置；
所述空间支撑体系包括横向杆件和纵向杆件，所述横向杆件和纵向杆件通过连接扣件搭接成方形的空间支撑体系；
所述预紧张拉装置包括钢缆线与螺母锚具，所述钢缆线是采用l根钢丝捻制而成，钢缆线沿每个横向杆件和纵向杆件的中点闭合环绕一周，围成x、y、z三个方向的矩形平面，每个矩形平面所用的钢缆线两端通过螺母锚具连接，所述螺母锚具包括锚具本体、螺母、螺栓、垫板、连接器，所述连接器设置在锚具本体内，钢缆线插入并穿过连接器，所述垫板固定在锚具本体一端，螺母通过连接杆连接连接器，螺母压在垫板外侧，螺母外侧设有螺栓；
所述预紧张拉装置还包括在钢缆线折弯处固定凹槽垫片，所述凹槽垫片包括支座，所述支座上方设有凹槽，钢缆线在折弯处设置在凹槽内。
2.根据权利要求1所述的一种适用于防止支撑体系变形的预紧方法，其特征是包括以下步骤：
步骤一：搭接空间支撑体系，根据空间支撑体系建立空间直角坐标系，为了使得计算方便，将该支撑体系置于空间直角坐标系的第一卦限，从而在xyz方向的值均为正值；
步骤二：设x方向节点的x坐标分别为x1，x2，x3...xn；y方向节点的y坐标分别为y1，y2，y3...yn；z方向节点的z坐标分别为z1，z2，z3...zn；由此，该支撑体系上每一个节点都可用(xi，yj，zk)，其中i，j，k∈[1，n]，则该支撑体系上每一个点都可用含有xi，yj，zk的坐标表示；
步骤三；在该空间多跨支撑体系中取一跨支撑体系，其中x方向的节点取值区间为(xm，xm 1)；y方向的节点取值区间为(ym，ym 1)；z方向的节点取值区间为(zm，zm 1)；其中m∈[1，n]；
步骤四：首先对x方向进行闭合环绕预紧张拉，即环绕形成的平面矩形平行于yoz平面；再对y方向进行闭合环绕预紧张拉，即环绕形成的平面矩形平行于xoz平面；最后对z方向进行闭合环绕预紧张拉，即环绕形成的平面矩形平行于xoy平面；
步骤五：上述对x方向进行闭合环绕预紧张拉，用所述l根钢丝捻制而成的钢缆线沿着固定在杆件中点处的凹槽垫片进行闭合环绕；经过杆件上的四个固定凹槽垫片点的坐标分别为
步骤六：x方向钢缆线闭合环绕一周，围成矩形平面，两端通过螺母锚具连接，钢缆线插入连接器，在装置开口处垫上垫板，用扳手转动螺母锚具上的螺母，对钢缆线进行张拉，至拉紧停止；y，z方向的拉紧装置以及拉紧方法和x方向同理。
3.根据权利要求2所述的一种适用于防止支撑体系变形的预紧方法，其特征是所述空间支撑体系根据上部施加荷载情况及应变误差情况对该支撑体系预紧环数采用等差数列形式间隔预紧；
x方向：设该支撑体系上部所施加荷载为g，荷载向下传递系数为ki，则每一层所受的均布荷载为
根据轴向变形量εi处于规范变形量指标ε1，ε2，ε3...εn的区间来倒推预紧环数采取公差α为何值的等差数列；该等差数列的通项公式为{αs 1}，其中α取正整数，s取非负整数，αs 1≤n。则该支撑体系x方向闭合环绕预紧每一层的总环数
y方向：与上述x方向同理。
z方向：与上述x方向同理；但z方向需要考虑水平横向荷载对εi的影响，如风荷载w，地震荷载geq这些水平荷载。
4.根据权利要求2所述的一种适用于防止支撑体系变形的预紧方法，其特征是所述的l根钢丝捻制而成的钢缆线的强度要求需要满足支撑体系的强度要求，但是同时又不可因钢缆线的张拉导致支撑体系产生破坏；设1根钢丝的张拉产生的强度为σ，支撑体系所需强度σ0，支撑体因张拉破坏时的应力为[σ]，故需要满足条件：
σ0＜l·σ＜[σ]。
5.根据权利要求2所述的一种适用于防止支撑体系变形的预紧方法，其特征是进行预紧张拉后的空间支撑体系，需满足对上部荷载的承载力要求；设该支撑体系一跨面积上所能提供的承载力为fm，上部所施加荷载为g，安全系数为a，则需满足以下条件：
6.根据权利要求1所述的一种适用于防止支撑体系变形的预紧装置，其特征是所有钢缆线需通过相邻节点的中点位置。
技术总结