FAST望远镜圈梁格构柱结构体系
技术领域
本发明涉及一种应用于FAST射电望远镜的圈梁格构柱结构体系。
背景技术
FAST望远镜圈梁格构柱结构体系在使用过程中由于主索的拉力作用圈梁整体处
于受压状态，在环向平面内为一整体受压结构；在索张拉到基准球面态时，圈梁会产生一定
的径向变形；并且在使用过程中索网会形成不同抛物面，而不同抛物面状态下圈梁格构柱
结构体系的动载工况及其稳定性能要求也不相同；因此，如何设计一种适于FAST望远镜使
用的圈梁格构柱结构体系成为本领域技术人员亟需攻克的技术难题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种FAST望远镜圈梁格构柱结构体
系，该结构体系外圈钢结构形成封闭的圆环，承受望远镜的主体荷载，充分利用了钢材的抗
压强度，改变了传统射电望远镜支承结构的受力传递方式。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
FAST望远镜圈梁格构柱结构体系，所述圈梁格构柱结构体系包括圈梁和若干根格构
柱；所述圈梁为立体桁架结构，由圆钢管和焊接异型构件组成，所述圆钢管和焊接异型构件
通过焊接球和节点板连接；所述圈梁的下弦设置有若干个节点，圈梁通过所述节点承受主
索网传过来的动荷载，圈梁通过支座落于若干根所述格构柱上，所述格构柱落于格构柱基
础上。
进一步，所述支座为双向滑动支座；所述双向滑动支座的底座与所述格构柱固定
连接，所述双向滑动支座的顶座与所述圈梁固定连接；所述底座和顶座之间设置有一双向
滑动轴，所述双向滑动轴的下端坐落在所述底座上的滑槽内，双向滑动轴的下端的直径小
于所述滑槽的内径；所述双向滑动轴的上端与所述顶座卡接连接，二者的连接处设置有一
钢半球。
进一步，每一根所述格构柱的柱顶均设置两个所述支座。
进一步，所述格构柱的柱顶四周设置有若干个水平连杆；所述水平连杆的一端与
固定连接在所述格构柱上的连接管横向铰接连接，另一端与固定连接在所述圈梁上的连接
管横向铰接连接；通过所述水平连杆给予所述格构柱环向支承。
进一步，所述水平连杆的数量为两个，两个水平连杆在所述格构柱的柱顶四周呈
对角线设置。
进一步，所述水平连杆的数量为四个，四个水平连杆分布设置在所述格构柱的柱
顶四周。
进一步，所述格构柱与所述圈梁的连接处位于所述圈梁的下表面内侧，所述圈梁
的外周处于悬挑状态。
进一步，所述双向滑动支座两侧均设置有抗拔装置，通过所述抗拔装置限制所述
圈梁脱离所述格构柱。
进一步，所述抗拔装置由倒T型抗拔杆和限位耳板构成，所述倒T型抗拔杆的上端
固定在所述圈梁上，倒T型抗拔杆的下端设置在所述限位耳板内，倒T型抗拔杆的下端可在
所述限位耳板内横向移动设定距离；所述限位耳板固定在所述格构柱的柱顶。
进一步，所述圈梁内部设置有马道，相邻的两个所述格构柱之间均布设置有2榀马
道吊篮，且在三个所述格构柱上设置有从地面至所述马道的钢爬梯。
本发明具有以下积极的技术效果：
1）本发明采用了一种全新的射电望远镜的结构支承体系：外圈钢结构形成封闭的圆
环，承受望远镜的主体荷载，充分利用了钢材的抗压强度，改变了传统射电望远镜支承结构
的受力传递方式；
2）本发明的圈梁的内径达到500.8m,且位于贵州喀斯特山区，格构柱依据地势设置高
度，其高度从6.419m~50.419m高度不等，无论尺度还是施工难度，都提出了新的挑战；
3）环梁外周悬挑：FAST射电望远镜的反射面及索网位于环梁内侧，其传来的载荷作用
于环梁内侧，因此外侧5.5m左右的悬挑部分能够起到一定的配重作用；
4）滑移支座的设置：基于温度变化的影响，环梁与格构柱间设置滑移支座，在温度变化
时，通过环梁与格构柱的相对滑移释放温度应力，提高结构承载能力；
5）水平连杆的设置：其给予格构柱环向支承，避免滑动支座环向滑轨“卡死”的情况；
6）抗拔杆的设置：由于环梁通过滑移支座支承于格构柱顶，并且外围呈悬挑姿态，设置
抗拔杆，有效的防止环梁脱离格构柱，并且还能起到限制滑移过大的作用；
7）吊装轨道的设置：为反射面单元的吊装提供了支承；
8）施工工艺：本发明采用焊接与栓接相结合的方式，降低人工成本、提高安装效率。
附图说明
图1是本发明FAST望远镜圈梁格构柱结构体系的整体结构示意图；
图2是本发明的支座与圈梁和格构柱的连接关系示意图；
图3是本发明的水平连杆与圈梁和格构柱的连接关系示意图；
图4是本发明的抗拔装置与圈梁和格构柱的连接关系示意图；
图5是本发明的抗拔装置的结构示意图。
图中：1、圈梁；2、格构柱；3、底座；4、顶座；5、双向滑动轴；6、钢半球；7、水平连杆；
8、连接管；9、连接管；10、倒T型抗拔杆；11、限位耳板；12、滑动槽。
具体实施方式
下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中标示出了本发明的示例性实
施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施
例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本
领域的普通技术人员。
为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于
说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图
中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中
的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。
因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位
于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。
如图1所示，本发明提供了一种FAST望远镜圈梁格构柱结构体系，该圈梁格构柱结
构体系包括圈梁1和若干根格构柱2；其中，圈梁1为立体桁架结构，圈梁1内圈直径500.8m，
高5.5m，宽11m，由圆钢管和焊接异型构件组成，圆钢管和焊接异型构件通过焊接球和节点
板连接；圈梁1的下弦设置有若干个节点，圈梁通过节点承受主索网传过来的动荷载，圈梁1
通过支座落于若干根格构柱2上，格构柱2落于格构柱基础上。
为了保证双向滑动支座在索张拉完成后基本位于格构柱2顶中心位置，在圈梁1设
计时，将圈梁1所在的圆周半径外扩了100mm。在索张拉到基准球面态时，圈梁1产生一定的
径向变形，可以满足支座基本位于格构柱2的顶中心。
圈梁1为横截面5.5m×11m的桁架，共分为A,B,C,D,E共5个区，每个区的结构绕
着圆中心旋转对称。上弦两端杆件，截面形式为不规则箱型构件，其上设置反射面板吊装设
备预留轨道。其余弦杆为圆钢管，腹杆主要为圆钢管，局部采用工字钢。圆钢管腹杆与不规
则箱型弦杆的连接采用耳板高强螺栓连接，与圆钢管弦杆采用焊接球连接。工字钢腹杆与
弦杆采用刚接。在不规则箱型弦杆上翼缘、边腹板各设置一道70×45扁钢轨道(反射面板吊
装设备预留轨道)，下翼缘设置70×45扁钢轨道。
在圈梁1下弦节点每隔2个节间布置一道拉索耳板，拉索耳板焊接在圈梁下弦内侧
焊接球节点上。在其下表面通过2个滑动支座与格构柱相连，支座两侧安装抗拔装置；环向
设置销轴拉杆圈梁支座；柱顶的2个角点及析架下弦球节点上均设325×14的圆钢管，二者
通过水平拉杆连接。
优选地，本发明共有50根格构柱2，分布在直径为500.8m的圆周上，格构柱2的高度
为6.419m~50.419m高不等，格构柱横截面尺寸为4m×5.5m及4.5m×5.5m两种形式。格构柱
的柱肢为H型钢，主要截面规格有HW300×300×10×15,HW350×350×12×19,
HW400×400×13×21，腹杆为圆钢管，主要截面规格为φ133×5,φ159×5,φ180×8,φ
219×8。格构柱腹杆与腹杆间交叉紧密位置采用φ400×12焊接球连接，其余采用管管相贯
焊缝连接。
如图2所示，在每组格构柱2柱顶均设置了两个双向滑移支座，将圈梁1环向与径向
约束释放，仅提供圈梁1的竖向支承，该支座的使用降低了格构柱1高度不均匀对结构整体
刚度的影响；双向滑动支座的底座3与所述格构柱2固定连接，双向滑动支座的顶座4与圈梁
1固定连接；底座3和顶座4之间设置有一双向滑动轴5，双向滑动轴5的下端坐落在所述底座
3上的滑槽内，双向滑动轴5的下端的直径小于滑槽的内径；双向滑动轴5的上端与顶座4卡
接连接，二者的连接处设置有一钢半球6；因双向滑动轴5的下端的直径小于滑槽的内径，所
以双向滑动轴5可以在滑槽所在的平面内横向移动，而钢半球6的设置，为双向滑动轴5在径
向移动创造了条件；基于温度变化的影响，圈梁1与格构柱2间设置滑移支座，在温度变化
时，通过圈梁1与格构柱2的相对滑移释放温度应力，提高结构承载能力。
如图3所示，为了使体系更加合理、可靠，在圈梁1与格构柱2之间设置了水平连杆
7，通过结构布置实现了圈梁1与格构柱2的环向支承，这样避免滑动支座环向滑轨“卡死”的
情况。水平连杆7的一端与固定连接在格构柱2上的连接管8横向铰接连接，另一端与固定连
接在圈梁1上的连接管9横向铰接连接；通过水平连杆7给予格构柱2环向支承。水平连杆7的
数量可以设置为两个，两个水平连杆在格构柱2的柱顶四周呈对角线设置。水平连杆7的数
量还可以为四个，四个水平连杆7分布设置在所述格构柱2的柱顶四周。水平连杆7的设置；
给予格构柱2环向支承，避免了滑动支座环向滑轨“卡死”的情况。
如图4-5所示，由于圈梁1通过滑移支座支承于格构柱2顶部，并且外围呈悬挑姿
态，所以设置抗拔杆，可以有效的防止圈梁1脱离格构柱2，并且还能起到限制滑移过大的作
用；抗拔装置由倒T型抗拔杆10和限位耳板11构成，倒T型抗拔杆10的上端固定在所述圈梁1
上，倒T型抗拔杆10的下端设置在所述限位耳板11内，因限位耳板11上设置有滑动槽12，且
滑动槽12横向的开口尺寸大于倒T型抗拔杆10下部横杆的直径，所以倒T型抗拔杆10的下端
的横杆可在所述限位耳板11内横向移动设定距离；限位耳板11固定在格构柱2的柱顶。
在FAST运营过程中，为方便检修及维护，环梁内部通长设置马道，水平横梁为H型
钢，主要截面为HW148X100X6X9,柱肢及水平防护栏杆采用箱型钢管，主要截面为口
60X40X3、口40X40X3，走道板支撑为角钢，规格为L56X5。相邻两个格构柱之间均布设置有
2榀马道吊篮。同时在三个格构柱上设置了从地面至马道的钢爬梯。
上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合
本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。