索杆式可展結構的製作方法
2023-05-29 14:38:41 1
專利名稱：索杆式可展結構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種由壓杆和拉索組合而成的網格結構，並通過主動索和被動索的設置來實現網格結構的摺疊和展開。
背景技術：
可展結構是近半個多世紀來發展起來的一種新型結構，在宇航、建築結構和軍事工程等領域起著重要作用。可展結構的主要特徵是具有兩種穩定的構形完全摺疊狀態和完全展開工作狀態。在摺疊狀態時，結構收攏在某一特定形狀，在外界驅動力的作用下，結構逐步展開，達到完全展開的工作狀態，然後鎖定為穩定狀態。在過去的幾十年中，各國學者們提出了多種可展結構形式，並將之應用於工程實 踐。這些結構形式中，研究最為深入，應用最為廣泛的是基於剪式較單元的摺疊網格結構，但其在大跨結構中使用較少，主要原因有(I)摺疊網格結構的節點設計一般比較複雜，目前尚缺乏構造簡單且實用、造價低廉的適合工程應用的節點設計；(2)摺疊網格結構的構件除受軸力外，還受一定彎矩，受力性能不佳，造價較高；(3)摺疊網格結構的剛度很差，位移較難滿足使用要求。為此，提出新型摺疊網格結構形式，使之能夠應用於大跨度開啟屋蓋等體系顯得十分必要。索杆張力結構的剛度由預應力提供，所以可以節省大量的材料；另外由於其應力態恆定，也是一種結構效率很高的體系。而且由於索杆張力結構是由高強度索和壓杆組成，其質量較小。如果用作摺疊結構，其收縮率較大，而且其索杆接觸的節點很簡單，所以索杆式可展結構可以運用於大尺寸可展空間結構。
發明內容為了克服現有可展結構技術的缺陷，本實用新型提供了一種索杆式可展結構，該可展結構不僅能滿足結構摺疊展開等各項功能的要求，還具有設計和施工方便等優點，能較好地滿足大跨度可展空間結構的要求。為了達到上述目的，本實用新型採用了如下技術方案一種索杆式可展結構，其特徵在於由拉索和壓杆組成的八面體基本單元在水平面兩個方向相互連接構成；所述的八面體基本單元的外形為一八面體，是由具有相同底面的上下兩個四稜錐組成，該四稜錐底面四邊形的四條邊由只承受拉力的拉索構成，上四稜錐的四條稜邊為四根上斜索，下四稜錐的四條稜邊為四根下斜索，從四稜錐底面四邊形的四個頂點向四邊形中心點連出四根水平壓杆，四根水平壓杆的交點與上四稜錐頂點通過第一豎向壓杆相連，四根水平壓杆的交點與下四稜錐頂點通過第二豎向壓杆相連；相鄰八面體基本單元通過其四稜錐底面四邊形的頂點相連，並在相鄰四稜錐底面四邊形頂點形成新四邊形的對角間連有用於防止水平間轉動的穩定索，可展結構的上表面由八面體基本單元的上頂點通過上弦索相連接，可展結構的下表面由八面體基本單元的下頂點通過下弦索相連接；將八面體基本單元拼裝成的可展結構中每一行和每一列的所有基本單元的，在同一個平面上的上斜索連接為一根主動索。當八面體基本單元中上斜索長度伸長時，基本單元的自應力消失，形成機構。而當上斜索長度縮短時，則基本單元的自應力可以剛化機構，形成可以承受荷載的結構，將八面體基本單元拼裝成的可展結構中每一行和每一列的所有基本單元的，在同一個平面上的上斜索連接為一根主動索,通過放鬆主動索,可以將結構摺疊；拉緊主動索可以將網格結構展開。所述的四稜錐底面四邊形為矩形或者正方形。本實用新型的有益效果是，本實用新型由高強度索和壓杆組成，其質量較小。由於 拉索的單向受力特性，結構的收縮率較大，且拉索和壓杆接觸的節點簡單。另外，由於索杆式可展結構的剛度由預應力提供，所以可以節省大量的材料，減少自重；且由於其應力態恆定，是一種結構效率很高的體系。而且本實用新型不需要通過減少構件的數量就可以使體系成為機構；而同樣也不需要增加構件就能使體系變為結構。利用拉索驅動可展結構的開合，可以減小驅動的數量，所以索杆式可展結構可以運用於大尺寸可展空間結構。
以下結合附圖
及實施例對本實用新型進一步詳細說明圖I是摺疊網格結構示意圖。圖2是四稜維基本單兀不意圖。圖3是四稜錐基本單元摺疊過程示意圖。
具體實施方式
下面參照說明書附圖，對本實用新型的具體實施方式
作出更為詳細的說明一種索杆式可展結構，包括由拉索和壓杆組成的八面體基本單元在水平面兩個方向相互連接構成。如圖I所示，可展結構在水平兩個方向都由3個八面體基本單元連接而成所述的八面體基本單元的外形為一八面體,如圖2所示,是由具有相同底面的上下兩個四稜錐組成，該四稜錐底面四邊形I的每一條邊都被設計為只能承受拉力的拉索2，上四稜錐的四條稜邊為四根上斜索3，下四稜錐的四條稜邊為四根下斜索14，從底面四邊形I的四個頂點4向四邊形中心點連出四根水平壓杆5，四根水平壓杆5的交點與上四稜錐頂點6通過第一豎向壓杆7相連，四根水平壓杆5的交點與下四稜錐頂點8通過第二豎向壓杆9相連，所述的四稜錐底面四邊形I可以為矩形或者正方形，圖2所示四稜錐底面四邊形I為正方形。相鄰八面體基本單元通過其四稜錐底面四邊形I的頂點4相連，並在相鄰四稜錐底面四邊形頂點4形成新四邊形10的不相鄰角間連有穩定索11，用於防止水平間的轉動，可展結構的上表面由八面體基本單元的上頂點6通過上弦索12相連接，其下表面由八面體基本單元的下頂點8通過下弦索13相連接，所述的四根水平壓杆的長度相等，並且在交點處四根壓杆相互鉸接，當八面體基本單元中上斜索3長度伸長時，基本單元的自應力消失，形成機構。而當上斜索3長度縮短時，則基本單元的自應力可以剛化機構，形成可以承受荷載的結構，[0022]將八面體基本單元拼裝成的可展結構中每一行和每一列的所有基本單元的，在同一個平面上的上斜索3連接為一根主動索，通過放鬆主動索，可以將結構摺疊；拉緊主動索可以將網格結構展開。圖3所示為一個八面體基本單元的摺疊過程。圖中虛線所示的為主 動索，該基本單元一共擁有兩根主動索，在基本單元摺疊過程中，主動索不斷向基本單元內部滑移，露在基本單元外部主動索的長度越來越短。
權利要求1.一種索杆式可展結構，其特徵在於由拉索和壓杆組成的八面體基本單元在水平面兩個方向相互連接構成； 所述的八面體基本單元的外形為一八面體，是由具有相同底面的上下兩個四稜錐組成，該四稜錐底面四邊形(I)的四條邊由只承受拉力的拉索(2)構成，上四稜錐的四條稜邊為四根上斜索(3)，下四稜錐的四條稜邊為四根下斜索(14)，從四稜錐底面四邊形⑴的四個頂點(4)向四邊形(I)中心點連出四根水平壓杆(5)，四根水平壓杆(5)的交點與上四稜錐頂點(6)通過第一豎向壓杆(7)相連，四根水平壓杆(5)的交點與下四稜錐頂點(8)通過第二豎向壓杆(9)相連， 相鄰八面體基本單元通過其四稜錐底面四邊形(I)的頂點(4)相連，並在相鄰四稜錐底面四邊形頂點⑷形成新四邊形(10)的對角間連有用於防止水平間轉動的穩定索(11)，可展結構的上表面由八面體基本單元的上頂點(6)通過上弦索(12)相連接，可展結構的下表面由八面體基本單元的下頂點(8)通過下弦索(13)相連接， 將八面體基本單元拼裝成的可展結構中每一行和每一列的所有基本單元的，在同一個平面上的上斜索(3)連接為一根主動索。
2.根據權利要求I所述的索杆式可展結構，其特徵在於，所述的四稜錐底面四邊形為矩形或者正方形。
3.根據權利要求I所述的索杆式可展結構，其特徵在於，所述的四根水平壓杆的長度相等，並且在交點處四根壓杆相互鉸接。
專利摘要本實用新型公開了一種索杆式可展結構，由拉索和壓杆組成的八面體基本單元在水平面兩個方向相互連接構成；所述的八面體基本單元是由具有相同底面的上下兩個四稜錐組成，該四稜錐底面四邊形的四條邊由只承受拉力的拉索構成，上四稜錐的四條稜邊為四根上斜索，下四稜錐的四條稜邊為四根下斜索，從四稜錐底面四邊形的四個頂點向四邊形中心點連出四根水平壓杆，四根水平壓杆的交點與上四稜錐頂點通過第一豎向壓杆相連，四根水平壓杆的交點與下四稜錐頂點通過第二豎向壓杆相連；相鄰八面體基本單元通過其四稜錐底面四邊形的頂點相連，將八面體基本單元拼裝成的可展結構中每一行和每一列的所有基本單元的，在同一個平面上的上斜索連接為一根主動索。
文檔編號E04B7/16GK202611061SQ20122008457
公開日2012年12月19日 申請日期2012年3月8日 優先權日2012年3月8日
發明者蔡建國, 馮健 申請人:東南大學