[发明专利]气柱及基于气柱的刚柔结合的桁架模块和桁架结构

说明书

技术领域

本发明涉及空间桁架技术领域，特别涉及一种气柱和基于气柱的桁架模块和桁架结构。

背景技术

桁架结构是工程领域最为常用的一种结构形式，具有结构简单、形式多样、受力合理、空间适应强、结构布置灵活和施工方便等特点，因此被广泛应用于建筑、航空、航天、船舶、化工等领域。

随着材料技术的不断进步及桁架结构设计方法的逐步完善，新型桁架结构已经朝着轻量化、模块化和刚柔结合等方向快速发展，尤其是在航空、航天工程领域，早期广为应用的金属桁架结构已经逐渐被轻质高强的碳纤维桁架结构所取代，近些年来又出现了用钢索与碳纤维杆件构造的刚柔结合的桁架结构，其优点是重量轻，结构性能优异，耐腐蚀，抗疲劳等，但在实际工程应用也存在着一些弊端，具体包括：由于钢索只能承拉，不能抗压，因此只能依据结构分析结果，将钢索布置在拉应力分布的位置，在应用上具有一定的局限性；装配工艺复杂，装配工序繁冗，需要投入大量的装配工装来保证结构总体的装配精度；使用过程中，钢索容易出现松弛现象，造成预应力下降，进而影响结构的刚性及承载能力。

因此，如何在现有的桁架结构中引入柔性元件，以适应市场的需求是目前的技术方向。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，本发明提供一种气柱和基于气柱的刚柔结合的桁架模块和桁架结构，这些桁架模块和桁架结构具有结构可靠、装配简单的特点。

根据本发明的第一方面，提供一种气柱，该气柱包括气胀式膜结构的柱身和两个收紧接口，两个收紧接口分别密封固定于柱身的两端，气胀式膜的材质为弹性高纤气密织物，气柱通过充气使膜结构成型进而具有使用强度。

根据本发明的第二方面，提供一种基于该气柱的桁架模块，该桁架模块为由轻质刚性弦杆搭接而成的六面体框架结构，六面体框架的中心部分设有多向节点球，多向节点球上设有至少一组关于多向节点球相对称设置的两个气柱，两个气柱均沿六面体框架结构的体对角线设置，两个气柱的一端与多向节点球在多向节点球上相互对称的位置连接，两个气柱的另一端分别与六面体框架的对角连接。

根据本发明的第三方面，提供另一种基于该气柱的桁架模块，该桁架模块包括两根轻质刚性弦杆和位于两根轻质刚性弦杆之间的气柱，气柱相对于两根轻质刚性弦杆均倾斜设置，气柱的两个收紧接口分别与两根轻质刚性弦杆连接。

优选，该桁架模块还包括轻质刚性腹杆，轻质刚性腹杆位于两根轻质刚性弦杆之间，且与两根轻质刚性垂直；轻质刚性腹杆的一端与气柱的一端在一根轻质刚性弦杆的同一点连接，轻质刚性腹杆的另一端与气柱的另一端分散连接于另一根轻质刚性弦杆上。

优选，桁架模块还包括收紧装置，气柱的两端收紧接口分别通过收紧装置与两根轻质刚性弦杆可伸缩连接。

优选，两根轻质刚性弦杆和轻质刚性腹杆均为碳纤维杆。

根据本发明的第四方面，提供再一种基于该气柱的桁架模块，该桁架模块包括两根轻质刚性弦杆和位于两根轻质刚性弦杆之间的气柱，气柱垂直于两根轻质刚性弦杆，气柱的两个收紧接口分别与两根轻质刚性弦杆连接。

优选，桁架结构还包括轻质刚性腹杆，轻质刚性腹杆位于两根轻质刚性弦杆之间，且相对于两根轻质刚性倾斜设置。

轻质刚性腹杆的一端与气柱的一端在一根轻质刚性弦杆的同一点连接，轻质刚性腹杆的另一端与气柱的另一端分散连接于另一根轻质刚性弦杆上。

根据本发明的第五方面，提供一种基于该气柱的桁架结构，该桁架结构包括气柱、第一桁架和第二桁架，第一桁架和第二桁架相互连接形成T字型结构或者十字型结构，气柱作为T字型结构或十字型结构的斜支撑其两端收紧接口分别固定在第一桁架和第二桁架上。

优选，第一桁架和/或第二桁架是由轻质刚性弦杆直接搭接而成的桁架结构，或由若干个普通桁架模块组合而成的桁架结构，或以上三种特殊桁架模块组合而成的桁架结构。

本发明的气柱及基于气柱的刚柔结合的桁架模块，装配灵活，操作方便，可以有效降低制造成本及装配工装的投入。本发明的基于气柱的桁架结构能够解决大跨度桁架结构总体装配困难、维护困难的问题，满足跨度大、质量轻的技术需求。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明实施方式的气柱和基于气柱的刚柔结合的桁架模块和桁架结构的一种桁架模块的示意图；