[发明专利]复合开放式/间隔式点阵复合支撑结构及其制造和使用方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年5月19日提交的美国临时申请号61/488,041的优先权，该临时申请的内容通过引用被并入本申请。

技术领域

本发明涉及在能够快速部署的塔和桅杆系统的技术领域中使用的栅格支撑结构。在各种实施方式中，本发明的栅格结构被生产并运用在包括（但不限于）可再生能源电力产生、能源/电力输送、通信、监视、照明、安全栅栏和天线支柱的技术领域中。

背景技术

传统的电信和可再生能源产生支撑结构由木材、钢（例如，电镀钢、不锈钢和涂漆钢…）、铝和钢筋混凝土构成。这样的结构非常难以运输且一旦被安装就非常难以拆卸和移动。由于结构和内在高密度及笨重的性质，很难成本有效地在野外移动这些设备。移动这样的设备一般需要大量修建道路以用于运输建筑设备（即，但不限于运土设备、用于地基的混凝土输送车和安装起重机）。此外，很普遍地，建筑/架设地点的道路建筑成本占总工程成本的大部分。此外，在屋顶上和边远地区竖起和使用支撑结构是非常困难的、危险的和昂贵的。

此外，已经研制出了结构支撑架（包括三维复合栅格型结构支撑架）以用于需要提供高强度性能并且材料用量较小的场合。换句话说，高效的结构支撑架可拥有高强度，且同时拥有较低的重量，从而导致高强度/重量比。工程师已经追求了三维复合和标准材料桁架系统很多年，并且还在继续研究和重新设计以实现持续改进。

在碳纤维栅格支撑结构的领域中，这样的系统的基本定义涉及当前使用的三维系统的定义。此外，它涉及所述系统中的结点的结构，该结点将系统的构件连接连接在一起以形成单个较大的单元。例如编织、缠绕、机械紧固、节点旁路等连接连接栅格构件的方法已经在三维结构中使用，在该三维结构中，至少一个连接构件从标准2D笛卡尔平面以弯曲或直线的方式突出以形成3D结构。因此，需要提供一种栅格支撑结构，该栅格支撑结构在本质上是二维的，在形状上是通用的，使用基于纤维的材料被限制到单个笛卡尔平面，并且当在这样的结构的最高处支撑期望的物体时是非常坚固和稳定的。产业上仍然在寻求一种轻质、易于安装、经久耐用、结构稳定且外形美观的支撑结构。

发明内容

本发明的开放式点阵支撑结构包括多个细丝或纤维，该多个细丝或纤维以在多个节点处交叉的交织状态分层，并通过嵌入到一个或多个固化的聚合材料中而置于稳定位置。本发明的开放式/间隔式点阵复合支撑结构的各种实施方式具有伸展和/或收缩收缩的设计，这种设计允许这样的支撑结构为紧凑的以用于成本有效地运输和快速部署，并由于其超轻的然而非常强的结构而被快速部署。本发明的复合支撑结构总体上是重量轻的、耐用的，并提供可代替由重得多的材料（例如木材、钢、铝、钢筋混凝土等）制成的杆或桅杆系统的稳定和有效的结构。

本发明的优点没有限制地包括，由于开放式点阵复合支柱材料具有非常高的强度与重量比，因此以低成本运输以安装是轻便和非常容易的。此外，与由较重的材料（例如金属或木材）制成的塔和桅杆相比，在野外移动这些设备很容易，因为或有明显减小的重量。移动这样的设备一般需要人力和具有中等载荷建筑设备的潜力的小工具。此外，设备基本能够现场部署，而不需要建造批准的道路、不需要倾捯的混凝土和/或不需要使用重型起重机以用于安装。

在普遍的实施方式中，本发明是具有任意开放式栅格复合物的栅格结构（例如，静态或伸缩式塔），从而实现质量减轻、便于安装和降低成本等效果。

附图说明

以下，通过结合带有说明的附图并且以示例的方式详细描述，本发明的其它特征和优点将变得明显；并且，在附图中：

图1A-图1F描绘在二维中可能的结点变型和可选形式，其中所有构件被约束到两个笛卡尔坐标；

图2A-图2B描绘根据本公开的实施方式的以二维栅格支撑结构的矩形形式的示例性实施方式；

图3描绘根据本公开的实施方式的在二维栅格支撑结构中的交叉构件的示例性可选实施方式；

图4A-图4B描绘根据本公开的实施方式的二维栅格支撑结构的可选的示例性实施方式，其中交叉构件具有突出地可选性的对称形状和通用性；

图5A-图5F描绘具有多种交叉构件、边界构件、横向构件和纵向构件的布置方式的二维栅格复合点阵支撑结构的可选的示例性实施方式，该实施方式包括根据本公开的实施方式的位于边界构件之间的所有可能的结点结构；

图6描绘根据本公开的实施方式的二维栅格支撑结构的另一示例性布置；