[发明专利]一种可展环形张拉整体结构

说明书

本发明提供一种可展环形张拉整体结构，包括2p（p3）个水平杆、2p个稳定杆、4p个斜索、p个竖索、p个Ⅰ类节点、p个Ⅱ类节点和2p个Ⅲ类节点；其中，Ⅰ类节点连接相邻的2个水平杆；Ⅱ类节点连接2个水平杆、2个稳定杆和4个斜索；Ⅲ类节点连接1个稳定杆、2个斜索和1个竖索；展开态的环形张拉整体结构由2p个等长的水平杆通过Ⅰ类节点和Ⅱ类节点首尾相接连成半径为R的正p边形作为内环，在正多边形的每个Ⅱ类节点上连接有2个长度为h、夹角为2α的稳定杆；每个Ⅱ类节点上的稳定杆所在平面为正多边形外接圆过此节点的法平面。本发明弥补了现有可展环形张拉整体结构形式上的不足，提供了一种可平衡环向压力、高收纳比的可展环形张拉整体结构体系。

技术领域

本发明涉及张拉整体结构与可展结构技术领域，具体涉及一种可展环形张拉整体结构。

背景技术

张拉整体结构是一种由承受轴力的压杆和拉索组成的预应力自平衡结构体系。张拉整体结构的刚度由材料刚度和几何刚度构成，预应力的大小影响几何刚度的水平。张拉整体结构具有质量轻、造型新颖、跨度大等优点，受到了学术和工程界的广泛关注。

可展结构是一种可折叠和展开的结构。当其处于折叠状态时，整体体积小便于运输；在外力驱动下，结构逐步展开至工作状态，然后锁定为稳定状态。可展结构在宇航、建筑结构、军事工程等领域有一定应用。对于可展结构，总是希望在质量轻、结构简单、有利于平衡环向压力、收纳比高等优点的结构上有更加好的结构方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单高效、可平衡环向压力的可展环形张拉整体结构。为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

一种环形张拉整体结构，包括2p（p3）个水平杆、2p个稳定杆、4p个斜索、p个竖索、p个Ⅰ类节点、p个Ⅱ类节点和2p个Ⅲ类节点；其中，Ⅰ类节点连接相邻的2个水平杆；Ⅱ类节点连接2个水平杆、2个稳定杆和4个斜索；Ⅲ类节点连接1个稳定杆、2个斜索和1个竖索；展开态的环形张拉整体结构由2p个等长的水平杆通过Ⅰ类节点和Ⅱ类节点首尾相接连成半径为R的正p边形作为内环，在正多边形的每个Ⅱ类节点上连接有2个长度为h、夹角为2α的稳定杆；每个Ⅱ类节点上的稳定杆所在平面为正多边形外接圆过此节点的法平面；可展环形张拉整体结构关于正多边形所在平面呈镜面对称，关于正多边形法线呈旋转对称，旋转角为；展开态下，Ⅰ类和Ⅱ类节点刚接；收缩态下，Ⅰ类和Ⅱ类节点单向铰接，2p个水平杆沿正多边形法平面折叠后使环形张拉整体结构进入收缩态。

进一步地，所述结构存在四组构件，2p个水平杆为第1组构件；2p个稳定杆为第2组构件；4p个斜索为第3组构件；p个竖索为第4组构件；同组构件具有一致的长度和展开态预应力。

进一步地，当结构展开时，Ⅰ类节点和Ⅱ类节与水平杆刚接，结构存在预应力，形成可以承受荷载的结构；当结构折叠时，Ⅰ类节点和Ⅱ类节点与水平杆单向铰接，2p个水平杆折叠，结构预应力消失，形成机构；所述Ⅲ类节点为铰接节点，压杆单元及拉索单元可在节点处发生转动。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明提供了一种可平衡环向压力、简单高效的新型可展环形张拉整体结构体系。本发明由承受轴力的压杆和拉索组成，结构刚度有预应力刚度的贡献，所以可以节省大量的材料，减少自重。由于结构的收缩方式为水平杆折叠，结构的收纳比较高。本发明不需要通过改变构件的数量和长度使体系转换为机构或结构，只利用水平杆的折叠与展开就可驱动结构的开合。本发明在可展天线、体育场穹顶结构方面均存在应用价值。

附图说明

图1是本发明一种可展环形张拉整体结构的俯视图。

图2是本发明一种可展环形张拉整体结构的侧视图。

图3是本发明一种可展环形张拉整体结构的立体图。

图4是本发明一种可展环形张拉整体结构的Ⅰ类节点折叠态示意图。