[发明专利]一种中空杆内加压桁架结构

说明书

本发明涉及一种中空杆内加压桁架结构，包括上横支撑杆（1）、下横支撑杆（7）、右支点（5）、左支点（8）、中立支撑杆（11）、侧立支撑杆（12）及斜支撑杆（13），其特征在于：所述的上横支撑杆（1）、下横支撑杆（7）、中立支撑杆（11）、侧立支撑杆（12）及斜支撑杆（13）均为中空杆，中空杆内均充有介质，施加内压力。本发明通过给构筑物空腔施加内压，提高了结构体的强度，而不增加本身材料的体积和重量，若施加压力的介质是气体，增加的气体重量可以忽略不计；若介质是容重较大的液体，可以选择使用在需要配重的情况如隧道防护体、井护筒、围井等结构。

技术领域

本发明属于结构力学、结构工程技术领域，尤其涉及一种内加压提高桁架强度的结构，该结构是存在内部空腔，可以施加内压，在内部加压的情况下，可以提高这类结构的抗弯、抗剪能力，减小形变，从而增加结构的安全性，稳定性，也可以减少结构物体积，降低造价。也可以应用于其他结构上，通过施加内压，提高结构强度，例如蜂巢结构、膜结构等。

背景技术

从日常生活用品到大型工程，都需要一定的结构形式构成特定物品，以满足不同的用途，实现各种要求的功能。从高层建筑、桥梁、飞机、汽车，到家居家具，都是由不同的材料通过结构设计，经过加工而形成的。这些物品具有不同的功能，而完成这些功能，必须要达到一定的强度以维持这些物体的特定形状，否则就不能实现设计功能，甚至造成危险。目前，维持物品特定形状并实现设计功能，所依靠的是材料的自身强度。在有些结构体的设计上，为了获得较大的整体强度，常将杆件等构件设计为空腔结构。由于设计、制造工艺等方面的要求，使得材料的强度没有完全发挥出来，造成材料的浪费，也有可能因为整体强度不够而造成整个结构破坏。

发明内容

为了充分发挥材料的强度，根据弹性理论分析及限元计算，并进行了试验验证，提出一种桁架结构，这种桁架结构是给有内部空腔的结构体施加内压，最大可能地利用材料的抗拉强度，从而达到提高可靠性、增加强度，减小结构变形，提高可靠性、降低造价之目的。该桁架结构也可以用于其他结构形式，例如蜂巢结构，多孔结构、壳体结构等具有内部空隙的材料中。可用于桁架、车架、飞机、船只、大跨度穹顶等。尤其是随着3D打印技术的大规模推广应用，可实现复杂结构高精度加工，复杂空腔结构加工已可以轻松实现，也给本发明的应用提供了有利条件。

本发明之目的，是提供一种通过给结构体施加内压、从而提高结构强度、减小形变的桁架结构。为了说明方便，选取桁架作为对象进行描述，但这一方法可以适用于各种结构中。实现该发明的技术方案如下：一种中空杆内加压桁架结构，包括上横支撑杆、下横支撑杆、右支点、左支点、中立支撑杆、侧立支撑杆及斜支撑杆，其特征在于：所述的上横支撑杆、下横支撑杆、中立支撑杆、侧立支撑杆及斜支撑杆均为中空杆，中空杆内均充有介质，施加内压力。所述上横支撑杆的一端设置上加压阀，上横支撑杆的另一端设置第一密封头，上横支撑杆与中立支撑杆、侧立支撑杆及斜支撑杆的连接处均设有连通孔，上横支撑杆与中立支撑杆、侧立支撑杆及斜支撑杆的内腔连通在一起，中立支撑杆、侧立支撑杆及斜支撑杆与下横支撑杆的连接处均为盲端，不相连通，上加压阀与上加压泵相接，上加压泵与上介质源连接，下横支撑杆的一端设置下加压阀，下横支撑杆的另一端设置第二密封头，下加压阀接下加压泵，下加压泵与下介质源连接，利用上加压泵和下加压泵分别向上部连通在一起的桁架和下横支撑杆内充介质。所述的上横支撑杆与下横支撑杆上分别设置第一压力表和第二压力表。上介质源和下介质源均为空气或惰性气体，例如氩气。

该结构包括左、右支座，支座上有桁架，桁架组件由中空杆件材料构成，截面形状可以是设计需要的任意形状，例如圆形、多边形等，根据计算确定其壁厚。杆件的两端设有密封头以密封充压介质；在和其他杆件连接时根据需要设有连通孔以连通内部空间。构件上设有加压阀门，可以将气体或者特种液体加入到构件的空腔中形成一定的压力，压力由安装在其上的压力表进行测量。可根据设计，受力不同的杆件施加不同的压力值，设置多种压力值，以满足不同部位对强度的要求，使得整体结构取得最大强度、最小形变。