[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于六邊形幾何的可折疊索桿結(jié)構(gòu)單元

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510698766.6
• 申請(qǐng)日: 2015-10-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105297902B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳耀;馮健
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): E04B1/344
• 分類(lèi)號(hào): E04B1/344
• 代理公司: 南京蘇高專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于六邊形幾何的可折疊索桿結(jié)構(gòu)單元，共由6個(gè)鉸接節(jié)點(diǎn)和1個(gè)樞軸節(jié)點(diǎn)，3根拉索以及6根壓桿構(gòu)件組成。6個(gè)鉸接節(jié)點(diǎn)分別位于二維六邊形幾何的6個(gè)頂點(diǎn)上，樞軸節(jié)點(diǎn)位于六邊形幾何的中心點(diǎn)上，四根一類(lèi)壓桿分別對(duì)稱(chēng)布置于六邊形兩側(cè)，并與六邊形的四條邊重合；另外2根二類(lèi)壓桿位于六邊形內(nèi)部，通過(guò)樞軸節(jié)點(diǎn)形成剪式鉸，3根拉索均位于六邊形內(nèi)部，兩兩連接6個(gè)鉸接節(jié)點(diǎn)。當(dāng)所有拉索預(yù)張拉時(shí)，壓桿內(nèi)均存在預(yù)壓力，且該結(jié)構(gòu)單元為自平衡索桿體系；當(dāng)放松一類(lèi)拉索或三類(lèi)拉索時(shí)，該結(jié)構(gòu)單元可折疊為緊湊的捆狀，在折疊/可展索桿結(jié)構(gòu)體系中具有很好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法，特別是涉及一種可折疊的索桿結(jié)構(gòu)單元。

背景技術(shù)

預(yù)應(yīng)力索桿結(jié)構(gòu)體系是一種新型的由壓桿和拉索組成的預(yù)應(yīng)力自平衡體系，結(jié)構(gòu)剛度由受拉單元和受壓?jiǎn)卧g的自平衡預(yù)應(yīng)力提供，在施加預(yù)應(yīng)力之前，結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)有剛度，但是由于自應(yīng)力的存在，在特定的幾何狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)獲得剛度成為可承受荷載的結(jié)構(gòu)，這是索桿結(jié)構(gòu)體系區(qū)別于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的本質(zhì)特點(diǎn)。正是由于這一本質(zhì)特點(diǎn)，使得預(yù)應(yīng)力索桿結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和形態(tài)高度相關(guān)，表現(xiàn)出很強(qiáng)的幾何非線(xiàn)性和形態(tài)可調(diào)性。預(yù)應(yīng)力索桿結(jié)構(gòu)可以通過(guò)改變構(gòu)件的內(nèi)力來(lái)調(diào)節(jié)或控制結(jié)構(gòu)的形態(tài)，這使得預(yù)應(yīng)力索桿結(jié)構(gòu)特別適合于作為自適應(yīng)結(jié)構(gòu)和折疊/可展開(kāi)結(jié)構(gòu)，前者通過(guò)主動(dòng)改變構(gòu)件的內(nèi)力使結(jié)構(gòu)形態(tài)滿(mǎn)足一定的功能要求，后者通過(guò)施加或完全釋放預(yù)應(yīng)力使其成為具有一定形態(tài)和剛度的結(jié)構(gòu)或退化為無(wú)剛度的緊湊狀態(tài)。預(yù)應(yīng)力索桿結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、跨度大、造型美觀(guān)、充分利用材料等優(yōu)點(diǎn)，在工程中應(yīng)用前景廣泛。

雖然目前已經(jīng)出現(xiàn)了一些基于正六邊形幾何的預(yù)應(yīng)力索桿結(jié)構(gòu)，但是由于結(jié)構(gòu)的幾何構(gòu)型和初始預(yù)應(yīng)力的不同，不同結(jié)構(gòu)的剛度也各不相同，在實(shí)際工程中的應(yīng)用也存在很大的區(qū)別。所以，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)基于六邊形幾何的可折疊索桿結(jié)構(gòu)單元具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明提供一種可拓展、衍生，能高效應(yīng)用于可折疊結(jié)構(gòu)體系中的基于六邊形幾何的索桿結(jié)構(gòu)單元。

技術(shù)方案：本發(fā)明的基于六邊形幾何的可折疊索桿結(jié)構(gòu)單元，包括6個(gè)鉸接節(jié)點(diǎn)、1個(gè)樞軸節(jié)點(diǎn)、3根拉索以及6根壓桿構(gòu)件，所述六個(gè)鉸接節(jié)點(diǎn)A、B、C、D、E和F分別位于一個(gè)二維六邊形幾何按逆時(shí)針排序的6個(gè)頂點(diǎn)處，樞軸節(jié)點(diǎn)位于六邊形幾何的中心點(diǎn)G上；所述壓桿構(gòu)件包括四根布置于六邊形兩側(cè)四條邊的一類(lèi)壓桿和兩根位于六邊形內(nèi)部的二類(lèi)壓桿，所述四根一類(lèi)壓桿分別為連接節(jié)點(diǎn)A和B的一類(lèi)壓桿，連接節(jié)點(diǎn)B和C的一類(lèi)壓桿，連接節(jié)點(diǎn)D和E的一類(lèi)壓桿，連接節(jié)點(diǎn)E和F的一類(lèi)壓桿；所述兩根二類(lèi)壓桿分別為連接節(jié)點(diǎn)A和D的二類(lèi)壓桿，連接節(jié)點(diǎn)C和F的二類(lèi)壓桿，且所述的兩根二類(lèi)壓桿和通過(guò)樞軸節(jié)點(diǎn)G形成剪式鉸單元；每個(gè)鉸接節(jié)點(diǎn)所連接的兩根壓桿構(gòu)件之間在該節(jié)點(diǎn)處鉸接；所述3根拉索為連接節(jié)點(diǎn)A和C的一類(lèi)拉索，連接節(jié)點(diǎn)D和F的一類(lèi)拉索，連接節(jié)點(diǎn)B和E的二類(lèi)拉索。

進(jìn)一步的，本發(fā)明基于六邊形幾何的可折疊索桿結(jié)構(gòu)單元中，四根一類(lèi)壓桿長(zhǎng)度相同，均為l；所述的兩根二類(lèi)壓桿長(zhǎng)度相同，均為2l；所述的兩根一類(lèi)拉索長(zhǎng)度相同，均為所述二類(lèi)拉索的長(zhǎng)度為2l。

進(jìn)一步的，本發(fā)明基于六邊形幾何的可折疊索桿結(jié)構(gòu)單元中，在工作態(tài)下，所述的索桿結(jié)構(gòu)單元維持穩(wěn)定的自平衡狀態(tài)，六根壓桿構(gòu)件的預(yù)壓力相同，均為F_b，所述三根拉索的預(yù)拉力相同，均為F_c，且滿(mǎn)足F_b＝F_c。

進(jìn)一步的，本發(fā)明基于六邊形幾何的可折疊索桿結(jié)構(gòu)單元中，在非工作態(tài)下，改變拉索長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的可折疊性能：當(dāng)兩根一類(lèi)拉索維持松弛狀態(tài)，二類(lèi)拉索(203)的長(zhǎng)度由2l逐漸伸長(zhǎng)至4l，六根壓桿構(gòu)件相互緊密貼合，使所述的索桿結(jié)構(gòu)單元折疊為緊湊的水平一字狀；當(dāng)二類(lèi)拉索(203)維持松弛狀態(tài)，兩根一類(lèi)拉索的長(zhǎng)度由逐漸伸長(zhǎng)至2l時(shí)，六根壓桿構(gòu)件相互緊密貼合，使所述的索桿結(jié)構(gòu)單元折疊為緊湊的豎向一字狀。

有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：