一种张拉整体矩形平面桁架结构制造技术

本发明专利技术公开了一种张拉整体矩形平面桁架结构，目前尚无外形为矩形的张拉整体平面桁架结构；本发明专利技术中张拉整体平面桁架结构由两种基本单元沿水平方向交替扩展组合而成，第一种基本单元在上下弦布置水平拉索，腹部斜向布置两根相互交叉成一定角度的压杆；第二种基本单元在上下弦布置水平压杆，腹部斜向布置两根相互交叉成一定角度的拉索；组成桁架的基本单元数应大于等于2，且在两端部增设竖向压杆或拉索，中间上下对应节点间不增设竖向构件；当一端端部上下节点均添加固定约束时，此端也可不增设腹部竖向压杆或拉索。所有节点为铰接点，所有拉索存在预拉力，所有压杆存在预压力，拉索的预拉力和压杆的预压力相互平衡。

Tensegrity rectangular plane truss structure

The invention discloses a plane truss structure tensegrity rectangular shape, there is no tensegrity plane truss structure rectangular piece; the invention of tensegrity plane truss structure is composed of two basic units along the horizontal direction of the alternate expansion combination, the first basic unit at upper and lower chord cable level layout, abdominal oblique two cross bar arranged in a certain angle; the second basic unit in the upper and lower chords arranged horizontal bar, abdominal oblique arrangement of two cables intersect a certain angle; the number of basic units of the truss should be greater than or equal to 2, and on both ends of the additional vertical pressure bar or cable, middle upper and lower nodes no additional vertical component; when one end of the upper and lower nodes are added fixed constraints, the end can not add abdominal vertical pressure bar or cable. All joints are hinged joints, all cables have pre tension, and all the pressure bars have pre stress, and the pre tension of cables and the preload of the compression bar balance each other.

【技术实现步骤摘要】
一种张拉整体矩形平面桁架结构
本专利技术涉及一种张拉整体结构，尤其涉及一种由两种基本单元组成的张拉整体矩形平面桁架结构。
技术介绍
张拉整体结构是一种由受压的杆和受拉的索组成的预应力自平衡体系，该类结构的刚度由预应力提供，其节点位置与构件的连接关系必须满足预应力自平衡条件。张拉整体结构体系具有轻质、受力合理、形态可控、形式新颖等特点，是当前也是今后空间结构的发展方向之一，是结构工程领域中新结构、新材料和新工艺等高新技术的集中体现。平面桁架结构是最常见的工程结构形式之一，有着广泛的工程应用，其应用领域包括建筑结构的屋盖、雨棚、楼面的主受力构件以及机械、航天系统的组件或承载构件。但传统平面桁架结构一般不事先指定构件的拉压属性、不采用预应力，其极限跨度和轻巧程度受到一定的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种张拉整体矩形平面桁架结构，预先设定了构件的拉压属性，并且在结构中引入了预应力，能够充分利用高强受拉构件(比如高强拉索)的材料强度，同时降低结构的自重，是一种新型的平面桁架结构体系，具有较高的工程应用前景，目前尚无类似的张拉整体矩形平面桁架结构。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种张拉整体桁架结构，由两种基本单元沿水平方向交替组合而成。整个桁架体系的具体组成由以下参数唯一确定：基本单元数n、基本单元的长度li、基本单元的高度h。第一种基本单元A的下弦节点为a1和a2，上弦节点为a′1和a′2；节点a1和a2之间连接水平拉索a1a2，节点a′1和a′2之间连接水平拉索a′1a′2；节点a1和a′2之间连接腹部斜向压杆a1a′2，节点a2和a′1之间连接腹部斜向压杆a2a′1。第二种基本单元B的下弦节点为b1和b2，上弦节点为b′1和b′2；节点b1和b2之间连接水平压杆b1b2，节点b′1和b′2之间连接水平压杆b′1b′2；节点b1和b′2之间连接腹部斜向拉索b1b′2，节点b2和b′1之间连接腹部斜向拉索b2b′1。桁架结构的组成单元个数应大于等于2，且结构必须由A和B两种基本单元沿水平方向交替组合而成，此时在两端部增设腹部竖向构件，中间上下弦对应节点间不增设腹部竖向压杆或腹部竖向拉索。当一端端部上下节点均添加固定约束时，则此端也可以不增设腹部竖向拉索或腹部竖向压杆。进一步地，当n≥2且n为偶数时，桁架由n/2个基本单元A和n/2个基本单元B依次交替组成；从左至右第i个组成单元，当i为奇数时，该单元为基本单元Ai，当i为偶数时，该单元为基本单元Bi。左端端部为基本单元A1，左端端部下弦节点为节点a1，上弦节点为节点a′1；顺次与其连接的第二个基本单元为基本单元B2，节点a2和节点b2重合(按左端节点a2标注)，节点a′2和节点b′2重合(按左端节点a′2标注)；顺次连接的第三个基本单元为基本单元A3，节点b3和节点a3重合(按左端节点b3标注)，节点b′3和节点a′3重合(按左端节点b′3标注)；右端端部第n个基本单元为基本单元Bn，节点an和节点bn重合(按左端节点an标注)，节点a′n和节点b′n重合(按左端节点a′n标注)；右端端部下弦节点为节点bn+1，上弦节点为节点b′n+1。节点a1和a′1之间增设腹部竖向拉索a1a′1，节点bn+1和b′n+1之间增设腹部竖向压杆bn+1b′n+1，中间上下弦对应节点ai和a′i间不增设腹部竖向拉索，bj和b′j间不增设腹部竖向压杆。当节点a1和a′1均添加固定约束时，可以不增设腹部竖向拉索a1a′1；当节点bn+1和b′n+1均添加固定约束时，可以不增设腹部竖向压杆bn+1b′n+1。其余所有水平拉索、腹部斜向拉索、水平压杆、腹部斜向压杆的布置由各自基本单元构成决定，没有变化。进一步地，当n≥3且n为奇数时，若左右两端部的基本组成单元为基本单元A，则结构由(n+1)/2个基本单元A及(n-1)/2个基本单元B组成；从左至右第i个组成单元，当i为奇数，该单元为基本单元Ai，当i为偶数时，该单元为基本单元Bi。左端端部为基本单元A1，左端端部下弦节点为节点a1，上弦节点为节点a′1；顺次与其连接的第二个基本单元为基本单元B2，节点a2和节点b2重合(按左端节点a2标注)，节点a′2和节点b′2重合(按左端节点a′2标注)；顺次连接的第三个基本单元为基本单元A3，节点b3和节点a3重合(按左端节点b3标注)，节点b′3和节点a′3重合(按左端节点b′3标注)；右端端部第n个基本单元为基本单元An，节点an和节点bn重合(按左端节点bn标注)，节点a′n和节点b′n重合(按左端节点b′n标注)；右端端部下弦节点为节点an+1，上弦节点为节点a′n+1。节点a1和a′1之间增设腹部竖向拉索a1a′1，节点an+1和a′n+1之间增设腹部竖向拉索an+1a′n+1，中间上下弦对应节点ai和a′i间不增设腹部竖向拉索，bj和b′j间不增设腹部竖向压杆。当节点a1和a′1均添加固定约束时，可以不增设腹部竖向拉索a1a′1；当节点an+1和a′n+1均添加固定约束时，可以不增设腹部竖向拉索an+1a′n+1。其余所有水平拉索、腹部斜向拉索、水平压杆、腹部斜向压杆的布置由各自基本单元构成决定，没有变化。当左右两端部的基本组成单元为基本单元B时，结构由(n+1)/2个基本单元B及(n-1)/2个基本单元A组成；从左至右第i个组成单元，当i为奇数，该单元为基本单元B，当i为偶数时，该单元为基本单元A。左端端部为基本单元B1，左端端部下弦节点为节点b1，上弦节点为节点b′1；顺次与其连接的第二个基本单元为基本单元A2，节点b2和节点a2重合(按左端节点b2标注)，节点b′2和节点a′2重合(按左端节点b′2标注)；顺次连接的第三个基本单元为基本单元B3，节点a3和节点b3重合(按左端节点a3标注)，节点a′3和节点b′3重合(按左端节点a′3标注)；右端端部第n个基本单元为基本单元Bn，节点an和节点bn重合(按左端节点an标注)，节点a′n和节点b′n重合(按左端节点a′n标注)；右端端部下弦节点为节点bn+1，上弦节点为节点b′n+1。节点b1和b′1之间增设腹部竖向压杆b1b′1，节点bn+1和b′n+1之间增设腹部竖向压杆bn+1b′n+1，中间上下弦对应节点ai和a′i间不增设腹部竖向拉索，bj和b′j间不增设腹部竖向压杆。当节点b1和b′1均添加固定约束时，可以不增设腹部竖向压杆b1b′1；当节点bn+1和b′n+1均添加固定约束时，可以不增设腹部竖向压杆bn+1b′n+1。所有水平拉索、腹部斜向拉索、水平压杆、腹部斜向压杆的布置由各自基本单元构成决定，没有变化。进一步地，当n≥2，可依照需要，每一组成单元Ai及Bj长度可取不同一值li及lj，单元高度必须取同一值h。第i个组成单元Ai中，水平拉索长度均为li，腹部斜向压杆长度均为第j个组成单元Bj中，水平压杆长度均为lj，腹部斜向拉索长度均为腹部竖向拉索和腹部竖向压杆的长度均为h。结构整体长度为∑(li+lj)，整体高度为h。进一步地，当n≥2且左端端部第一个组成单元为A1时，A1单元内水平拉索的预拉力均为FAc1，腹部斜向压杆的预压力均为FAs1，当增设腹部竖向拉索时，其预拉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种张拉整体矩形平面桁架结构，其特征在于，所述张拉整体矩形平面桁架结构由两种基本单元沿水平方向交替组合而成。第一种基本单元A的下弦节点为a

【技术特征摘要】
1.一种张拉整体矩形平面桁架结构，其特征在于，所述张拉整体矩形平面桁架结构由两种基本单元沿水平方向交替组合而成。第一种基本单元A的下弦节点为a1和a2，上弦节点为a′1和a′2；节点a1和a2之间连接水平拉索a1a2，节点a′1和a′2之间连接水平拉索a′1a′2；节点a1和a′2之间连接腹部斜向压杆a1a′2，节点a2和a′1之间连接腹部斜向压杆a2a′1。第二种基本单元B的下弦节点为b1和b2，上弦节点为b′1和b′2；节点b1和b2之间连接水平压杆b1b2，节点b′1和b′2之间连接水平压杆b′1b′2；节点b1和b′2之间连接腹部斜向拉索b1b′2，节点b2和b′1之间连接腹部斜向拉索b2b′1。整个桁架体系的具体组成由以下参数唯一确定：基本单元数n、每个基本单元的长度li、基本单元的高度h。桁架结构的组成单元个数应大于等于2，且结构必须由A和B两种基本单元沿水平方向交替组合而成，且在两端部增设腹部竖向构件，中间上下弦对应节点间不布置腹部竖向压杆或腹部竖向拉索。当一端端部上下节点均添加固定约束时，则此端也可以不增设腹部竖向拉索或腹部竖向压杆。2.根据权利要求1所述张拉整体矩形平面桁架结构，其特征在于，当n≥2且n为偶数时，桁架由n/2个基本单元A和n/2个基本单元B依次交替组成；从左至右第i个组成单元，当i为奇数时，该单元为基本单元Ai，当i为偶数时，该单元为基本单元Bi。左端端部为基本单元A1，左端端部下弦节点为节点a1，上弦节点为节点a′1；顺次与其连接的第二个基本单元为基本单元B2，节点a2和节点b2重合(按左端节点a2标注)，节点a′2和节点b′2重合(按左端节点a′2标注)；顺次连接的第三个基本单元为基本单元A3，节点b3和节点a3重合(按左端节点b3标注)，节点b′3和节点a′3重合(按左端节点b′3标注)；右端端部第n个基本单元为基本单元Bn，节点an和节点bn重合(按左端节点an标注)，节点a′n和节点b′n重合(按左端节点a′n标注)；右端端部下弦节点为节点bn+1，上弦节点为节点b′n+1。节点a1和a′1之间增设腹部竖向拉索a1a′1，节点bn+1和b′n+1之间增设腹部竖向压杆bn+1b′n+1，中间上下弦对应节点ai和a′i间不增设腹部竖向拉索，bj和b′j间不增设腹部竖向压杆。当节点a1和a′1均添加固定约束时，可以不增设腹部竖向拉索a1a′1；当节点bn+1和b′n+1均添加固定约束时，可以不增设腹部竖向压杆bn+1b′n+1。3.根据权利要求1所述张拉整体矩形平面桁架结构，其特征在于，当n≥3且n为奇数时，若左右两端部的基本组成单元为基本单元A，则结构由(n+1)/2个基本单元A及(n-1)/2个基本单元B组成；从左至右第i个组成单元，当i为奇数时，该单元为基本单元Ai，当i为偶数时，该单元为基本单元Bi。左端端部为基本单元A1，左端端部下弦节点为节点a1，上弦节点为节点a′1；顺次与其连接的第二个基本单元为基本单元B2，节点a2和节点b2重合(按左端节点a2标注)，节点a′2和节点b′2重合(按左端节点a′2标注)；顺次连接的第三个基本单元为基本单元A3，节点b3和节点a3重合(按左端节点b3标注)，节点b′3和节点a′3重合(按左端节点b′3标注)；右端端部第n个基本单元为基本单元An，节点an和节点bn重合(按左端节点bn标注)，节点a′n和节点b′n重合(按左端节点b′n标注)；右端端部下弦节点为节点an+1，上弦节点为节点a′n+1。节点a1和a′1之间增设腹部竖向拉索a1a′1，节点an+1和a′n+1之间增设腹部竖向拉索an+1a′n+1，中间上下弦对应节点ai和a′i间不增设腹部竖向拉索，bj和b′j间不增设腹部竖向压杆。当节点a1和a′1均添加固定约束时，可以不增设腹部竖向拉索a1a′1；当节点an+1和a′n+1均添加固定约束时，可以不增设腹部竖向拉索an+1a′n+1。当左右两端部的基本组成单元为基本单元B时，结构由(n+1)/2个基本单元B及(n-1)/2个基本单元A组成；从左至右第i个组成单元，当i为奇数，该单元为基本单元Bi，当i为偶数时，该单元为基本单元Ai。左端端部为基本单元B1，左端端部下弦节点为节点b1，上弦节点为节点b′1；顺次与其连接的第二个基本单元为基本单元A2，节点b2和节点a2重合(按左端节点b2标注)，节点b′2和节点a′2重合(按左端节点b′2标注)；顺次连接的第三个基本单元为基本单元B3，节点a3和节点b3重合(按左端节点a3标注)，节点a′3和节点b′3重合(按左端节点a′3标注)；右端端部第n个基本单元为基本单元Bn，...

【专利技术属性】
技术研发人员：许贤，涂家琪，王雅峰，罗尧治，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33