CN101365854B

CN101365854B - 气动结构构件

Info

Publication number: CN101365854B
Application number: CN200680048649.4A
Authority: CN
Inventors: M·佩德雷蒂
Original assignee: ECLAIRAGE Co Ltd; Prospective Concepts AG
Current assignee: ECLAIRAGE Co Ltd; Prospective Concepts AG
Priority date: 2005-12-23
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2026-12-22
Also published as: WO2007071100A1; CA2634501A1; US8161686B2; US20100266796A1; CA2634501C; EP1989377A1; CN101365854A

Abstract

根据本发明的气动结构构件由多个彼此连接的下述形式的元件构成：优选由气密封地被涂覆的织物材料制成的、分别具有两个端罩(5)两个空心体(1)如此组装，使其产生共同的截面(2)。截面(2)的边缘由两个弧形的拉压元件(3)形成，将优选气密封且由抗拉柔性材料制成的接片(4)夹紧到拉压元件中。接片(4)气密封地和拉压元件(3)连接。通过两个空心体(1)充注高压气体，在其罩壳(9)中形成拉应力σ。拉应力直接或者通过拉压元件(3)传递到接片(4)上并将其预张紧。这种预张紧提高拉压元件(3)的抗弯刚度。若将多个元件组合成屋顶，则每两个相邻的空心体(1)就形成具有拉压元件(3)和接片(4)的截面(2)。

Description

气动结构构件

技术领域

本发明涉及一种气动结构构件。

背景技术

横梁式气动结构构件，还有具有平面形状的这种横式气动结构构件在最近几年公开的越来越多。它们大多起源于EP 01 903 559(D1)。在WO 2005/007991(D2)中对所述发明有进一步的改进。在此将压杆继续发展成一对弧形的压杆，这些弧形压杆也能承受拉力，并且因此也叫做拉压元件。这些元件分别沿着烟卷形的气动空心体的母线延伸。D2被视为最接近的现有技术。拉压元件的承受压力载荷的抗弯曲刚性得以大大地提高是基于这种事实，即根据D2所使用的压杆被视为在它的整个长度上弹性设置的杆，其中这样的杆是按照虚拟分布的弹性设置的，这种弹性分别具有弹簧刚度k。

这种弹簧刚度k在此是如此确定：

k＝π·p

其中，

k＝虚拟的弹簧刚度[N/m²]

p＝空心体中的压力[N/m²]

由此给出弯曲载荷F_k，

F_{k} = 2 \sqrt{K \cdot E \cdot I}

[N]，

其中，E＝弹性模量[N/m²]

I＝平面惯性矩[m⁴]

发明内容

本发明的任务是提供一种具有拉压元件和狭长延伸的气密封的空心体的气动结构构件。这种气动结构构件可形成和膨胀成弧形和/或具有平面的形成物。并且这种气动结构构件具有比现技术已公开的气动梁和结构构件高得多的抗弯曲载荷F_k。

本发明提出的任务通过一种气动结构构件来完成，其具有至少两个狭长延伸的空心体(1)和至少两个弧形的拉压元件(3)，上述空心体(1)由柔性材料制成的气密封的罩壳(9)构成，上述拉压元件(3)在两个端部在节点(14)处彼此连接，并且基本上在其整个长度上和罩壳(9)气密封地连接。根据本发明，分别在两个彼此在节点(14)处连接的拉压元件(3)之间设置由抗拉材料制成的接片(4)，并且该接片(4)与上述两个拉压元件(3)基本上在拉压元件的整个长度上抗拉地连接并如此地构造，使在用高压气体充注空心体(1)时，罩壳的张力传递到拉压元件(3)上，并且从上述拉压元件传递到接片(4)上，并且因此预张紧所述接片。此外，还提出以下优选的改进措施和方案：

接片(4)由柔性的气密封的材料制成，并且既气密封地固定在拉压元件(3)上，也相互气密封地封闭相邻的空心体(1)。

气密封的柔性材料是塑料薄膜。

气密封的柔性材料是用塑料涂覆的织物材料。

在一种方案中还提出：

-每个拉压元件(3)由两个彼此螺纹连接的C形型材构成，

-为每个拉压元件(3)都设有压筋(10)，该压筋被罩壳(9)的材料包围，并且该压筋设置在拉压元件(3)的外侧上，

-接片(4)在每个拉压元件(3)的两个C形型材之间通过螺纹连接夹紧。

在另一种方案中还提出：

-每个拉压元件(3)都由型材杆构成，该型材杆具有三个各用于压筋(10)的槽，其中两个用于压筋(10)的槽设在侧面，第三个用于压筋(10)的槽设在中间，

-罩壳(9)通过侧面的压筋(10)夹紧，接片(4)通过布置在中间的压筋(10)夹紧。

在另一种方案中还优选地提出：

-每个拉压元件(3)都由具有合适的平面惯性矩的型材杆构成，

-每个型材杆都***到相对拉压元件(3)纵向延伸的凹槽中，

-空心体(1)的罩壳(9)和上述凹槽气密封地连接，

-接片(4)同样和上述凹槽连接，

-罩壳(9)和接片(4)与上述凹槽的连接是通过焊接或者粘贴或者缝合，然后进行密封而产生。

凹槽和接片(4)的连接是气密封的。

在另一种方案中还优选地提出：

-设有这样的机构，以便将拉压元件(3)气密封地从空心体(1)导出，

-节点(14)设置在空心体(1)之外。

在另一种方案中还优选地提出：

-所述气动结构构件构造成屋顶元件(16、26)，

-在所述屋顶元件(16、26)中设置有多个拉压元件(3)，

-分别在两对相邻的拉压元件(3)之间***空心体(1)，并且和上述拉压元件气密封地连接，

-屋顶元件(16、26)的每个空心体(1)具有用于高压气体的接头(18)。

在另一种方案中还优选地提出：

-所述多个拉压元件(3)基本彼此平行地布置，

-两个最外边的拉压元件(3)各支承有不成对的空心体(1)，由此使接片(4)的预张紧对称地得到稳定，并且使最外的拉压元件(3)在侧边得到稳定。

在另一种方案中还优选地提出：

-所述多个拉压元件(3)构造成弧形的，并且构造成弧形的拉压元件(30)分别具有外弧(21)和内弧(22)，它们分别通过节点(14)连接，并且通过第一批多个彼此平行的支杆(23)和另一批多个也是彼此平行的且与上述支杆(23)平行的拉索(24)连接，由此使所述弧形的拉压元件(30)在没有空心体(1)的情况下就得到稳定，

-在所述弧(21、22)之间分别***气密封的接片(4)，并且和弧形的拉压元件(30)气密封地连接，

-在弧形的拉压元件(30)之间分别***空心体(1)，并且和这些拉压元件(30)气密封地连接，

-弧形的拉压元件(30)中的每个在其节点(14)上分别具有接头，通过该接头可将该拉压元件铰链地连接在固定在地面上的其他节点(27)上，

-所述固定在地面上的其他节点(27)分别具有轴(20)，弧形的拉压元件(30)可回转地支承在该轴上，

-将如此构造的气动结构构件分成两个基本相同大小的组，

-如此地确定所述多个弧形的拉压元件(30)的尺寸，即在所有的空心体(1)充满高压气体后，所述气动结构构件能够形成封闭的拱形屋顶，

-空心体(1)分别具有至少一个用于高压气体的接头(18)。

将用于高压气体的接头(18)设在共同的高压气体管道(19)上，这样所有的空心体(1)都具有相同的气体压力。

每组的两个最外侧的弧形的拉压元件(30)都支承有不成对的空心体(1)，由此接片(4)的预张紧对称地得到稳定，并且所述的最外侧的活动的弧形的拉压元件(30)也在侧边得到稳定。

在另一种方案中还优选地提出：

-每组的两个最外边的活动的弧形的拉压元件(30)通过其接片(4)封闭，

-所述的活动的弧形的拉压元件(30)各支承至少一个封闭机构，该封闭机构可将两个所述的活动的弧形的拉压元件(30)彼此闭锁。

附图说明

下面借助附图对本发明的主题进行详细的说明。这些附图是：

图1：根据本发明的气动结构构件的第一实施例的俯视图。

图2：图1的实施例的纵剖面图BB。

图3：图1的实施例的AA横截面，并标有作用力。

图4：拉压元件的实施例的AA横截面。

图5：拉压元件的第一实施例的剖面详图。

图6：气动结构构件的第二实施例的侧视图。

图7a、b：图6的气动结构构件的端部区域图。

图8：根据本发明的屋顶元件的横截面。

图9：图8的屋顶元件的等比例图。

图10、11、12：用作拱形屋顶的元件的本发明的实施例。

具体实施方式

图1示出根据本发明的气动结构构件的第一实施例的俯视图。这个气动结构构件是由两个例如卷烟形地狭长延伸的且气密封的空心体1构成，它具有罩壳9和各两个端罩5。罩壳9分别由织物层压的塑料薄膜或者由柔性的塑料涂层的织物构成。从抽象几何的角度看，这些空心体1在截面2中彼此相交，从图2可以看出，该截面由图1中的剖面线BB表示。

当两个空心体1充满高压气体时，这些空心体-在下述条件下-具有在图4的AA截面中所示的形状。通过在空心体1的内部中的压力p，在它的罩壳9内形成线性应力σ，这个应力通过下述公式给出：

σ＝p·R

σ＝线性应力[N/m]

p＝压力[N/m²]

R＝空心体1的半径[m]。

在两个空心体1的交截线中，在截面2中，例如***织物接片4，交截线中两个空心体1的线性应力σ传递到所述接片4上，如图3所示，线性应力σ矢量相加成接片4的线性力f：

f＝σ_l+σ_r

其中，

f＝接片4中的线性力

σ_l＝左边空心体1中的线性应力，

σ_r＝右边空心体1中的线性应力。

当压力p相同，半径R相同时，f的绝对值大小取决于两个空心体1的两个交截圆的交截角有关。

为了承受如此构造的气动结构构件的拉力和压力，将接片4夹入到拉压元件3中，这个拉压元件具有在图2中所示的形状。拉压元件3接收了上述线性力通过矢量相加所确定的部分，并且因此沿通过矢量所示出的方向预张紧。当通过给空心体1充注高压气体，通过线性力f产生接片4的预应力为

因为沿着结构构件的半径通常不是恒定的，所以接片的预应力沿着结构构件也是变化的。通过适合地选择罩壳圆周和接片的高度，根据气动结构构件的用途可使接片的预应力最佳化，甚至使其恒定不变。当端罩5的直径＝2R₀时，接片4的预应力为p·R₀。

这种预应力使拉压元件3产生类似于预张紧的弹簧的特性，只有当超过预应力时才有长度变化的响应。当超过这个预应力时，才出现拉压元件3的弯折危险。通过所示方式弹性地设置拉压元件3，得出弯曲载荷P_k

P_{k} \approx 3 \frac{{(EF)}^{2 / 9} \cdot {(EI)}^{1 / 3}}{L^{2 / 9}} \cdot {(p \cdot R_{0})}^{4 / 9}

其中，

P_k＝临界弯曲载荷，

E＝拉压元件3的弹性模量

F＝拉压元件3的横截面面积

I＝拉压元件3的平面惯性矩

L＝拉压元件3的长度。

因此在根据本发明的气动结构构件中将压缩的空气用于预张紧弯曲柔性的接片，这样这个接片就可传递拉力和压力，并且最佳地稳定住压力件，防止其弯曲。通过这一措施使气动结构构件更加稳定，更加轻巧，并且能更好地支承局部载荷。

在侧边通过线性应力将拉压元件3稳定在罩壳9中。

图4示出根据图1的AA剖面线的图3的技术设计改型。拉压元件3在此例如由两个彼此由螺纹连接的C形型材8构成。空心体1的罩壳9例如无中断地在C形型材8之间穿过，并且在外部在拉压元件3上通过压筋10紧固。将接片4***到罩壳9的外层之间，并且通过C形型材8的螺纹连接来夹紧固定。

图5详细示出如此构造的拉压元件3的剖面图。

图6是根据本发明的气动结构构件的第二实施例的侧视图。与图1和图2的气动结构构件相比，该气动结构构件向上弯拱，它的在此用附图标记6表示的纵向轴相比到用3a表示的上拉压元件，更加靠近用3b表示的下拉压元件。对力的导出是通过两个支柱7完成的，这些支柱既承受垂直的压力，也承受拉力。

在图4中所示的气动结构构件的长度和高度之比大约为15。

图7a、7b示出了例如图6的根据本发明的气动结构构件的一个端部。那个未示出的端部优选镜面对称地设计。在拉压元件3的端部上，两个拉压元件相互组装，并且在那里形成节点14。这个节点是通过下述措施产生的，即由例如板13代替接片4，这个板13将所必需的力从拉压元件传递到拉压元件。然而可根据所使用的拉压元件，对这样一种用于力传递的方案可以另行设计。这种设计对于技术人员来说无需特别的费用就可办到。

图7a示出了节点14的侧视图，图7b示出横截面。

图8示出屋顶元件16的正面图。该屋顶元件是由多个根据图1的结构构件组装而成。分别在位于空心体1之间的拉压元件3上进行这种组装。拉压元件3的距离分别为2·R₀，相当于端罩5的直径。可将图7的屋顶元件16安装到合适的支架上。只要支承表面基本是平整的，则这种支承方式就没有问题：就没有必要将屋顶元件16安放拉压元件3上；也可将它安放到空心体1上，只要不存在损伤危险。为了建立由一个或者多个屋顶元件16构成的屋顶，例如在装配车间内由拉压元件3、接片4和空心体1的罩壳9组装成这样一种屋顶元件16。在气密封的接片4的情况下，每个空心体1具有用于高压气体的接头18。这些接头18通常安装到共同的高压气体管道19上，这样所有的空心体1都具有相同的气体压力。

在这些所述的单个部件组装好后可将整个屋顶元件16-例如在一辆载重汽车上-运到安装地点，并且在那里在气体高压下建立。然后将这个屋顶元件-该屋顶元件现在通过高压气体已经稳定了-借助吊车安装到预定的且已经准备好的底座上，并且固定在那里。

在屋顶元件16的侧端部设置侧面终端部17。如图8所示，这些侧面终端部也由空心体1构成。它们的最大直径基本相当于每两个拉压元件3的侧面的间距。可从图8看到侧面终端部17的形状曲线。

大的屋顶可将多个相同的屋顶元件16并排安装，并且分别在最外侧的拉压元件3上彼此固定。

图10、11、12为根据本发明的气动结构构件的第三实施例。图10示出弧形的拉压元件30。这个弧形拉压元件在两个枢轴轴承29上安放在回转轴20上，并且可绕这个回转轴回转。这个弧形的拉压元件30具有外弧21和内弧22。这些弧21、22通过多个-例如五个-彼此平行的支杆23并且通过多个拉索24连接，并且如此地也在没有气动空心体的情况下得到预稳定。如图1、2所示，和拉索组24平行地设有接片4，并且其借助压筋连接固定在弧21、22上。

图11示出拱形的屋顶26，其由弧形的气动结构构件25建立。和图1、2的第一实施例相类似地设有多个-例如十八个-空心体1，并且如图所示地和弧形的拉压元件30连接。如同制造屋顶元件16一样，屋顶26的预制可在装配车间完成。在该结构的一侧，必须将节点27固定在地面上，或者用混凝土浇注。弧形的拉压元件30在它们的端部分别具有一个未示出的接头。这个接头如此构造，使得可允许弧形的拉压元件30绕轴20可回转地得到支承。在这方面在建筑业已公开了各种各样的方案。当运输到安装地点后，将这些所述的接头安设在节点27上。

现在通过给单个的弧形的结构构件25充注高压气体，使拱形的屋顶26竖起。当如图7所示地，将所有的接头18连接到共同的高压气体管道19后，首先是最上面的结构构件25形成圆形的形状，然后是逐渐地下面的结构构件也形成圆形的形状。屋顶26分成两半。这两半在完全充满气体时密封地封闭屋顶。

备选地，替代空心体1，也可用两个可接合的弧形的拉压元件30完成上述封闭。为此，设有多个气动或者电可操作的封闭机构(未示出)，分布到所述的拉压元件30上。为此在机械制造业界有多个方案可供采用。

Claims

1.气动结构构件，具有至少两个狭长延伸的空心体(1)和至少两个弧形的拉压元件(3)，上述空心体(1)由柔性材料制成的气密封的罩壳(9)构成，上述拉压元件(3)在两个端部在节点(14)处彼此连接，并且基本上在其整个长度上和罩壳(9)气密封地连接，其特征在于，

分别在两个彼此在节点(14)处连接的拉压元件(3)之间设置由抗拉材料制成的接片(4)，并且该接片(4)与上述两个拉压元件(3)基本上在拉压元件的整个长度上抗拉地连接并如此地构造，使在用高压气体充注空心体(1)时，罩壳的张力传递到拉压元件(3)上，并且从上述拉压元件传递到接片(4)上，并且因此预张紧所述接片。

2.按照权利要求1所述的气动结构构件，其特征在于，接片(4)由柔性的气密封的材料制成，并且既气密封地固定在拉压元件(3)上，也相互气密封地封闭相邻的空心体(1)。

3.按照权利要求2所述的气动结构构件，其特征在于，气密封的柔性材料是塑料薄膜。

4.按照权利要求2所述的气动结构构件，其特征在于，气密封的柔性材料是用塑料涂覆的织物材料。

5.按照权利要求1或2所述的气动结构构件，其特征在于，

-每个拉压元件(3)由两个彼此螺纹连接的C形型材构成，

6.按照权利要求1或2所述的气动结构构件，其特征在于，

7.按照权利要求1或2所述的气动结构构件，其特征在于，

-每个拉压元件(3)都由具有合适的平面惯性矩的型材杆构成，

-每个型材杆都***到相对拉压元件(3)纵向延伸的凹槽中，

-空心体(1)的罩壳(9)和上述凹槽气密封地连接，

-接片(4)同样和上述凹槽连接，

8.按照权利要求7所述的气动结构构件，其特征在于，凹槽和接片(4)的连接是气密封的。

9.按照权利要求1所述的气动结构构件，其特征在于，

-节点(14)设置在空心体(1)之外。

10.按照权利要求1或2所述的气动结构构件，其特征在于，

-所述气动结构构件构造成屋顶元件(16、26)，

-在所述屋顶元件(16、26)中设置有多个拉压元件(3)，

11.按照权利要求10所述的气动结构构件，其特征在于，

-所述多个拉压元件(3)基本彼此平行地布置，

12.按照权利要求10所述的气动结构构件，其特征在于，

-将如此构造的气动结构构件分成两个基本相同大小的组，

-空心体(1)分别具有至少一个用于高压气体的接头(18)。

13.按照权利要求10所述的气动结构构件，其特征在于，将用于高压气体的接头(18)设在共同的高压气体管道(19)上，这样所有的空心体(1)都具有相同的气体压力。

14.按照权利要求12所述的气动结构构件，其特征在于，每组的两个最外侧的弧形的拉压元件(30)都支承有不成对的空心体(1)，由此接片(4)的预张紧对称地得到稳定，并且所述的最外侧的活动的弧形的拉压元件(30)也在侧边得到稳定。

15.按照权利要求12所述的气动结构构件，其特征在于，