CN104864259A - 桁架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桁架，其特征在于，包括至少一根主梁和至少一根侧梁；所述侧梁的至少一端与其中一根主梁连接。本发明中的桁架由主梁和侧梁构成。其中，主梁充分利用了金属材料的延展性和材料均匀性、复合材料的可设计性和疲劳性等性能，使主梁不仅能够承受瞬时冲击和长时间的高频振动，还具有良好的耐高温性能和拉伸强度。

Description

桁架

技术领域

本发明涉及一种桁架。

背景技术

在海洋工程、桥梁工程、或者其他对结构重量有苛刻要求的领域，对结构不仅有一定的重量指标要求，还有更高的技术指标要求，如刚度、强度、抗拉伸强度、抗压强度、抗瞬时冲击强度等。如果结构部件由全金属材料制得，要使结构达到一定的技术指标要求，该结构不仅体积庞大，而且重量很大。以桁架为例，如果是全金属桁架，要想使其具有更高的技术指标，即需要增大桁架的尺寸，从而增加了桁架自身的重量及其所占用的空间，这不仅会对结构中其他部件的空间布置造成困难，还会使整个产品背上沉重的重量负担，降低了结构承载其他物体的承载能力。另一方面，全金属材料制得的桁架的耐腐蚀性差，对恶劣环境的抵御能力差。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种桁架。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

桁架，其特征在于，包括至少一根主梁和至少一根侧梁；所述侧梁的至少一端与其中一根主梁连接。

优选地是，所述主梁包括至少一个第一复合材料杆件；所述第一复合材料杆件包括金属柱体；所述金属柱体外表面包覆有第一纤维增强塑料层；所述金属柱体外表面设置有绝缘涂层；所述绝缘涂层设置于所述金属柱体外表面与所述第一纤维增强塑料层之间。

优选地是，所述第一纤维增强塑料层为一根或多根第一纤维增强塑料线或第一纤维增强塑料带缠绕于所述金属柱体外表面形成；所述多根第一纤维增强塑料线或第一纤维增强塑料带依次缠绕于所述金属柱体外表面。

优选地是，所述第一纤维增强塑料层外表面还设置有第二纤维增强塑料层；所述第二纤维增强塑料层为第二纤维增强塑料线或第二纤维增强塑料带依次缠绕于所述第一纤维增强塑料层外表面形成。

优选地是，所述第一纤维增强塑料层为碳纤维增强塑料层；所述第二纤维增强塑料层为玻璃纤维增强塑料层或晶须增强塑料层。

优选地是，所述金属柱体设有沿轴向延伸的第一通孔。

优选地是，所述绝缘涂层为树脂涂层。

优选地是，所述金属柱体外表面为波浪形。

优选地是，所述第一复合材料杆件的端部设有法兰；所述第一复合材料杆件通过所述法兰与另一个所述第一复合材料杆件连接。

优选地是，所述法兰的外表面为波浪形；所述第一纤维增强塑料层覆盖所述法兰呈波浪形的外表面，与所述法兰呈波浪形的外表面机械咬合。

优选地是，所述第一复合材料杆件的两端均设有所述法兰；所述法兰的外表面设有多个沿圆周方向分布的第一凸块；第一纤维增强塑料线或第一纤维增强塑料带沿所述金属柱体轴向缠绕、并依次绕过所述金属柱体两端法兰上的第一凸块，将所述金属柱体两端的法兰与所述金属柱体连接，并形成所述第一纤维增强塑料层。

优选地是，所述侧梁包括支撑体；所述支撑体的两端分别设有至少一个第一耳片；所述支撑体的外表面包覆有第三纤维增强材料层。

优选地是，所述支撑体的两端分别设有一个或两个所述耳片；位于所述支撑体同一端的两个所述耳片间隔设置。

优选地是，所述第一耳片抵靠在所述支撑体上；第三纤维增强材料线或第三纤维增强材料带沿所述支撑体的轴向缠绕所述支撑体和所述第一耳片后加热固化形成所述第三纤维增强材料层，并将所述第一耳片和所述支撑体连接。

优选地是，所述第三纤维增强材料层的外表面还包覆有第四纤维增强材料层；第四纤维增强材料线或第四纤维增强材料带沿所述支撑体的圆周方向和轴向缠绕所述第三纤维增强材料层后加热固化形成所述第四纤维增强材料层。

优选地是，所述第一耳片抵靠在所述支撑体上；第三纤维增强材料线或第三纤维增强材料带沿所述支撑体的圆周方向和轴向缠绕所述支撑体和所述第一耳片后加热固化形成所述第三纤维增强材料层，并将所述第一耳片和所述支撑体连接。

优选地是，所述第三纤维增强材料层的外表面还包覆有第四纤维增强材料层；所述第四纤维增强材料层由第四纤维增强材料线或第四纤维增强材料带沿所述支撑体的轴向缠绕所述第三纤维增强材料层后加热固化形成。

优选地是，所述第一耳片设有第一沟槽；所述第三纤维增强材料线或所述第三纤维增强材料带沿轴向缠绕所述第一耳片时，容置于所述第一沟槽内；或者所述第四纤维增强材料线或所述第四纤维增强材料带沿轴向缠绕所述第一耳片时，容置于所述第一沟槽内。

优选地是，所述第一耳片上设有多个沿圆周方向分布的第二凸块；所述第三纤维增强材料线或所述第三纤维增强材料带沿轴向缠绕、并依次绕过所述支撑体两端第一耳片上的第二凸块，将所述支撑体两端的第一耳片与所述支撑体连接；或者所述第四纤维增强材料线或所述第四纤维增强材料带沿轴向缠绕、并依次绕过所述支撑体两端第一耳片上的第二凸块，将所述支撑体两端的第一耳片与所述支撑体连接。

优选地是，所述第一耳片的外表面为波浪形；所述第三纤维增强材料线或所述第三纤维增强材料带缠绕所述第一耳片时，与所述第一耳片上呈波浪形的外表面机械咬合。

优选地是，所述侧梁还包括第一连接件；所述第一连接件包括相配合的第一凸块和第一插槽；所述第一凸块设置在所述第一耳片和所述支撑体其中之一上，所述第一插槽设置在所述第一耳片和所述支撑体中的另一个上；所述第一凸块可插拔地插置于所述第一插槽内，将所述第一耳片安装在所述支撑体的端部。

优选地是，所述侧梁还包括连杆；所述连杆的两端分别设有一个所述第一耳片；所述支撑体上设有沿轴向延伸的凹槽；所述凹槽与所述连杆相适应；所述连杆嵌入所述凹槽内，使所述第一耳片伸出所述凹槽设置于所述支撑体的端部。

优选地是，所述连杆的个数为两个；所述支撑体上设有两个所述凹槽；每个所述连杆嵌入一个所述凹槽内；设置于所述支撑体同一端的两个耳片间隔设置。

优选地是，所述第一耳片与所述连杆一体设置；所述第一耳片和所述连杆由金属材料制得，或由第五纤维增强材料缠绕后加热固化制得，或采用树脂传递模塑成型工艺形成。

优选地是，第三纤维增强材料线或第三纤维增强材料带沿所述支撑体的圆周方向和轴向缠绕所述支撑体、所述连杆和所述耳片后加热固化形成所述第三纤维增强材料层，并将所述连杆和所述支撑体连接。

优选地是，所述第三纤维增强材料层的外表面还包覆有第四纤维增强材料层；所述第四纤维增强材料层由第四纤维增强材料线或第四纤维增强材料带沿所述支撑体的轴向缠绕所述第三纤维增强材料层后加热固化形成。

优选地是，所述第三纤维增强材料层为第三纤维增强树脂层；所述第四纤维增强材料层为第四纤维增强树脂层；所述第五纤维增强材料层为第五纤维增强树脂层；所述第三纤维增强树脂层包括第三纤维和第三树脂；所述第四纤维增强树脂层包括第四纤维和第四树脂；所述第五纤维增强树脂层包括第五纤维和第五树脂；所述第三纤维、所述第四纤维与所述第五纤维相同或不相；所述第三纤维、所述第四纤维或所述第五纤维选自玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、硼纤维、石棉纤维、芳纶纤维、奥纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、维尼纶纤维、聚丙烯纤维、聚酰亚胺纤维、棉纤维和剑麻中的一种或任意几种；所述第一树脂、所述第二树脂或所述第三树脂相同或不同；所述第三树脂、所述第四树脂或所述第五树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、苯并噁嗪树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂中的一种或任意几种。

优选地是，耳片既可以由金属材料制得，也可以由复合材料制得。复合材料可选用金属基复合材料、陶瓷基复合材料或高分子基复合材料。所述第一耳片上设有第二通孔。当耳片采用复合材料制得，所述第二通孔内可设置第一衬套。第一衬套可避免耳片磨损，延长耳片使用寿命。第一衬套磨损后，较耳片更换方便。

优选地是，所述支撑体由泡沫材料等蓬松轻质材料制得。

优选地是，所述主梁上设有与所述第一耳片相适应的第二耳片；螺栓或螺钉依次贯穿所述第一耳片和所述第二耳片，将所述侧梁安装在所述主梁上。

优选地是，还包括套筒，所述套筒的外表面上设有至少一个所述第二耳片；所述套筒套设在所述主梁的外表面上；所述主梁设有沿轴向延伸的第一通孔；所述第一通孔内设有第二衬套；螺栓或螺钉依次贯穿所述套筒、所述主梁的孔壁和所述第二衬套，将所述套筒锁紧在所述主梁上。

优选地是，所述套筒包括至少两个弧形板；所述弧形板的两侧设有沿径向向外延伸的翻边；螺栓或螺钉依次贯穿相邻的两个弧形板上的翻边，将相邻的两个弧形板连接。

优选地是，所述主梁为长方体；所述第二耳片设置在一平板上；螺栓或螺钉依次贯穿所述平板和所述主梁，将所述第二耳片安装在所述主梁上。

本发明中的桁架由主梁和侧梁构成。其中，主梁充分利用了金属材料的延展性和材料均匀性、复合材料的可设计性和疲劳性等性能，使主梁不仅能够承受瞬时冲击和长时间的高频振动，还具有良好的耐高温性能和拉伸强度。本发明在金属柱体外表面设置绝缘涂层，可以防止金属柱体与第一纤维增强塑料层之间的电偶腐蚀问题。第一纤维增强塑料层为碳纤维增强塑料层时，其抗冲击性差，易受外界环境的影响，因此在碳纤维增强塑料层的外表面再设置玻璃纤维增强塑料层，可以增强主梁的抗冲击性。

本发明中的桁架的侧梁，充分利用了复合材料的可设计性和疲劳性等性能，使其具有优异的抗拉伸性能、抗压性能。通过纤维增强材料沿支撑体的轴向缠绕包裹耳片和支撑体，提高耳片和支撑体的结合强度，更重要的是，使侧梁具有优异的抗拉伸性能，拉伸应变最高可达3.5％以上。通过纤维增强材料沿支撑体的圆周方向和轴向缠绕包裹耳片和支撑体，使侧梁具有优异的抗压性能。

与全金属桁架相比，在达到相同的各项力学指标的情况下，本发明中的桁架具有明显的重量优势和更高的安全系数，不论是本发明中的主梁还是侧梁，均可较全金属杆件减轻重量30％。与全金属杆件相比，重量相等长度相同的情况下，本发明的主梁和侧梁的力学指标均提升20％～40％。这也意味着本发明将在海洋工程、桥梁工程等对结构重量有苛刻要求的领域有着光明的应用前景。

在达到相同的抗拉伸性能、抗压性能、抗冲击性能等力学指标的情况下，本发明的桁架的重量仅为全金属桁架重量的70％。也就是说，采用本发明的桁架代替全金属桁架，可减轻搬运所需的工作量，提高了工作效率，降低了生产所需成本。从另一方面考虑，因为达到相同的抗拉伸性能、抗压性能、抗冲击性能等力学指标的情况下，本发明的桁架的重量仅为全金属桁架重量的70％，所以吊装设备每次可吊装的主梁或侧梁的长度或数量要大于全金属杆件，从而降低了吊装次数，减轻了吊装工作量，提高了工作效率，降低了生产所需成本。

主梁和侧梁通过第一耳片和第二耳片的配合连接在一起，便于安装与拆卸。

附图说明

图1为实施例1中的桁架的结构示意图；

图2为实施例1中的主梁的轴向截面示意图；

图3为实施例1中的侧梁的结构示意图；

图4为实施例1中的侧梁的结构***图；

图5为将图1中的主梁隐藏后的结构示意图；

图6为实施例2中的桁架的结构示意图；

图7为图6所示结构的另一角度示意图；

图8为实施例3中的桁架的结构示意图；

图9为实施例3中的主梁及法兰的轴向截面示意图；

图10为实施例4中的主梁及法兰的结构示意图；

图11为实施例5中的侧梁的结构示意图；

图12为实施例6中的侧梁的结构示意图；

图13为实施例6中的侧梁的径向截面示意图；

图14为实施例8中的侧梁的局部结构***示意图；

图15为实施例8中的侧梁的径向截面示意图；

图16为实施例9中的侧梁的结构示意图；

图17为实施例9中的侧梁的局部结构示意图；

图18为实施例9中的侧梁的径向截面示意图；

图19为实施例10中复合材料杆件的轴向截面示意图；

图20为实施例11中的侧梁的结构示意图；

图21为实施例11中的侧梁的局部结构***示意图；

图22为实施例11中的侧梁的径向截面示意图；

图23为图22所示的复合材料杆件外包覆第四纤维增强材料层后径向截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的描述：

实施例1

如图1所示，桁架包括一根主梁1和一根侧梁2。侧梁2的一端与主梁1连接。

如图2所示，主梁1包括一个第一复合材料杆件。第一复合材料杆件包括金属圆柱体11。金属圆柱体11可采用各种金属材料，如钢、铁、合金等金属。金属圆柱体11设置有第一通孔111。金属圆柱体11的外表面112为波浪形。波浪形形状沿金属圆柱体11的轴向延伸。金属圆柱体11外表面包覆有绝缘树脂层(图中未示出)。绝缘树脂层表面包覆有第一纤维增强塑料层12。绝缘树脂层能够将金属圆柱体11与第一纤维增强塑料层12绝缘隔开即可。第一纤维增强塑料层12为碳纤维、金属纤维、碳纤维、硼纤维、石棉纤维、金属纤维、芳纶纤维、奥纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、维尼纶纤维、聚丙烯纤维、聚酰亚胺纤维、棉纤维和剑麻中的一种或几种增强塑料。第一纤维增强塑料层12为第一纤维增强塑料线或第一纤维增强塑料带缠绕于金属圆柱体11的外表面而形成，多根第一纤维增强塑料线或第一纤维增强塑料带依次缠绕于金属柱体1的外表面。第一纤维增强塑料层12外表面还设置有第二纤维增强塑料层13。第二纤维增强塑料层13为玻璃纤维增强塑料层或者晶须增强塑料层。所述第二纤维增强塑料层13为第二纤维增强塑料线或第二纤维增强塑料带依次缠绕于所述第一纤维增强塑料层12的外表面而形成。在如图2所示的示例中，第一纤维增强塑料层12为碳纤维增强塑料层，第二纤维增强塑料层13为玻璃纤维增强塑料层。第一纤维增强塑料层12和第二纤维增强塑料层13均适应金属圆柱体11外表面112的波浪形。

如图3和4所示，侧梁2包括支撑体21。如图所示的优选示例中，支撑体21呈长条状，由泡沫材料制得。支撑体21的两端分别设有一个第一耳片22。第一耳片22既可以由金属材料制得，也可以由复合材料制得。复合材料可选用金属基复合材料、陶瓷基复合材料和高分子基复合材料等。本实施例优选，第一耳片22为金属材料制成。第一耳片22呈片状，设有第二通孔221。

侧梁2还包括第一连接件。第一连接件包括相配合的第一凸块231和第一插槽232。第一凸块231设置在第一耳片22和支撑体21其中之一上，第一插槽232设置在第一耳片22和支撑体21中的另一个上。本实施例优选，第一凸块231设置在第一耳片22上，第一插槽232设置在支撑台21的端部。第一凸块231可插拔地插置于第一插槽232内，将第一耳片22安装在支撑体21的端部。

支撑体21的外表面包覆有第三纤维增强材料层24。第三纤维增强材料层24由第三纤维增强材料线或第三纤维增强材料带沿支撑体21的轴向缠绕支撑体21和第一耳片22后加热固化形成。第三纤维增强材料层24为第三纤维增强树脂层。第三纤维增强树脂层包括第三纤维和第三树脂。第三纤维选自玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、硼纤维、石棉纤维、芳纶纤维、奥纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、维尼纶纤维、聚丙烯纤维、聚酰亚胺纤维、棉纤维和剑麻中的一种或任意几种。第三树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、苯并噁嗪树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂中的一种或任意几种。

第一耳片22还设有第一沟槽223，第一沟槽223将第一耳片22分割为两个单片220。每个单片220上均设有一个第二通孔221。第三纤维增强材料线或第三纤维增强材料带沿轴向缠绕第一耳片22时，容置于第一沟槽223内，通过第一沟槽223限制第三纤维增强材料或第三纤维增强带，确保第三纤维增强线或第三纤维增强带稳固地缠绕在第一耳片22和支撑体21上，避免第三纤维增强线或第三纤维增强带从第一耳片22或支撑体21上滑落。

如图5所示，主梁1的外表面上套设有套筒3。套筒3的外表面上设有第二耳片31。第二耳片31上设有第二沟槽32。第二沟槽32将第二耳片22分割为两个单片30。每个单片30上均设有一个第三通孔33。侧梁2一端的第一耳片22***第二沟槽32内，采用螺栓依次贯穿第三通孔33、第二通孔221和第三通孔33，将侧梁2安装在主梁1上。

套筒3由两个弧形板34拼接而成。弧形板34的两侧设有沿径向向外延伸的翻边35。采用螺栓依次贯穿相邻的两个弧形板34上的翻边35，将两个弧形板34连接，使其套设在主梁1上。主梁1的第一通孔111内，与套筒3位置相对应的区域设有第二衬套4。采用螺钉依次贯穿弧形板34、主梁1的孔壁和第二衬套4，将弧形板34锁紧在主梁1上，提高侧梁2安装在主梁1上的稳定性。

本实施例的主梁1，充分利用了金属材料的延展性和材料均匀性、复合材料的可设计性和疲劳性等性能，使其不仅能够承受瞬时冲击和长时间的高频振动，还具有良好的耐高温性能和拉伸强度。在金属圆柱体11外表面设置绝缘涂层，可以防止金属柱体与第一纤维增强塑料层12之间的电偶腐蚀问题。第一纤维增强塑料层12为碳纤维增强塑料层时，其抗冲击性差，易受外界环境的影响，因此在碳纤维增强塑料层的外表面再设置玻璃纤维增强塑料层，可以增强主梁1的抗冲击性。

本实施例的侧梁2，通过第三纤维增强材料线或第三纤维增强材料带缠绕第一耳片22和支撑体21，将第一耳片22和支撑体21包裹在一起，提高了第一耳片22与支撑体21之间的结合力。更重要的是，第三纤维增强材料线或第三纤维增强材料带沿支撑体21的轴向缠绕，使侧梁2较全金属杆件的抗拉伸性能大大提高。

与全金属桁架相比，在达到相同的各项力学指标的情况下，本实施例的桁架具有明显的重量优势、体积优势和更高的安全系数，不论是主梁1还是侧梁2，都可较全金属杆件减轻30％的重量。与全金属杆件相比，重量相等长度相同的情况下，本实施例的主梁的抗拉伸性能、抗压性能及抗冲击性能均提升20％～40％，本实施例的侧梁的抗拉伸性能提升20％～40％。使本实施例的桁架在海洋工程、桥梁工程等对结构重量有苛刻要求的领域有着光明的应用前景

第一耳片22可以不设置第一沟槽223，不影响复侧梁的安装及其力学性能。

实施例2

与实施例1不同，如图6和7所示，本实施例中的桁架包括一个主梁1和两个侧梁2。主梁1呈长方体。两个侧梁2分别通过一个第二耳片31与主梁1连接。每个第二耳片31设置在一个平板5上。两个平板5位于主梁1的两侧，并抵靠在主梁1的外表面上。采用螺栓从主梁1的一侧，依次贯穿其中一个平板5、主梁1和另一个平板5，将设有第二耳片31的平板5安装在主梁1上。

实施例3

在实施例1的基础上，如图8所示，本实施例的桁架所包括的主梁1和侧梁2的数量增加。每根主梁1包括两个第一复合材料杆件10。每个第一复合材料杆件10的两端分别设有一个法兰6。第一复合材料杆件10通过其端部的法兰6与另一个第一复合材料杆件10连接，组成主梁1。

如图9所示，法兰6的外表面61为波浪形。第一纤维增强塑料层12覆盖法兰6呈波浪形的外表面61，与法兰6呈波浪形的外表面61机械咬合，从而将法兰6与第一复合材料杆连接，并通过机械咬合来传递界面之间的载荷。

实施例4

与实施例3不同，如图10所示，本实施例中的法兰6的外表面61为光滑面，并设有多个沿圆周方向分布的第一凸块62。第一纤维增强塑料线01沿金属柱体11的轴向缠绕、并依次绕过金属柱体11两端法兰6上的第一凸块62，从而将法兰6与第一复合材料杆件连接，并形成第一纤维增强塑料层12。

实施例5

如实施例1不同，如图11所示，本实施例中的第一耳片22上无第一沟槽。且第三纤维增强材料层24由第三纤维增强材料线或第三纤维增强材料带沿支撑体12的圆周方向和轴向缠绕支撑体21和第一耳片22后加热固化形成。第三纤维增强材料层24覆盖第一耳片22和支撑体21的连接部位。

本实施例的侧梁2，通过第三纤维增强材料线或第三纤维增强材料带缠绕第一耳片22和支撑体21，将第一耳片22和支撑体21包裹在一起，提高了第一耳片22与支撑体21之间的结合力。更重要的是，第三纤维增强材料线或第三纤维增强材料带沿支撑体21的圆周方向和轴向缠绕，使侧梁2较全金属杆件的抗压性能大大提高。且与全金属杆件相比，在达到相同的各项力学指标的情况下，本实施例的侧梁2具有明显的重量优势、体积优势和更高的安全系数，可减轻30％的重量。与全金属杆件相比，重量相等长度相同的情况下，本实施例的主梁的抗拉伸性能、抗压性能及抗冲击性能均提升20％～40％，本实施例的侧梁的抗压性能提升20％～40％。使本实施例的桁架在海洋工程、桥梁工程等对结构重量有苛刻要求的领域有着光明的应用前景。

实施例6

在实施例1的基础上，如图12和13所示，第三纤维增强材料层24的外表面还包覆有第四纤维增强材料层25。第四纤维增强材料层25由第四纤维增强材料线或第四纤维增强材料带沿支撑体的圆周方向和轴向缠绕第三纤维增强材料层24后加热固化形成。第四纤维增强材料层25覆盖第一耳片22和支撑体21的连接部位。

第四纤维增强材料层25为第四纤维增强树脂层。第四纤维增强树脂层包括第四纤维和第四树脂。第四纤维和第三纤维相同或不相。第四纤维选自玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、硼纤维、石棉纤维、芳纶纤维、奥纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、维尼纶纤维、聚丙烯纤维、聚酰亚胺纤维、棉纤维和剑麻中的一种或任意几种。第四树脂和第三树脂相同或不同。第四树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、苯并噁嗪树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂中的一种或任意几种。

本实施例的侧梁2，通过第三纤维增强材料线或第三纤维增强材料带缠绕第一耳片22和支撑体21，将第一耳片22和支撑体21包裹在一起，提高了第一耳片22与支撑体21之间的结合力。更重要的是，第三纤维增强材料线或第三纤维增强材料带沿支撑体21的轴向缠绕，使侧梁2较全金属杆件的抗拉伸性能大大提高。第四纤维增强材料线或第四纤维增强材料带沿支撑体21的圆周方向和轴向缠绕，使侧梁2较全金属杆件的抗压性能大大提高。且与全金属杆件相比，在达到相同的各项力学指标的情况下，本实施例的侧梁2具有明显的重量优势、体积优势和更高的安全系数，可减轻30％的重量。与全金属杆件相比，重量相等长度相同的情况下，本实施例的主梁的抗拉伸性能、抗压性能及抗冲击性能均提升20％～40％，本实施例的侧梁的抗拉伸性能和抗压性能均提升20％～40％。使本实施例的桁架在海洋工程、桥梁工程等对结构重量有苛刻要求的领域有着光明的应用前景。

实施例7

与实施例6不同，本实施例中的第三纤维增强材料层24由第三纤维增强材料线或第三纤维增强材料带沿支撑体21的圆周方向和轴向缠绕支撑体21和第一耳片22后加热固化形成。第三纤维增强材料层24覆盖第一耳片22和支撑体21的连接部位。包覆在第三纤维增强材料层24外的第四纤维增强材料层由第四纤维增强材料线或第四纤维增强材料带沿支撑体21的轴向缠绕后加热固化形成。第四纤维增强材料线或第四纤维增强材料带沿轴向缠绕第一耳片22时，容置于第一沟槽223内，通过第一沟槽223限制第四纤维增强材料或第四纤维增强带，确保第四纤维增强线或第四纤维增强带稳固地缠绕在第一耳片22和支撑体21上，避免第四纤维增强线或第四纤维增强带从第一耳片22或支撑体21上滑落。

本实施例的侧梁2，通过第三纤维增强材料线或第三纤维增强材料带缠绕第一耳片22和支撑体21，将第一耳片22和支撑体21包裹在一起，提高了第一耳片22与支撑体21之间的结合力。更重要的是，第三纤维增强材料线或第三纤维增强材料带沿支撑体21的圆周方向和轴向缠绕，使侧梁2较全金属杆件的抗压性能大大提高。第四纤维增强材料线或第四纤维增强材料带沿支撑体21的轴向缠绕，使侧梁2较全金属杆件的抗拉伸性能大大提高。且与全金属杆件相比，在达到相同的各项力学指标的情况下，本实施例的侧梁2具有明显的重量优势、体积优势和更高的安全系数，可减轻30％的重量。与全金属杆件相比，重量相等长度相同的情况下，本实施例的主梁的抗拉伸性能、抗压性能及抗冲击性能均提升20％～40％，本实施例的侧梁的抗拉伸性能和抗压性能均提升20％～40％。使本实施例的桁架在海洋工程、桥梁工程等对结构重量有苛刻要求的领域有着光明的应用前景。

实施例8

与实施例6不同，如图14和15所示，本实施例的支撑体21的两端分别设有两个第一耳片22。位于支撑体21同一端的两个第一耳片22间隔设置。通过支撑体21同一端的两个第一耳片22之间的间隙224与主梁1上的第二耳片31的单片30相适应。第二耳片31的一个单片30***间隙224内，第一耳片22***第二耳片31上的第二沟槽32内，并将螺栓依次贯穿第一耳片22和第二耳片31，从而将侧梁2安装在主梁1上。

实施例9

与实施例1不同，如图16-18所示，本实施例的侧梁2包括支撑体21。如图所示的优选示例中，支撑体21呈圆柱体，由泡沫材料制得。支撑体21的两端分别设有一个第一耳片22。第一耳片22既可以由金属材料制得，也可以由复合材料制得。复合材料可选用金属基复合材料、陶瓷基复合材料和高分子基复合材料等。本实施例优选，第一耳片22为金属材料制成。第一耳片22呈片状，并设有第二通孔221。

第一耳片22还设有第一沟槽223，第一沟槽223将第一耳片22分割为两个单片220。每个单片220上均设有一个第二通孔221。主梁1上的第二耳片31的一个单片30***第一沟槽223内，并将螺栓依次贯穿第一耳片22和第二耳片31，从而实现侧梁2与主梁1的连接。

如图17所示，第一耳片22的一端设有与支撑体21相适应的柱体225。柱体225上设有多个第二凸块226。多个第二凸块226沿圆周方向分布。第一耳片22上的柱体225抵靠支撑体21，第三纤维增强材料线或第三纤维增强材料带沿支撑体21的轴向缠绕、并依次绕过抵靠在支撑体21两端的第一耳片22的第二凸块226，将抵靠在支撑体21两端的第一耳片22与支撑体21连接，并在支撑体21的外表面形成第三纤维增强材料层24。

如图16和18所示，第三纤维增强材料层24的外表面还包覆有第四纤维增强材料层25。第四纤维增强材料层25由第四纤维增强材料线或第四纤维增强材料带沿支撑体的圆周方向和轴向缠绕第三纤维增强材料层24后加热固化形成。第四纤维增强材料层25覆盖第一耳片22和支撑体21的接触部位。

第三纤维增强材料层24为第三纤维增强树脂层。第四纤维增强材料层25为第四纤维增强树脂层。第三纤维增强树脂层包括第三纤维和第三树脂。第四纤维增强树脂层包括第四纤维和第四树脂。第三纤维和第四纤维相同或不同。第三纤维和第四纤维选自玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、硼纤维、石棉纤维、芳纶纤维、奥纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、维尼纶纤维、聚丙烯纤维、聚酰亚胺纤维、棉纤维和剑麻中的一种或任意几种。第三树脂和第四树脂相同或不同。第三树脂和第四树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、苯并噁嗪树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂中的一种或任意几种。

本实施例的复合材料杆件，通过第三纤维增强材料线或第三纤维增强材料带缠绕第一耳片22和支撑体21，将第一耳片22和支撑体21包裹在一起，提高了第一耳片22与支撑体21之间的结合力。更重要的是，第三纤维增强材料线或第三纤维增强材料带沿支撑体21的轴向缠绕，使侧梁2较全金属杆件的抗拉伸性能大大提高。第四纤维增强材料线或第四纤维增强材料带沿支撑体21的圆周方向和轴向缠绕，使侧梁2较全金属杆件的抗压性能大大提高。且与全金属杆件相比，在达到相同的各项力学指标的情况下，本实施例的侧梁2具有明显的重量优势、体积优势和更高的安全系数，可减轻30％的重量。与全金属杆件相比，重量相等长度相同的情况下，本实施例的主梁的抗拉伸性能、抗压性能及抗冲击性能均提升20％～40％，本实施例的侧梁的抗拉伸性能和抗压性能均提升20％～40％。使本实施例的桁架在海洋工程、桥梁工程等对结构重量有苛刻要求的领域有着光明的应用前景。

实施例10

与实施例9不同，如图19所示，本实施例中的第一耳片22上的柱体225的外面上设有第一波段227，不设有第二凸块226。第三纤维增强材料线或第三纤维增强材料带沿支撑体21的圆周方向和轴向缠绕耳片22上的柱体225和支撑体21后加热固化，形成第三纤维增强材料层24。第三纤维增强材料层24与柱体225外表面上的第一波段227机械咬合。从而将支撑体21两端的耳片22与支撑体21连接。第三纤维材料层24的外表面还包裹有第四纤维增强材料层25。第四纤维材料层25由第四纤维增强材料线或第四纤维增强材料带沿支撑体21的圆周方向和轴向缠绕第一纤维增强材料层25后加热固化形成。

第三纤维增强材料层24为第三纤维增强树脂层。第四纤维增强材料层25为第四纤维增强树脂层。第三纤维增强树脂层包括第三纤维和第三树脂。第四纤维增强树脂层包括第四纤维和第四树脂。第三纤维和第四纤维相同或不同。第三纤维和第四纤维选自玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、硼纤维、石棉纤维、芳纶纤维、奥纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、维尼纶纤维、聚丙烯纤维、聚酰亚胺纤维、棉纤维和剑麻中的一种或任意几种。第三树脂和第四树脂相同或不同。第三树脂和第四树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、苯并噁嗪树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂中的一种或任意几种。本实施例的优选方案，第三纤维为碳纤维，第四纤维为玻璃纤维。

本实施例的侧梁，通过第三纤维增强材料线或第三碳纤维增强材料带缠绕耳片22和支撑体21，将第一耳片22和支撑体21包裹在一起，提高了第一耳片22与支撑体21之间的结合力。更重要的是，第三纤维增强材料线或第三纤维增强材料带沿支撑体21的圆周方向和轴向缠绕，使侧梁较全金属杆件的抗压性能大大提高。第四纤维增强材料线或第四纤维增强材料带沿支撑体21的圆周方向和轴向缠绕在第三纤维增强材料层外，进一步提高侧梁的抗压性能大大提高，同时第四纤维选用玻璃纤维，可增强侧梁的耐腐蚀性能，起到保护作用，延长侧梁的使用寿命，扩大桁架的应用范围。且与全金属杆件相比，在达到相同的各项力学指标的情况下，本实施例的侧梁具有明显的重量优势、体积优势和更高的安全系数，可减轻30％的重量。与全金属杆件相比，重量相等长度相同的情况下，本实施例的主梁的抗拉伸性能、抗压性能及抗冲击性能均提升20％～40％，本实施例的侧梁的抗拉伸性能和抗压性能均提升20％～40％。这也意味着本实施例的侧梁将在航空航天、重型机械、汽车等领域有着光明的应用前景。

实施例11

与实施例1不同，如图20-22所示，本实施例的侧梁2包括支撑体21。如图所示的优选示例中，支撑体21呈长条状，由泡沫材料制得。侧梁2还包括两个连杆26。连杆26的两端分别设有一个第一耳片22。第一耳片22呈片状，设有第二通孔221。第二通孔221内设有第一衬套222。第一衬套222可以选用金属衬套，也可以选用非金属衬套。第一耳片22与连杆26一体设置，第一耳片22和连杆26由金属材料制得，或由第五纤维增强材料线或第五纤维增强材料带缠绕后加热固化制得，或采用树脂传递模塑成型工艺形成。本实施例优选，第一耳片22和连杆26由第五纤维增强材料线或第五纤维增强材料带缠绕后加热固化形成。

支撑体21上设有两个沿轴向延伸的凹槽211。凹槽211与连杆26相适应。连杆26沿图21中箭头方向嵌入凹槽211内，使第一耳片22伸出凹槽211并设置于支撑体21的端部。位于支撑体21同一端的两个第一耳片22间隔设置。通过支撑体21同一端的两个第一耳片22之间的间隙224与主梁1上的第二耳片31的单片30相适应。第二耳片31的一个单片30***间隙224内，第一耳片22***第二耳片31上的第二沟槽32内，并将螺栓依次贯穿第一耳片22和第二耳片31，从而将侧梁2安装在主梁1上。第二通孔221内的第一衬套222可避免耳片磨损。第一衬套222磨损后，较第一耳片22更换方便。

如图20和22所示，支撑体21的外表面包覆有第三纤维增强材料层24。第三纤维增强材料层24由第三纤维增强材料线或第三纤维增强材料带沿支撑体21的圆周方向和轴向缠绕支撑体21、连杆26和第一耳片22后加热固化形成。用于形成连杆26和第一耳片22的第五纤维增强材料线或第五纤维增强材料带的缠绕方向沿支撑体21的轴向。

第三纤维增强材料层24的外表面还可包覆一层第四纤维增强材料层25(如图23所示)。第四纤维材料层25由第四纤维增强材料线或第四纤维增强材料带沿支撑体21的轴向缠绕第三纤维增强材料层24的外表面后加热固化形成。

第三纤维增强材料层24为第三纤维增强树脂层。第三纤维增强材料层包括第三纤维和第三纤维。第四纤维增强材料为第四纤维增强树脂。第四纤维增强树脂包括第四纤维和第四树脂。第五纤维增强材料为第五纤维增强树脂。第五纤维增强树脂包括第五纤维和第五树脂。第三纤维、第四纤维和第五纤维相同或不同。第三纤维、第四纤维和第五纤维选自玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、硼纤维、石棉纤维、芳纶纤维、奥纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、维尼纶纤维、聚丙烯纤维、聚酰亚胺纤维、棉纤维和剑麻中的一种或任意几种。第三树脂、第四树脂和第五树脂相同或不同。第三树脂、第四树脂和第五树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、苯并噁嗪树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂中的一种或任意几种。本实施例的优选方案，第三纤维为碳纤维，第四纤维为玻璃纤维。

本实施例的侧梁，第一耳片22与连杆26一体设置，由第五纤维增强材料线或第五纤维增强材料带缠绕后加热固化形成，且第五纤维增强材料线或第五纤维增强材料带的缠绕方向沿支撑体21的轴向，使侧梁2较全金属杆件的抗拉伸性能大大提高。第三纤维增强材料线或第三纤维增强材料带沿支撑体21的圆周方向和轴向缠绕，将耳片、连杆和支撑体包裹在一起，使侧梁2较全金属杆件的抗压性能大大提高。第四纤维增强材料线或第四纤维增强材料带沿支撑体1的圆周方向和轴向缠绕在第一纤维增强材料层外，进一步提高侧梁的抗压性能大大提高，同时第四纤维选用玻璃纤维，可增强侧梁的耐腐蚀性能，起到保护作用，延长侧梁的使用寿命，扩大桁架的应用范围。且与全金属杆件相比，在达到相同的各项力学指标的情况下，本实施例的侧梁2具有明显的重量优势、体积优势和更高的安全系数，可减轻30％的重量。与全金属杆件相比，重量相等长度相同的情况下，本实施例的主梁的抗拉伸性能、抗压性能及抗冲击性能均提升20％～40％，本实施例的侧梁的抗拉伸性能和抗压性能均提升20％～40％。使本实施例的桁架在海洋工程、桥梁工程等对结构重量有苛刻要求的领域有着光明的应用前景。

本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。

Claims (25)

1.桁架，其特征在于，包括至少一根主梁和至少一根侧梁；所述侧梁的至少一端与其中一根主梁连接。

2.根据权利要求1所述的桁架，其特征在于，所述主梁包括至少一个第一复合材料杆件；所述第一复合材料杆件包括金属柱体；所述金属柱体外表面包覆有第一纤维增强塑料层；所述金属柱体外表面设置有绝缘涂层；所述绝缘涂层设置于所述金属柱体外表面与所述第一纤维增强塑料层之间。

3.根据权利要求2所述的桁架，其特征在于，所述第一纤维增强塑料层为一根或多根第一纤维增强塑料线或第一纤维增强塑料带缠绕于所述金属柱体外表面形成；所述多根第一纤维增强塑料线或第一纤维增强塑料带依次缠绕于所述金属柱体外表面。

4.根据权利要求2所述的桁架，其特征在于，所述第一纤维增强塑料层外表面还设置有第二纤维增强塑料层；所述第二纤维增强塑料层为第二纤维增强塑料线或第二纤维增强塑料带依次缠绕于所述第一纤维增强塑料层外表面形成。

5.根据权利要求4所述的桁架，其特征在于，所述第一纤维增强塑料层为碳纤维增强塑料层；所述第二纤维增强塑料层为玻璃纤维增强塑料层或晶须增强塑料层。

6.根据权利要求2所述的桁架，其特征在于，所述金属柱体外表面为波浪形。

7.根据权利要求2所述的桁架，其特征在于，所述第一复合材料杆件的端部设有法兰；所述第一复合材料杆件通过所述法兰与另一个所述第一复合材料杆件连接。

8.根据权利要求7所述的桁架，其特征在于，所述法兰的外表面为波浪形；所述第一纤维增强塑料层覆盖所述法兰呈波浪形的外表面，与所述法兰呈波浪形的外表面机械咬合。

9.根据权利要求7所述的桁架，其特征在于，所述第一复合材料杆件的两端均设有所述法兰；所述法兰的外表面设有多个沿圆周方向分布的第一凸块；第一纤维增强塑料线或第一纤维增强塑料带沿所述金属柱体轴向缠绕、并依次绕过所述金属柱体两端法兰上的第一凸块，将所述金属柱体两端的法兰与所述金属柱体连接，并形成所述第一纤维增强塑料层。

10.根据权利要求1所述的桁架，其特征在于，所述侧梁包括支撑体；所述支撑体的两端分别设有至少一个第一耳片；所述支撑体的外表面包覆有第三纤维增强材料层。

11.根据权利要求10所述的桁架，其特征在于，所述第一耳片抵靠在所述支撑体上；第三纤维增强材料线或第三纤维增强材料带沿所述支撑体的轴向缠绕所述支撑体和所述第一耳片后加热固化形成所述第三纤维增强材料层，并将所述第一耳片和所述支撑体连接。

12.根据权利要求11所述的桁架，其特征在于，所述第三纤维增强材料层的外表面还包覆有第四纤维增强材料层；第四纤维增强材料线或第四纤维增强材料带沿所述支撑体的圆周方向和轴向缠绕所述第三纤维增强材料层后加热固化形成所述第四纤维增强材料层。

13.根据权利要求10所述的桁架，其特征在于，所述第一耳片抵靠在所述支撑体上；第三纤维增强材料线或第三纤维增强材料带沿所述支撑体的圆周方向和轴向缠绕所述支撑体和所述第一耳片后加热固化形成所述第三纤维增强材料层，并将所述第一耳片和所述支撑体连接。

14.根据权利要求13所述的桁架，其特征在于，所述第三纤维增强材料层的外表面还包覆有第四纤维增强材料层；所述第四纤维增强材料层由第四纤维增强材料线或第四纤维增强材料带沿所述支撑体的轴向缠绕所述第三纤维增强材料层后加热固化形成。

15.根据权利要求11或14所述的桁架，其特征在于，所述第一耳片设有第一沟槽；所述第三纤维增强材料线或所述第三纤维增强材料带沿轴向缠绕所述第一耳片时，容置于所述第一沟槽内；或者所述第四纤维增强材料线或所述第四纤维增强材料带沿轴向缠绕所述第一耳片时，容置于所述第一沟槽内。

16.根据权利要求11或14所述的桁架，其特征在于，所述第一耳片上设有多个沿圆周方向分布的第二凸块；所述第三纤维增强材料线或所述第三纤维增强材料带沿轴向缠绕、并依次绕过所述支撑体两端第一耳片上的第二凸块，将所述支撑体两端的第一耳片与所述支撑体连接；或者所述第四纤维增强材料线或所述第四纤维增强材料带沿轴向缠绕、并依次绕过所述支撑体两端第一耳片上的第二凸块，将所述支撑体两端的第一耳片与所述支撑体连接。

17.根据权利要求11或13所述的桁架，其特征在于，所述第一耳片的外表面为波浪形；所述第三纤维增强材料线或所述第三纤维增强材料带缠绕所述第一耳片时，与所述第一耳片上呈波浪形的外表面机械咬合。

18.根据权利要求10所述的桁架，其特征在于，所述侧梁还包括第一连接件；所述第一连接件包括相配合的第一凸块和第一插槽；所述第一凸块设置在所述第一耳片和所述支撑体其中之一上，所述第一插槽设置在所述第一耳片和所述支撑体中的另一个上；所述第一凸块可插拔地插置于所述第一插槽内，将所述第一耳片安装在所述支撑体的端部。

19.根据权利要求10所述的桁架，其特征在于，所述侧梁还包括连杆；所述连杆的两端分别设有一个所述第一耳片；所述支撑体上设有沿轴向延伸的凹槽；所述凹槽与所述连杆相适应；所述连杆嵌入所述凹槽内，使所述第一耳片伸出所述凹槽设置于所述支撑体的端部。

20.根据权利要求19所述的桁架，其特征在于，所述连杆的个数为两个；所述支撑体上设有两个所述凹槽；每个所述连杆嵌入一个所述凹槽内；设置于所述支撑体同一端的两个耳片间隔设置。

21.根据权利要求19所述的桁架，其特征在于，所述第一耳片与所述连杆一体设置；所述第一耳片和所述连杆由金属材料制得，或由第五纤维增强材料缠绕后加热固化制得，或采用树脂传递模塑成型工艺形成。

22.根据权利要求10、11、12、13、14、21中任一项所述的桁架，其特征在于，所述第三纤维增强材料层为第三纤维增强树脂层；所述第四纤维增强材料层为第四纤维增强树脂层；所述第五纤维增强材料层为第五纤维增强树脂层；所述第三纤维增强树脂层包括第三纤维和第三树脂；所述第四纤维增强树脂层包括第四纤维和第四树脂；所述第五纤维增强树脂层包括第五纤维和第五树脂；所述第三纤维、所述第四纤维与所述第五纤维相同或不相；所述第三纤维、所述第四纤维或所述第五纤维选自玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、硼纤维、石棉纤维、芳纶纤维、奥纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、维尼纶纤维、聚丙烯纤维、聚酰亚胺纤维、棉纤维和剑麻中的一种或任意几种；所述第一树脂、所述第二树脂或所述第三树脂相同或不同；所述第三树脂、所述第四树脂或所述第五树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、苯并噁嗪树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂中的一种或任意几种。

23.根据权利要求10所述的桁架，其特征在于，所述主梁上设有与所述第一耳片相适应的第二耳片；螺栓或螺钉依次贯穿所述第一耳片和所述第二耳片，将所述侧梁安装在所述主梁上。

24.根据权利要求23所述的桁架，其特征在于，还包括套筒，所述套筒的外表面上设有至少一个所述第二耳片；所述套筒套设在所述主梁的外表面上；所述主梁设有沿轴向延伸的第一通孔；所述第一通孔内设有第二衬套；螺栓或螺钉依次贯穿所述套筒、所述主梁的孔壁和所述第二衬套，将所述套筒锁紧在所述主梁上；所述套筒包括至少两个弧形板；所述弧形板的两侧设有沿径向向外延伸的翻边；螺栓或螺钉依次贯穿相邻的两个弧形板上的翻边，将相邻的两个弧形板连接。

25.根据权利要求23所述的桁架，其特征在于，所述主梁为长方体；所述第二耳片设置在一平板上；螺栓或螺钉依次贯穿所述平板和所述主梁，将所述第二耳片安装在所述主梁上。