一种预应力增强膜结构体及组合式预应力增强膜结构体制造技术

本发明专利技术公开了一种预应力增强膜结构体及组合式预应力增强膜结构体，包括囊体、柔性增强骨架和环形刚性构件；囊体的内容物为流体；环形刚性构件分别设于囊体对应的端部的外周；柔性增强骨架设于囊体的外部；柔性增强骨架包含柔性索时，柔性索沿囊体的素线或导线方向布置，或者交错缠绕在囊体外周，或两者混合布置；沿囊体的素线布置的柔性索与交错缠绕在囊体外周的柔性索的交点使用能够传力的节点连接，并且囊体充满流体后的轮廓尺寸比柔性索构成的柔性增强骨架的轮廓尺寸大；柔性增强骨架包含柔性纤维布时，纤维布完全包裹住囊体。本发明专利技术具有轻质、便携，安装、拆卸方便的特点，同时承载能力和刚度高，耐冲击强度大。

A prestressed reinforced membrane structure and a combined prestressed reinforced membrane structure

【技术实现步骤摘要】
一种预应力增强膜结构体及组合式预应力增强膜结构体
本专利技术涉及一种用于承重的长条形结构构件，具体涉及一种预应力增强膜结构体及组合式预应力增强膜结构体。
技术介绍
在结构工程中，长条形的结构构件主要由混凝土、钢、木等材料及其组合制成。其中，梁构件在荷载作用下会产生受压区和受拉区，为充分利用材料的特性并减轻自重，可采用钢筋混凝土梁以及钢-混凝土组合梁及木-混凝土梁；为进一步减轻自重并节约材料，可采用T形梁、箱梁等截面形式，也可选用腹板开孔的梁。但随着跨度的增加，结构的自重产生的荷载效应随之显著增加，因此，以上结构形式不适于大跨度梁。大跨度结构可采用桁架、预应力张弦梁等结构形式。以上的结构构件运用的材料各异，零件组合方式也各不相同，但受压区材料均采用固体材料。采用混凝土作为受压区材料使得结构自重较大，跨度受到限制；而钢梁、桁架等结构形式采用钢材作为受压区材料或压杆，钢材和钢压杆存在受压失稳的问题，材料强度不能充分利用。且受压材料无法使用如预应力钢材类似的轻质高强的材料，使结构整体的质荷比不高。为了解决上述问题，2002年，瑞士Airlight公司和EMPA组合结构研究中心的科技人员提出了一种充气组合梁——气撑式张弦梁，并应用在了实际工程中。在此梁中，上翼缘为金属压杆，索按照梁的主应力迹线布置作为下翼缘，低压气囊作为梁的腹杆。该结构使用低压气囊代替腹杆，但仍然在上翼缘设置了压杆。且其气囊内压为低压，也限制了其承载力的提高。李玉刚等专利技术了刚壁气承轴心受压杆件和偏心受压杆件，使用空气作为受压材料，利用刚性管约束气体，但该系列专利技术仅限于轴压杆件和偏压杆件，不能应用于更为普遍的构件的受力情形，且其刚性管部分的材料也难以应用预应力钢材等高强度材料。为提高工程结构中梁的比强度，充分利用高强度材料，有必要专利技术一种新形式的构件，该形式的构件的受压区使用较高比强度的材料，并充分利用材料的受拉强度，从而达到提高工程结构中梁的比强度的目的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种预应力增强膜结构体及组合式预应力增强膜结构体，预应力增强膜结构体中采用流体作为受压材料，并通过向囊体填充流体并加压的方式建立预应力，具有轻质、便携，安装、拆卸方便的特点，同时承载能力和刚度高，耐冲击强度大。本专利技术是这样实现的：一种预应力增强膜结构体，包括能够在充满流体后保持固定形状的囊体、用于在所述囊体膨胀的过程中建立预应力的柔性增强骨架和用于承受环向力的环形刚性构件；所述囊体的内容物为流体；所述环形刚性构件分别设于所述囊体对应的端部的外周以使所述受力孔承受所述囊体的环向力；所述柔性增强骨架设于所述囊体的外部；所述柔性增强骨架主要由若干柔性索、柔性纤维布或二者的组合构成；所述柔性增强骨架包含柔性索时，所述柔性索沿所述囊体的素线或导线方向布置，或者交错缠绕在囊体外周，或两者混合布置；沿囊体的素线布置的柔性索与交错缠绕在囊体外周的柔性索的交点使用能够传力的节点连接，并且所述囊体充满流体后的轮廓尺寸比所述柔性索构成的柔性增强骨架的轮廓尺寸大；所述柔性增强骨架包含柔性纤维布时，纤维布完全包裹住囊体。进一步地，所述囊体的尺寸从中部向两端逐渐变小或变大；所述柔性增强骨架主要由若干柔性索构成时，一部分柔性索交错缠绕在囊体外周，另一部分柔性索沿囊体的素线布置，两部分柔性索相交处使用能够传力的节点连接，交错缠绕的柔性索与所述囊体的素线的夹角从所述囊体的中部向两端逐步变小或变大。进一步地，所述囊体为中部为圆柱形、两端为半球状的筒状的囊体；所述柔性增强骨架包含若干柔性索构成时，一部分柔性索采用螺旋交错布置，另一部分柔性索沿素线布置；两部分柔性索相交处采用能够传力的节点；所述柔性增强骨架主要由若干柔性纤维布构成时，所述柔性纤维布的布置方式与柔性索相同，两部分柔性纤维布相交处用粘结剂固连。进一步地，所述囊体为曲率变化的弯曲状、多边形状、圆环状或半圆环状的囊体；所述柔性增强骨架主要由若干柔性索构成时，一部分柔性索采用螺旋交错布置，另一部分柔性索沿囊体的素线布置，两部分柔性索相交处采用能够传力的节点；所述柔性增强骨架主要由若干柔性纤维布构成时，所述柔性纤维布的布置方式与柔性索相同，两部分柔性纤维布相交处用粘结剂固连。进一步地，能够传力的节点为在相互缠绕的柔性索之间所形成的交点处设有带弧面的构造物，从而实现柔性索在该处的变向.进一步地，所述柔性增强骨架主要由柔性索构成时，在所述囊体的端部位置的柔性索缠绕在端部刚性构件上。进一步地，在所述囊体的内部和/或外部还设有用于贴合囊体以建立预应力的管状刚性构件，位于囊体内部的管状刚性构件与囊体的内壁贴合，位于囊体外的管状刚性构件与囊体的外壁贴合外部，所述柔性增强骨架布置于最外侧，并通过对所述囊体加压建立所述柔性增强骨架的预拉应力及所述管状刚性构件的预压应力。进一步地，沿所述囊体的纵向布置一个或多个连接件以分别构成悬臂、简支或多跨连续的结构形式。进一步地，在预应力增强膜结构体的外部加套一层膜材，并对柔性增强骨架进行防护处理。本专利技术还提供了一种组合式预应力增强膜结构体，包括若干个能够在充满流体后保持固定形状的囊体、用于在所述囊体膨胀的过程中建立预应力的柔性增强骨架和用于承受环向力的环形刚性构件；所有囊体依次紧靠排布并用柔性增强骨架连接为整体，所述环形刚性构件分别设于所述囊体对应的端部的外周以使所述环形刚性构件内侧承受所述囊体的环向力；所述柔性增强骨架设于所述囊体的外部；所述柔性增强骨架主要由若干柔性索、柔性纤维布或二者的组合构成；所述柔性增强骨架主要由若干柔性索构成时，所述柔性索沿所述囊体的素线或导线方向布置，或者交错缠绕在各囊体之间，或两者混合布置，从而使所有囊体连接成整体；沿囊体的素线布置的柔性索与交错缠绕在囊体外周的柔性索的交点使用能够传力的节点连接；所述柔性增强骨架包含若干柔性索时，所述囊体充满流体后的轮廓尺寸比其外柔性索构成的柔性增强骨架的轮廓尺寸大；所述柔性增强骨架包含柔性纤维布时，纤维布完全包裹住囊体。本专利技术还提供了一种组合式预应力增强膜结构体，包括多个如上述的预应力增强膜结构体，所有预应力增强膜结构体依次排布设置；所述囊体为多边形状或圆环状的囊体；所述的预应力增强膜结构体间通过环向骨架以缠绕或编织的方式连接成预应力增强膜结构组；所述环向骨架主要由若干柔性索、柔性纤维布或两者的组合构成；在所述环向骨架外布置环状膜材；所述柔环向骨架包含柔性索时，所述柔性索沿所述环状膜材的素线或导线方向布置，或者交错缠绕在预应力增强膜结构体之间，或两者混合布置；所述环向骨架包含柔性纤维布时，纤维布完全包裹住囊体。本专利技术还提供了一种组合式预应力增强膜结构体，包括多个如上述的预应力增强膜结构体，相邻两个预应力增强膜结构体的囊体的端部或中部通过连接件和/或柔性增强骨架固定连接。进一步地，所述的预应力增强膜结构体间通过环向骨架以缠绕或编织的方式连接成预应力增强膜结构组；所述环向骨架主要由若干柔性索、柔性纤维布或两者的组合构成；在所述环向骨架外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预应力增强膜结构体，其特征在于：包括能够在充满流体后保持固定形状的囊体（1）、用于在所述囊体（1）膨胀的过程中建立预应力的柔性增强骨架（2）和用于承受环向力的环形刚性构件（3）；所述囊体（1）的内容物为流体；所述环形刚性构件（3）分别设于所述囊体（1）对应的端部的外周以使所述受力孔（3.1）承受所述囊体（1）的环向力；所述柔性增强骨架（2）设于所述囊体（1）的外部；所述柔性增强骨架（2）主要由若干柔性索（2.1）、柔性纤维布（2.2）或二者的组合构成；所述柔性增强骨架（2）包含柔性索（2.1）时，所述柔性索（2.1）沿所述囊体（1）的素线或导线方向布置，或者交错缠绕在囊体外周，或两者混合布置；沿囊体的素线布置的柔性索（2.1）与交错缠绕在囊体外周的柔性索的交点使用能够传力的节点连接，并且所述囊体（1）充满流体后的轮廓尺寸比所述柔性索（2.1）构成的柔性增强骨架（2）的轮廓尺寸大；所述柔性增强骨架（2）包含柔性纤维布（2.2）时，纤维布完全包裹住囊体。/n

【技术特征摘要】
1.一种预应力增强膜结构体，其特征在于：包括能够在充满流体后保持固定形状的囊体（1）、用于在所述囊体（1）膨胀的过程中建立预应力的柔性增强骨架（2）和用于承受环向力的环形刚性构件（3）；所述囊体（1）的内容物为流体；所述环形刚性构件（3）分别设于所述囊体（1）对应的端部的外周以使所述受力孔（3.1）承受所述囊体（1）的环向力；所述柔性增强骨架（2）设于所述囊体（1）的外部；所述柔性增强骨架（2）主要由若干柔性索（2.1）、柔性纤维布（2.2）或二者的组合构成；所述柔性增强骨架（2）包含柔性索（2.1）时，所述柔性索（2.1）沿所述囊体（1）的素线或导线方向布置，或者交错缠绕在囊体外周，或两者混合布置；沿囊体的素线布置的柔性索（2.1）与交错缠绕在囊体外周的柔性索的交点使用能够传力的节点连接，并且所述囊体（1）充满流体后的轮廓尺寸比所述柔性索（2.1）构成的柔性增强骨架（2）的轮廓尺寸大；所述柔性增强骨架（2）包含柔性纤维布（2.2）时，纤维布完全包裹住囊体。


2.根据权利要求1所述的预应力增强膜结构体，其特征在于：所述囊体（1）的尺寸从中部向两端逐渐变小或变大；所述柔性增强骨架（2）主要由若干柔性索（2.1）构成时，一部分柔性索交错缠绕在囊体外周，另一部分柔性索沿囊体的素线布置，两部分柔性索相交处使用能够传力的节点连接，交错缠绕的柔性索与所述囊体的素线的夹角从所述囊体的中部向两端逐步变小或变大。


3.根据权利要求1所述的预应力增强膜结构体，其特征在于：所述囊体（1）为中部为圆柱形、两端为半球状的筒状的囊体；所述柔性增强骨架（2）包含若干柔性索（2.1）构成时，一部分柔性索采用螺旋交错布置，另一部分柔性索沿素线布置；两部分柔性索相交处采用能够传力的节点；所述柔性增强骨架（2）主要由若干柔性纤维布（2.2）构成时，所述柔性纤维布的布置方式与柔性索相同，两部分柔性纤维布相交处用粘结剂固连。


4.根据权利要求1所述的预应力增强膜结构体，其特征在于：所述囊体（1）为曲率变化的弯曲状、多边形状、圆环状或半圆环状的囊体；所述柔性增强骨架（2）主要由若干柔性索（2.1）构成时，一部分柔性索（2.1）采用螺旋交错布置，另一部分柔性索（2.1）沿囊体（1）的素线布置，两部分柔性索（2.1）相交处采用能够传力的节点；所述柔性增强骨架（2）主要由若干柔性纤维布（2.2）构成时，所述柔性纤维布的布置方式与柔性索相同，两部分柔性纤维布相交处用粘结剂固连。


5.根据权利要求1至4任一所述的预应力增强膜结构体，其特征在于：能够传力的节点为在相互缠绕的柔性索之间所形成的交点处设有带弧面的构造物，从而实现柔性索在该处的变向。


6.根据权利要求1所述的预应力增强膜结构体，其特征在于：所述柔性增强骨架（2）主要由柔性索（2.1）构成时，在所述囊体（1）的端部位置的柔性索缠绕在端部刚性构件上。


7.根据权利要求1所述的预应力增强膜结构体，其特征在于：在预应力增强膜结构体的外部加套一层膜材，并对柔性增强骨架进行防护处理。


8.根据权利要求1所述的预应力增强膜结构体，其特征在于：在所述囊体的...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓亮，
申请(专利权)人：邓亮，
类型：发明
国别省市：湖南;43