等代桁架结构 技术领域 本发明一般涉及牢固且重量轻的三维构件。更具体来说，本发明涉及具有多个围绕一轴线缠绕的螺旋件，每个螺旋件具有在螺旋构造中端部对端部连接的直段。
背景技术 在民用、机械、航空及运动领域中对有效结构的追求是持久不断的探索。有效的桁架结构是一种具有高的强度-重量比和/或高的刚度-重量比的结构。有效的桁架结构也可以描述为相对较低成本、易于制造及组装及不浪费材料的结构。
桁架一般是静止的、完全受约束的用于支承载荷的结构。它们由直构件构成，这些直构件在每个构件的端部相连。这些构件是两力构件，力是沿着构件的方向的。两力构件在构件中只能产生轴向力如拉力和压力。桁架常常应用在桥梁及建筑物的结构中。桁架用于承受在桁架平面内作用的载荷。因此，桁架往往作为两维结构来处理和分析。最简单的桁架由三个构件构成，这些构件在其端部连接而形成三角形。通过在这种简单结构上相连增加两个构件和一个新的接头，可以得到较大的结构。
最简单的三维桁架由端部连接而形成四面体的六个构件构成。通过在四面体上相继增加三个构件和一个新接头，可以得到较大的结构。这种三维结构称为空间桁架。
与桁架相反，框架一般也是静止的、完全受约束的结构，但是具有至少一个多力构件，受一个不沿该构件指向的力。机器是含有运动零件的结构，用于传递和改变力。象框架那样，机器含有至少一个多力构件。多力构件不仅可以产生拉力和压力，而且也可产生剪切和弯曲。
传统的结构设计一直被限制于抵抗单一载荷型的一维或两维分析。例如工字梁被最佳化以抵抗弯曲，管子被最佳化以抵抗扭转。将设计分折限制于两维可以简化设计过程，但忽略了综合载荷。三维分析是困难的，这是由于难于概念化及计算三维载荷和结构的缘故。事实上，许多结构必须抵抗复式载荷。现在利用计算机来模拟较为复杂的结构。
发明内容 人们已经认识到研制一种具有改善的性能特征如强度、减轻重量等是更为有利的。
本发明提供一种三维结构或构件，它包括：1)至少两个间隔开来的螺旋件，以及2)至少一个连接于两个螺旋件的反向螺旋件。螺旋件和反向螺旋件具有共用的纵轴线，但是围绕轴线的角度取向相反。每个螺旋件和反向螺旋件包括连续的纤维束，螺旋件和反向螺旋件在相交部位通过重叠螺旋件的纤维而彼此相连接。
另外，每个螺旋件及反向螺旋件最好包括至少四个长的直段，这些直段在螺旋构造中端部对端部地刚性连接，形成一个围绕轴线的单一的、基本完整的转动。因此，螺旋件和反向螺旋件构成一个第一方形横截面。在一个方面中，这种结构包括四个螺旋件和四个反向螺旋件。
另外，这种等代桁架(iso-truss)结构可以包括：1)被转动的螺旋件；以及2)被转动的反向螺旋件，其类似于上述螺旋件和反向螺旋件，但相对于它们转动。因此，被转动的螺旋件和被转动的反向螺旋件构成一个相对于第一方形横截面转动的第二方形横截面。在一个方面中，这种结构包括四个被转动的螺旋件和四个被转动的反向螺旋件，总数为16个螺旋件。
各螺旋件在节点和内节点上相交、在一个方面中，旋旋件形成8个内节点和8个外节点。纵向或轴向件可平行轴线延伸，相交于内和/或外节点。在一个方面中，这种结构包括8个外节点。已经发现，这种8节点结构具有意料不到的结构或性能特征。
按照本发明的一个方面，这种结构还可以包括连接于螺旋件一端的一个端板，以便将螺旋件连接于另一物体。在一个方面中，螺旋件可由纤维线形成，纤维线可以围绕端板缠绕。端板可以包括一个周边，周边上带有多个接纳纤维线的凹部。
按照本发明的另一方面，这种结构还可包括一个安装在螺旋件和直段上的连接件，以便将其它物体安装在螺旋件和直段上。该连接件可以包括一个穿过由螺旋件形成的三角形开口的三角形横截面。
按照本发明的另一个方面，螺旋件和反向螺旋件间可形成一个大于大约60°的角。已经发现，这种角具有意料不到的结构或性能特征。
按照本发明的另一个方面，螺旋件和反向螺旋件可以在轴向上和/或侧向上是挠性的，但是，具有抗扭刚度。这种结构可以在直的第一位置和弓形的第二位置之间弯曲，在第一位置上，轴线基本是直的，在第二位置上，轴线基本呈弓形。另外，这种结构在纵向上可压缩和膨胀，在任一情形中，该结构可储存能量，因而用作一个弹性件。
按照本发明的另一个方面，这种结构可以是弓形的，螺旋件可绕一弓形轴线形成。因此，弓形结构可以形成比单一直线结构更为复杂的结构，更好地适用于特定应用场合。
按照本发明的另一个方面，每个螺旋件的各段可沿轴线相继减小长度，使构件逐渐变细。因此，这种锥形结构可形成比单一直线结构更为复杂的形状，更好地适用于特定应用场合。
按照本发明的另一个方面，这种等代桁架结构可用于固定指示牌、公用线路或灯具。这种等代桁架结构还可用作自行车框架、飞机和船舶构件等。
按照本发明用于形成等代桁架结构的方法可以包括围绕一心轴缠绕纤维以便形成两个螺旋件和一个反向螺旋件。一种基质或树脂可加在纤维上并被硬化。心轴可从结构去除。
心轴可以包括设置在其上的多个头部，以便接纳和固定纤维。心轴可以是一种自崩式或可瓦解的心轴。
现在对照下述附图，以举例方式详细描述本发明的附加特征和优点。
图1是按照本发明的等代桁架结构的立体图；
图2是图1的等代桁架结构的侧视图；
图3是图1的等代桁架结构的局部立体图，
图4是图1的等代桁架结构的端视图；
图5a-5t是图1的等代桁架结构的局部立体图，表示本发明的螺旋件；
图6是按照本发明的另一种等代桁架结构的立体图；
图7是图6的等代桁架结构的侧视图；
图8是图6的等代桁架结构的端视图；
图9a和9b的曲线图表示按照本发明的等代桁架结构的性能；
图10a是图1的等代桁架结构的端视图；
图10b是图1的等代桁架结构的侧视图；
图10c是图6的另一个等代桁架结构的端视图；
图10d是图6的另一个等代桁架结构的侧视图；
图10e是另一个等代桁架结构的端视图；
图10f是图10e的另一个等代桁架结构的侧视图；
图11a是现有技术的等代桁架结构的端视图；
图11b是图11a的等代桁架结构的侧视图；
图11c是现有技术的等代桁架结构的端视图；
图11d是图11c的等代桁架结构的侧视图；
图11e是现有技术的等代桁架结构的端视图；
图11f是图11e的等代桁架结构的侧视图；
图12a是按照本发明的端板的立体图；
图12b是图10a的端板的端视图；
图13是本发明的斜板的端视图；
图14a是另一端板的顶视图；
图14b是图14a的端板的侧剖图；
图14c是图14a的端板的局部剖视图；
图15是固定在一个等代桁架结构上的按照本发明的另一端板的侧视图；
图16是图15的端板的顶视图；
图17a是按照本发明的端部连接的立体图；
图17b是图17a与等代桁架结构的端部连接的顶视图；
图18a是按照本发明的端部连接的立体图；
图18b是图18a的与等代桁架结构的端部连接的底视图；
图19a是按照本发明的端部连接的立体图；
图19b是图19a的与等代桁架结构的端部连接的底视图；
图20a是按照本发明的与等代桁架结构的端部连接的立体图；
图20b是图20a的端部连接的侧视图；
图21a是按照本发明的与等代桁架结构的端部连接的立体图；
图21b是图21a的端部连接的顶视图；
图22a是按照本发明的端部连接的立体图；
图22b是图22a的端部连接的顶视图；
图23是按照本发明的连接的立体图；
图24a是按照本发明的连接的立体图；
图24b是图24a的安装两个等代桁架结构的连接的局部立体图；
图25a是按照本发明的另一种连接的立体图；
图26是按照本发明的安装件的立体图；
图27是带有图26的安装件的等代桁架结构的立体图；
图28a是按照本发明的带有外壳的等代桁架结构的立体图；
图28b是图28a的外壳的立体图；
图29是图26的安装件的立体图；
图30是带有安装件支承平台的等代桁架结构的立体图；
图31是带有另一种安装件结构的等代桁架结构的立体图；
图32是安装在按照本发明的等代桁架结构上的平构件的侧视图；
图33是安装在按照本发明的等代桁架结构上的平构件的立体图；
图34a是安装在按照本发明的等代桁架结构上的平构件的侧视图；
图34b是图34a的平构件的端视图；
图35是平构件在按照本发明的等代桁架结构上的安装的端视图；
图36是平构件在按照本发明的等代桁架结构上的安装的端视图；
图37a是在按照本发明的等代桁架结构上的安装的顶视图；
图37b是图37a的安装的立体图；
图38a是按照本发明的锥形等代桁架结构的侧视图；
图38b是本发明的锥形等代桁架结构的侧视图；
图39是弯曲形状的按照本发明的挠性等代桁架结构的侧视图；
图40a是按照本发明的倾斜等代桁架结构的侧视图；
图40b是按照本发明的另一种倾斜等代桁架结构的侧视图；
图41是按照本发明的弯曲等代桁架结构的侧视图；
图42是按照本发明的圆形等代桁架结构的侧视图；
图43是按照本发明的弯曲角形等代桁架结构的侧视图；
图44是按照本发明的另一种弯曲角形等代桁架结构的侧视图；
图45是按照本发明的另一种等代桁架结构的侧视图；
图46是按照本发明的编织套(braided sock)的详细的立体图；
图47是按照本发明的整体连接器的侧视图；
图48是按照本发明的另一种整体连接器的侧视图；
图49是按照本发明的另一种整体连接器的侧视图；
图50和51是按照本发明的联合连接器(union connector)的侧视图；
图52是按照本发明的肘节连接器的侧视图；
图53和54是按照本发明的T形连接器的侧视图；
图55是按照本发明的十字连接器的侧视图；
图56是按照本发明的另一种连接器的侧视图；
图57和58是按照本发明的其它安装的示意分解图；
图59是采用按照本发明的等代桁架结构的标志牌的侧视图；
图60是另一种采用按照本发明的等代桁架结构的标志牌的侧视图；
图61是另一种采用按照本发明的等代桁架结构的标志牌的侧视图；
图62和63是采用按照本发明的等代桁架结构的公用杆的侧视图；
图64是采用按照本发明的等代桁架结构的灯杆的侧视图；
图65-74是带有按照本发明的等代桁架结构的框架的自行车的侧视图；
图75是采用按照本发明的等代桁架结构的自行车框架的分解图；
图76是图78的自行车框架的立体图
图77是用于形成按照本发明的等代桁架结构的心轴的侧视图；
图78是用于形成按照本发明的等代桁架结构的心轴头部的立体图；
图79是用于形成按照本发明的等代桁架结构的自崩式心轴的立体图；
图80是采用按照本发明的等代桁架结构的支承件；
图81是采用按照本发明的等代桁架结构的篮球架的侧视图；
图82是采用按照本发明的等代桁架结构的背包的侧视图；
图83是带有采用按照本发明的等代桁架结构的桅杆或支架的船舶的立体图；
图84是采用按照本发明的等代桁架结构的桥梁的侧视图；
图85是采用按照本发明的等代桁架结构的石油平台的侧视图；
图86是采用按照本发明的等代桁架结构的石油平台的侧视图；
图87是采用于按照本发明的等代桁架结构的潜水艇的横截面图；
图88是采用按照本发明的等代桁架结构的导弹或火箭的立体图；
图89a是采用按照本发明的等代桁架结构的飞机的立体图；
图89b是图89a的飞机的横截面图；
图90是采用按照本发明的等代桁架结构的立体图；
图91是采用按照本发明的等代桁架结构的水塔的侧视图；
图92是采用按照本发明的等代桁架结构的屋顶系统的局部侧视图；
图93是采用按照本发明的等代桁架结构的皮船(kayak)的剖开的侧视图；
图94是采用按照本发明的等代桁架结构的火箭的部分剖开的侧视图；
图95是采用按照本发明的等代桁架结构的人造礁石的侧视图；
图96是采用按照本发明的等代桁架结构的驱动轴的局部侧视图；
图97是采用按照本发明的等代桁架结构的减震器的侧视图；
图98是采用按照本发明的等代桁架结构的挠性接头的侧视图；
图99是采用按照本发明的等代桁架结构的压力容器或罐的横截面图；
图100是采用按照本发明的等代桁架结构的齿轮系统的侧视图；
图101a和b是采用按照本发明的等代桁架结构的冲击阻挡物的侧视图；
图102a和b是采用按照本发明的等代桁架结构的冲击阻挡物的横截面图；
图103a-c是按照本发明的等代桁架结构的端视图。
为了便于理解本发明的原理，现在参阅附图所示的实施例，为了对其进行说明，使用特定的语言，但显然这并不是想对本发明的范围作任何限定。本专业技术人员对所述发明特征的任何改变和进一步修改，以及对所述发明原理的任何附加应用都应看作属于本发明范围以内。
改进的等代桁架结构 等代桁架结构的一些基本特征在1999年7月13日发布的美国专利第5,921,048号中描述，在本发明中用作参考。如图1-5所示，按照本发明的一种改进的等状桁架结构的总体标号为10。等代桁架结构10的推荐实施例的结构和几何形状可以用多种方式进行描述。等代桁架结构10包括多个沿结构10的纵轴线长度以重复的模式布置的元件或构件12。结构10可以被概念化和描述为多个围绕纵轴线14缠绕的螺旋件20。每个螺旋件20包括多个按照螺旋结构端部对端部连接的直段22。
在一个方面中，每个螺旋件20最好包括至少四个直段22，它们构成围绕轴线14的基本完整一转。因此，当沿轴线14看去时，四个直段22构成一个正方形，即，具有一个正方形横载面形状，如图4所示，螺旋件20可以无限延续，形成任意数目的直段22。直段22的方向与轴线14成一个角度。直段22在端部最好刚性地连接于相邻的即接续的直段。
在一个方面中，等代桁架结构10的基本结构包括1)至少两个螺旋件30和32，以及2)至少一个反向螺旋件34，都是围绕轴线14缠绕的。在另一个方面中，基本的结构10包括1)四个螺旋件30，32，36和38，以及2)四个反向螺旋件34，40，42和44。螺旋件30和32沿一个方向如顺时针方向围绕轴线14缠绕，而反向螺旋件沿相反的方向如逆时针方向围绕轴线14缠绕。螺旋件30和32及其直段22具有共同的角取向和共同的轴线14。反向螺旋件34及其直段具有与螺旋件30和32类似的螺旋结构，但具有相反的角取向。当从轴线14的端部看去时(图4)，基本的结构10看起来象正方形横载面的假想管状件。
现在参阅图5a-5v，为清楚起见，各个螺旋件是单独地加在结构10上的。在图5a中表示第一个螺旋件。直段22限定一个方管50，如虚线所示。如图5a所示，方管50包括底、顶、左、右侧面或平面。第一螺旋件30包括在左平面中的第一直段52；在顶平面中的第二直段54；在右平面中的第三直段56；及在底平面中的第四直段58。螺旋件30可以延续有更多的直段。螺旋件30的四个直段22构成围绕轴线14的一整转。现在参阅图5b-5d，这些图中分别以粗线表示第二、第三和第四螺旋直段32、36和38。
现在参阅图5e，图中以粗线表示第一反向螺旋件34。第一反向螺旋件34包括在左平面中的第一直段60；在底平面中的第二直段62；在右平面中的第三直段64；及在顶平面中的第四直段66。反向螺旋件34可以延续有更多直段。反向螺旋件34的四个直段22构成围绕轴线14的一整转。现在参阅图5f-5h，图中分别用粗线表示第二、第三和第四反向螺旋件40，42和44。
现在参阅图5i，图中突出表示全部螺旋件30，32，36和38。类似地，图5j突出表示全部反向螺旋件34、40、42和44。图5h突出表示全部在顶和右平面中的螺旋件。
现在参阅图5l，在上述等代桁架结构10的基本结构的基础上，等代桁架结构有利地包括一个增强基本结构，增设1)被转动螺旋件，以及2)反向被转动螺旋件。被转动螺旋件类似于螺旋件，但是相对于螺旋件被转动。同样，反向被转动螺旋件类似于反向螺旋件，但是相对于反向螺旋件被转动。被转动螺旋件和被转动反向螺旋件当沿轴线14看去(图4)时也构成一个正方形，该正方形相对于由螺旋件30和32反向螺旋件34构成的正方形被转动。
现在参阅图5l-5u，为了清楚起见，在结构10上单独地增加各转动螺旋件，而未画螺旋件和反向螺旋件。图5l中表示第一被转动螺旋件80。直段22限定一方管82，如虚线所示。如图5l所示，方管82包括朝前、朝后、朝上、朝下的侧面或平面。第一螺旋件80包括在朝前平面中的第一直段84；在朝下表面中的第二直段86；在朝后表面中的第三直段88；以及在朝上表面中的第四直段90。被转动的螺旋件80可延续有更多的直段。被转动的反向螺旋件98的四个直段22构成围绕轴线14的一整转。现在参阅图5q-5s，第二、第三和第四被转动的反向螺旋件110，112和114分别用粗线表示，在图5v中表示所有的构件。
现在再次参阅图1-5，等代桁架结构10具有多个螺旋件20，包括：1)四个螺旋件30、32、36和38；2)四个反向螺旋件34、40、42和44；3)四个被转动的螺旋件80、92、94和96；以及4)四个被转动的反向螺旋件98、110、112和114。因此，结构10总共有十六个螺旋件20。
如上所述，螺旋件30，32，36和38的直段22具有共同的角度取向，共同的轴线14，并彼此等距分开。同样，反向螺旋件34，40，42和44的直段具有共同的角度取向，共同的轴线14，并彼此等矩分开。但是，反向螺旋件34，40，42和44的直段具有与螺旋件30，32，36和38的直段的角度取向相反的角度取向。另外，当从端部或轴线14看去时，这种结构呈现为正方形横截面的假想管状件，如图4所示。
与螺旋件30，32，36和38一样，被转动的螺旋件80，92，94和96的直段具有共同的角度取向，共同的轴线14，并彼此等距分开。与反向螺旋件34，40，42和44一样，被转动的反向螺旋件98，110，112和114具有共同的角度取同，共同的轴线14，并彼此等距分开。但是，被转动的反向螺旋件98，110，112和114的直段具有与被转动的螺旋件80，92，94和96的直段的角度取向相反的角度取向。
被转动的螺旋件80，92，94和96和被转动的反向螺旋件98，110，112和114相对于螺旋件30，32，36和38及反向螺旋件34，40，42和44被转动。换言之，当从端部或轴线14看去时，这种结构呈现为正方形横截面的假想管状件，但是相对于由螺旋件和反向螺旋件形成的假想管状件被转动，如图4所示。螺旋件、反向螺旋件、被转动的螺旋件和被转动的反向螺旋件一起，当从轴线14看去时，呈现为具有八角星形横截面的假想管状件，如图4所示。
两个或多个单一的构件12在接合部120相连或相交(图4)。构件12在接合部120可以刚性连接、挠性连接或只是相交。在相交的构件12连接处形成节点。在相交构件12在结构10的周边会合处形成外部节点，如图4所示，在相交构件12在结构10内部会合处形成内部节点，如图4所示。等代桁架结构10根据其八个外部节点可以称为八节点构造，如图4所示。
一个凹湾128(图1和2)是由在纵轴线14的方向上重复的单元或模式形成的。凹湾128含有由构件12形成的单一模式。结构10可以包括任意数目的凹湾128。另外，凹湾128的长度可以变化。
四面体的两个相应构件形成的一个平面和相同四面体的反向构件形成的一个平面构成一个内角130(图3)。
重复的模式可以描述为多个三角形或四面体。三角形和四面体是各种尺寸的，较小的三角形和四面体散布在较大的三角形和四面体之间。
结构10可以被概念化为两个假想正方形横截面的管状件彼此重叠成八角星形状横截面的一个假想管，如图4所示。或者，当从端部或纵轴线14看去时，结构10呈现多个三角形的外观，这些三角形与轴线14间隔开来，围绕周界取向，形成在结构10内部中的一个多面体横截面的假想管状件。在推荐实施例的情形中，八个三角形围绕纵轴线间隔开来，形成在结构10内部中的八角形横载面的假想管状件。
另外，当从端部或轴线14看去时，可以限定与轴线14平行的八个平面。这些平面在八角星形构造中在特定的外节点122之间延伸。这些平面围绕轴线14以45°间隔取向。
另外，在一个凹湾128内形成一种据信具有很强结构性能的三角形栅格的环。该三角形栅格的环围绕着凹湾中心内的结构10的内部，如图4所示。据信，这种强度是由于较大数目的连接的缘故。
螺旋件30，32，36和38在外节点122与反向螺旋件34，40，42和44相交。同样，被转动的螺旋件80，92，94和96在外节点122与被转动的反向螺旋件98，110，112和114相交。
螺旋件30，32，46和38在内节点124与被转动的反向螺旋件98，110，112和114在内节点124相交。同样，被转动的螺旋件34，40，42和44在内节点124与反向螺旋件80，92，94和96相交。
螺旋件30、32、36和38与被转动的螺旋件80，92，94和96并不相交。同样，反向螺旋件36，40，42和44与被转动的反向螺旋件98，110，112和114并不相交。
除了多个螺旋件外，结构10也可具有八个内部轴向构件132(图2和4)，这些内部轴向构件位于结构10的内部中，在内节点120相交于多个螺旋构件20。轴向构件132平行于纵轴线14。
外和内节点122和124可以形成刚性连接，或者说构件可以刚性地连接在一起。另外，轴向构件132在内节点124可刚性连接于构件。这些构件可以用复合材料制成。结构10的螺旋形构造使其特别适于组合结构。当各构件的纤维彼此重叠时，这些构件被连在一起。纤维随着构件的螺旋形构造围绕心轴以螺旋形模式缠绕，这将在下文中详述。这样，由于构件各部分是由连续的纤维来构成的，因而有高的强度。构件或螺旋件可以是在基质中如在热固性基质(环氧树脂、乙烯基酯等)中，甚至在热塑性基质(聚酯、聚丙烯、PVC等)中的纤维，如玻璃、碳、硼、玄武岩或凯夫拉尔(芳族聚酰胺)纤维。另外，在树脂或基质中可以包括添加剂如UV保护剂、化学排斥剂(chemical repellents)。
或者，结构10也可由任何适当材料如木材、金属、塑料或陶瓷等构成。构件的各部分可以由预制件在节点122连接起来构成。连接件具有凹槽以接纳构件。凹槽被定向以获得结构10需要的几何形状。
据信，结构10的复式对称及高度重复的性质可提供吸引人的、有效的、抗破损的结构，结构10的三维构造可提供对局部弯曲的实在抵抗。结构10具有稳定的几何形状，各构件在围绕中央空腔的相反方向上，以分段直线方式呈螺旋形。螺旋形和纵向构件反复交织，得到高度重复和稳定的构造。
另外，结构10可利用在主载荷路径上连续纤维的机械性质。载荷通过束段传至交叉点，在交叉点通过其它束段弥散。每个构件主要承载轴向载荷，充分利用连续纤维加强的复合物的固有强度和刚性。螺旋构件主要承载扭转和横向剪切载荷，使纵向构件稳定以抵抗弯曲或轴向压缩负载时的弯曲，而纵向构件主要承载轴向和弯曲载荷，使螺旋形构件稳定，以抵抗在扭转或横向剪切中负载时的弯曲。纵向和螺旋形构件在接合部或节点的复式交织可形成强的互锁机构，可形成这种相互依赖的三维稳定性。
另外，结构10的高度重复的性质使其可非常耐受破损。除去一个构件只导致整体结构的很小的变劣。实际上，除去一个完整的节点减少有效性能的大约1/N，其中N代表在一个横截面中的节点数目。这种耐受破损性能提供了超过传统薄壳结构的重大性能优点。
复合等代桁架结构的失效典型地显示比在先进的复合结构中一般观察到的更有延展性的总体性能。虽然对极限载荷的最初反应仍是线弹性的，但是在损坏开始后的性能基本是非线性的。比较来说，这种非线性一般包括每次通过一个节点的构件失效时载荷大致下降1/N。在弯曲中，失效较少延展，这是由于载荷集中在较少构件上。
在一种载荷类型下失效的开始，在另一方向负载时，只引起强度的微小下降，不过刚度会受到更大的负面影响。另外，主要载荷承载构件的失效，对次要载荷承载构件抵抗简单载荷的能力影响很小或没有影响。在比较中一个凹湾的失效对结构的扭转性能影响很小，不过相应韧性下降。换言之，主要构件的局部失效对次要构件的性能影响很小。
从上述结构10的基本构造可有几种替代构造，附加某些附加构件。现在参阅图6-8，外部轴向构件140也可以设置在结构10的周边上，在外节点122相交于多个螺旋构件20。轴向构件140平行于纵轴线14。另外，在垂直于纵轴线14的平面中的节点122之间，围绕周边可设置周边构件144。当从轴线14看去时，周边构件144构成多面体，如图8所示。
在相对于纵轴线14的对角线上的节点122之间，围绕结构10的周边可设置周边构件144。这些对角线周边构件可以由围绕多个螺旋件20的周边缠绕的附加螺旋件的直段构成。对角线周边构件可在相邻节点122之间延伸，或延伸至交错的节点122。这样的周边构件可构成围绕第一个的另一个等代桁架结构，即，双等代桁架结构。这种构造形成一种相对较光滑的外表面或支承结构，这可以简化用于美化结构的外皮的施加。双等代桁架结构也提供了增加的单位重量刚性。
如上所述，本发明的改进的等代桁架结构最好包括十六个螺旋件，每个螺旋件包括四个围绕轴线14成一整转的直段，以使构成正方形横截面，可称为八节点结构。在图10a-f和11a-11f中并排比较了八节点构造和六节点构造。八节点结构10表示在图10a和10b中，而六节点结构表示在图11a和11b中。
为此外部轴向构件140和周边构件144已添加在图10c和10d中的八节点结构上和图11c和11d中的六节点结构上。如上所述，外部轴向构件140和周边构件144可构成围绕第一个的另一个等代桁架结构，即，双等代桁架结构。内部轴向构件已经从图10e和10f所示的八节点结构及图11e和11f所示的六节点结构除去。
八节点构造导致一种具有平行侧面的结构10，这使结构更方正，更适于需要方形几何形状的应用场合。例如，八节点构造更适合装在箱体内，这是由于它有平行和垂直的侧面，更适用于许多内加劲应用场合，在这样的场合结构的尺寸是受限制的。
另外，节点数目的增加，也使每个螺旋件的相邻段或构件之间的角度增加。显然，在六节点构造中，每个螺旋件具有构成一整转的三个直段或构件，即，三角形，在相邻段或构件之间形成相对较小的角。这样的锐角起到应力集中点的作用，可能引起失效。但是，对于八节点构造来说，每个螺旋件具有形成基本一整转的四个直段或构件，即，正方形，角相对较大，这可减少应力和失效。另外，节点可以更为倒圆，进一步减小应力集中。八节点构造带有较大的角，有利于倒圆节点，从而减小应力集中。
另外，八节点构造具有更多的作为总横截面积的百分比的无阻碍内部空间(自由容积)，比六节点构造能够更容易地制造，及产生更多的用于非结构性目的的内部容积。
性能特征 现在参阅图9a-9f，图中表示相对于其它构造的本发明的等代桁架结构10的性能。如上所述，本发明的等代桁架结构10包括八个外节点，可称为八节点结构。另外，本发明的等代桁架结构10包括十六个螺旋件，每个螺旋件包括四个构成围绕轴线14一整转的直段，构成正方形横载面。美国专利第5,921,048号公开的一种基本结构只包括十二个螺旋件，每个螺旋件只有三个形成三角形横截面的直段，因而只包括六个外节点。图10a-f和11a-11f并排比较了八节点和六节点构造。
现在参阅图9a，图中表示各种构造的抗弯强度。具体来说，表示了具有六、八、九和十二个节点的几种结构的抗弯强度。从图中可以看出，八节点结构具有显著增加抗弯强度的惊人的和使人意料不到的效果。现在参阅图9b，图中表示具有各种节点数目的结构构造的抗扭强度。从图中可再次看出，八节点结构10具有显著增加结构10的抗扭强度的惊人的和使人意料不到的效果。当将节点数目增加得超过八个时，虽然可增加抗弯强度和抗扭强度，但是，这种增加却不象从六个增至八个节点时那么显著。
角度构造 现在再次参阅图2和3，在螺旋件30和反向螺旋件34或其直段之间形成一个角130。该角应大于或等于45°；推荐大于60°；最好大于或等于75°。现在再次参阅图9a，可以看出，当螺旋件30和反向螺旋件34之间的角130增加时，抗弯强度惊人地、出人意料地增加一个显著的量。同样，在图9b中可以看出，当角130为75°时，结构10的抗扭强度也惊人地、出人意料地增加一个显著的量。抗扭性能似乎在角130约为90°时最大。
从图中可以看出，结构的弯曲和轴向(抗拉)性能随角130增加而改善。但是，其它性能如纵向弯曲和扭转性能似乎随着该角的增加而降低。管状复合结构的一个问题是其抗弯性能不佳，即，它们太容易弯曲。但是，本发明的结构，增加该角证明可获得改善的、更强劲的弯曲性能。
端部连接 现在参阅图12a和b，图中表示一个用于将等代桁架结构10连接于其它结构或物体，和/或用于便利等代桁架结构10的制造的端板120。端板120被装在螺旋件20的一端，以便将螺旋件和结构10连接于另一物体。端板120包括多个孔121，螺栓或类似物穿过这些孔可用来将端板120，从而将等代桁架结构10固定在另一物体上。另外，端板120包括带有多个凹部123a的周边122。凹部123a可接纳螺旋件和/或外部轴向构件，或构成螺旋件或外部轴向构件的纤维束。例如，纤维束可通过凹部123a围绕端板缠绕，使端板120与等代桁架结构10形成整体，从而提供端板120和等代桁架结构10之间的牢固连接。纤维束可穿过一个凹部123a，围绕端板120，并返回穿过另一凹部123a。另外，端板120可包括一个中心孔124，在制造过程中一心轴可穿过该中心孔，这将在下文中详述。还可以设置用于接纳内部轴向构件132或构成内部轴向构件的纤维束的凹部123b。
现在参阅图13，为了相对于纵轴线14成一角度地连接于等代桁架结构10可设置一个斜端板125。斜端板125在许多方向类似于端板120，只是斜端板在一个方向上呈长形以适应它以一角度安装。这种斜端板125可用于将两个等代桁架结构以一角度相连接。例如，斜端板125可构制成以45°角连接于等代桁架结构。因此，两个等代桁架结构可借助斜端板125相连，以便在其间形成90°角。
现在参阅图14a-c，图中表示另一端板126，其用于安装在结构10上，以便将结构连接于另一物体。端板126包括一条用于接纳结构的槽127。槽127最好是八边形的，以便接纳结构的内部。槽127可围绕端板126靠近边缘或周边形成，从而产生一个周壁128。周壁128可开槽129，以便形成多个片或销130，这些片或销可为挠性的，向外弯曲以接纳结构，一旦接纳了结构便向内弹回，使结构“卡”在端板126和销130之间的槽127内。
在端板126或销130上可形成其它的槽或凹部131，其位置和取向可在其内接纳结构的各直段，使销130围绕各直段“咬住”，从而将结构固定在端板126上。穿过销130、槽127进入端板126可形成孔132，以接纳螺栓或螺钉，从而进一步将结构固定在槽127内。孔132的位置使螺栓或螺钉围绕各直段穿过结构。这种构造的优点在于，可将结构卡在端板中。
现在参阅图15和16，图中表示用于安装在结构10上的另一种端板136。多个U形螺栓或构体137围绕结构10的各直段或节点延伸，并固定在端板136上，以便将结构固定在端板上。U形螺栓或构件137可以是斜的，使U形螺栓或构件137径向穿过结构10。然后纵向或轴向转向端板136。在端板136上可形成孔，以便接纳螺栓或构件137，螺栓或构件可借助旋在其端部上的螺母而固定。如图所示，螺栓或构件137可设置在结构10外面，或者可设置在内部。另外，螺栓或构件137可在节点122接合结构10、接合螺旋构件和外部轴向构件140，这种构造制造成本低廉。
现在参阅图17a和b，图中表示另一种端部连接器140，该端部连接器包括底座141，底座上带有多个指销142，所述指销伸入结构10中；并容纳在形成于结构10各直段间的开口内。底座141可呈环形，指销142围绕环形底座141设置，纵向或轴向延伸。底座141的尺寸最好配合在直段或螺旋构件之间的中央空腔或空间中。另外，连接器140最好还包括八个指销142，伸入在结构10的直段间形成的八个三角形开口或空隙。一个中央环143设置在中央空腔或空间内，并借助紧固件144如螺栓连接在指销142上。因此，中央环143和紧固件144将指销142和底座141固定在结构10上。其它物体可被固定在底座141上，以便将这些物体安装在结构10上。连接器140的构造使底座141和指销142能够容易地滑入结构的端部，并借助紧固件144连接于中央环143。另外，连接器140完全设置在结构10的圆周或周边以内，因而连接器140不从其突出。指销可以是挠性和弹性的，在紧固件紧固时向内弯曲，夹紧结构。
现在参阅图18a和b，图中表示一种类似的连接器146，其中使用一个C形夹式紧固件147以替代上述中央环143。另外，L形构件148固定在指销142上或从其突出，伸入中央空腔或空间。C形夹147围绕L形构件148的斜部，将其固定在一起，从而将指销142和底座141固定在结构10上，连接器146的这种构造使指销142能够当C形夹147被紧固时向着中心向内弯曲。因此，指销可夹紧结构10。
现在参阅19a和b，图中表示一种类似的连接器150，其中成对设置指销142，或指销成对连接。一个L形构件151连接于每对指销或从其伸向结构10的中央空腔或空间。紧固件152如螺栓152将相对的L形构件151连接在一起。紧固件152可被拧紧，向内拉动L形构件151，从而拉动指销142。因此，指销142可夹紧结构10。
现在参阅图20a和b，另一种端部连接器具有一个端板154，从端板轴向或纵向伸出多个指销155。指销155的尺寸、形状及位置最好使其可伸入结构10的直段之间的开口、因此，这种连接器最好包括八个具有三角形横截面形状的指销155，滑动或完全配合在直段间的开口内。另外，这种连接器包括一个围绕结构10的外部、最好围绕一个窄部或内节点设置的环构件156。例如，借助紧固件连接指销155和环构件156，以便将底板154固定在结构10上。指销155可以具有用于接纳环构件156的槽或凹部，另外，环构件156可以分段，即，由多于一件构成，以便在一个窄部围绕结构10的外部设置环构件156。
现在参阅图21a和b，图中表示一个类似的连接器，其中多个保持构件157连接于指销155，以便将结构保持在指销155和底板154上。指销155可以包括槽、孔等以便接纳保持构件157。保持构件157可以穿过指销，以及结构10的直段。因此，指销155和底板155可以滑在结构10的端部上，保持构件穿过指销和结构10设置，以便将底板154固定在结构上。
现在参阅图22a和b，图中表示另一种带有底座161和多个指销162的端部连接器160，底座161可以呈环形，其尺寸可围绕结构10的外部延伸。指销162可从环形底座161向内伸入结构10的直段之间的空间内。底座161最好呈八边形，以便在其中接纳结构，并完全围绕结构10的圆周或外周。其它物体可通过连接于底座161而固定在结构10的外部。
现在参阅图23，图中表示一种类似的端部连接器164，它带有一个只部分地围绕结构10的圆周或外周的底座165。其它物体也是可通过连接于底座165而固定在结构10上。
现在参阅图24a和b，图中表示另一种类型的端部连接器170，其用于最好以端部对端部的构造而将两个结构10和171连接起来。这种连接器可用于将多个构件10和171组装成一个更大的结构。连接器170包括相对的第一和第二端部172和173，它们可分别接合、连接于第一和第二结构10和171。连接器170包括一个长的轴向构件174，该轴向构件构制成沿结构10和171的纵向或轴向延伸。轴向构件174分成第一和第二部分，这两部分可借助一个可调连接构件175可调节地连接在一起。第一和第二部分的近端可设有螺纹，。而连接构件175可具有相对的接纳所述近端的螺孔。因此，旋转连接构件175可将第一和第二部分拉在一起，还可将其分开。
端部172和173构制成分别接合和连接于结构10和171。每个端部172和173最好形成一个钩状构造以便固定在结构的直段上。端部172和173可以包括一个斜角U形构件176，以便接合结构的直段。因此，构件176从所述端部向内伸向结构，然后纵向或轴向转角以形成一个钩。另外，U形构件176可沿轴向构件的任一侧延伸。因此，U形构件176能够钩在结构上，通过转动连接构件175，将轴向构件174的第一和第二部分拉在一起，以便将第一和节二结构10和171拉在一起，形成一种固定或连接关系。
现在参阅图25，图中表示一个类似的连接件178，其中，在端部172和173上形成圈或环179，以便围绕结构10和171的直段。圈或环179可以由角U形构件形成，该构件的端部被接纳在轴向构件174的端部172和173上的托架中。
中间连接 除了在端部连接等代桁架结构10以外，可能必须或需要在等代桁架结构的中间部位安装其它物体。现在参阅图26，一个连接构件180可以设置用于连接在等代桁架结构的中间部位。连接构件180可以具有三角形横截面，或者一个部分具有三角形横截面。因此，连接构件180的三角形横截面可穿过等代桁架结构10和三角形开口中，如图27所示。连接构件180的三角形形状最好与穿过结构10的开口的尺寸和三角形形状相匹配，以便形成滑动或牢固配合。在连接构件中可形成多个用于接纳螺旋件的槽182。因此，其它物体可连接于连接构件，以便将物体连接于等代桁架结构10。例如，一对连接构件180可穿过结构10，以便支承其它物体如用于支承公用线路等的线杆的横向件。
现在参阅图27，连接构件180的端部可以具有在三角形横截面中形成的凹部184，以例接纳和便于紧固件185如螺栓的使用。凹部184为紧固件185形成一个平缘186。
如上所述，各种其它物体可以连接于结构10或连接构件180。现在参阅图28a和b，一个外壳190可以装在结构10上。外壳190可以用来保护结构10，或用作平台以便将其它物体装在外壳190上，从而装在结构10上。外壳190可以具有任何适当的形状。外壳190可以呈八边形，即，具有八边形横截面，以便配合在结构10的外部或周边上。类似于上述连接构件的连接构件191穿过结构10，可以具有三角形横截面。外壳190可以分成侧向或径向部分设置，如第一和第二半部，每个半部沿结构10的长度纵向或轴向延伸。外壳190的每个半部可连接在连接构件191的端部上。例如，在外壳190上可形成孔，并且在连接构件191的端部轴向形成孔，以便接纳紧固件如螺栓，螺栓穿过这些孔以便将外壳190固定在连接构件191上。外壳190可以防止在结构10上攀登，保护结构10，或在其上安装各种其它物体。
现在参阅图29，如上所述，连接构件180可以成组或成对设置。另外，成对的连接构件180可被定向，彼此相对以形成一个沙漏(hour glass)外形，或者彼此相背，形成菱形形状。另外，连接构件180可以组合、取向，从相对两侧延伸，和/或在多于一个侧面或两个侧面，例如图中四个正交的侧面向外辐射。
托架193可构制得围绕成对的连接构件180的端部。各种物体可连接在托架193上，例如，用于悬挂其它物体的眼环，如图所示。
现在参阅图30，平台195可安装在成对的连接构件180上。
现在参阅图31，多个连接构件180可以构制成以正方形构造穿过结构10，使从多个侧面的连接成为可能。每个连接构件180可以包括一个长的突出部194，并且连接在相邻的构件上。
上述连接构件最好是三角形的以匹配穿过结构10的开口。现在参阅图32，平的连接构件200可穿过结构中的开口。平的连接构件可以包括标识，可以用作信号，或者也可用作平台、U形螺栓201，可以用来将平的连接构件200安装在直段上，例如，安装在外部轴向构件上。
现在参阅图33，其它平的构件206可以安装在结构10的外部。在平的构件206的一个侧面上可形成钩207，以便接合或钩住结构10的直段。其它物体可装在平的构件206的另一侧面，或者标识可以设置在另一侧面上。
现在参阅图34a和b，平的构件210可以使用连接构件211连接于结构10的外部，这与前面的描述类似。一个或多个连接构件211可在外部附近穿过结构10、紧固件212如U形螺栓可围绕连接构件211延伸，例如通过平的构件上形成的孔而连接于平的构件210。
现在参阅图35，连接构件216可穿过结构10，并直接连接于平的构件217。连接构件216可构制成一个方U形(block U-shaped)构造以更多地接合结构10。或者，倒圆的U形连接构件218可穿过结构10，如图36所示。
上述连接构件中的许多已描述为穿过结构10。现在参阅图37a和b，连接构件220可以穿入结构10，并连接在中央空腔或空间中，并不完全穿过结构10。连接构件220可以设在与紧固件连接的凸缘。
另外，连接构件可以具有其它的横载面形状，并构制成穿过结构中的其它横截面的开口。例如，连接构件可以具有四边形横截面形状，穿过结构中的四边形开口。
一个或多个节点可以除去或留出，以便于将物体连接于结构上。例如，留出一个节点，呈现一个较平的侧面。另外，可以留出相对的节点，形成相对的较平侧面，以便穿过结构的安装。
锥形等代桁架结构 现在参阅图38a和38b，图中表示的等代桁架结构类似于上述等代桁架结构，但是在一个或多个方向上有锥度。现在参阅图38a，等代桁架结构230从较宽的第一端部231向较窄的第二端232变细。构成结构23C的螺旋件的各直段12的长度从在第一端部231上较长向着在第二端部232上较短而变化，从而整个结构呈现锥度。螺旋件能够以相同的角度取向围绕纵轴线缠绕。结构230也可以包括不平行于结构230的纵轴线14的轴向构件233。
现在参阅图38b，另一种等代桁架结构234可具有窄端部235和236及较宽的中部237。构成螺旋件的各直段12的长度从在中部237上的较长向着在端部235和236上的较短变化。显然结构在中部也可呈现锥度而具有较宽的端部和较窄的中部。
挠性或可弯曲的等代桁架结构 现在参阅图39，图中表示一种挠性或可弯曲的等代桁架结构240，它在许多方面类似于上述等代桁架结构10，但不包括任何轴向构件。各直段12和螺旋件可刚性相互连接，但是直段22可有一定程度的挠性。因此，等代桁架结构240在类似于图5t的直的第一构造和如图39所示的弯曲的第二构造之间可以侧向弯曲。在直的位置上，结构240包括一个直的纵轴线，如图5t所示。现在参阅图39的弯曲位置，直段和螺旋件弯曲、挠曲，使整个结构240围绕一根弧形的，即，弯曲的轴线242侧向弯曲。
不设纵向构件使结构240可在侧向弯曲或挠曲。但是，已经发现，虽然结构240能够在侧向弯曲，但是，结构240继续保持其抗扭刚性，即，可抵抗围绕纵轴线14的转动。
另外，类似的结构也能够在轴向上，即，在纵向上压缩和/或膨胀。因此，这种结构可膨胀和/或压缩，最好储存能量，因此结构可用作弹簧构件。
角形等代桁架结构 现在参阅图40a，图上表示的结构250在许多方面类似于上述的结构10，但是，包括两个部分252和254，这两个部分彼此间形成一个角度。例如，两个部分252和254可形成直角。另外，两个部分252和254可以整体形成，即，一个部分252的螺旋件继续形成第二部分254的螺旋件。因此，结构250形成一种连续的角形结构，它可比借助某种连接而形成的分开式结构更牢固。这种布置或结构可用来构制更为复杂的结构。
结构250可具有连接于外节点122的外部轴向构件256，或者，一种结构258可以呈角形而不设外部轴向构件，如图40b所示。
弯曲的等代桁架结构 现在参阅图41，图中所示的弯曲的等代桁架结构270类似于上述的等代桁架结构270类似于上述的等代桁架结构，但具有弯曲或弓形纵轴线272。构成弓形结构270的螺旋件具有不同长度的直段。例如，在弯曲的内侧上的内侧直段274可比弯曲的外侧上的外侧直段276短。另外，轴向构件278也可以是弯曲的，并平行于弯曲的纵轴线272。这种弯曲的结构270可比尖锐角度产生较小的应力。
现在参阅图42，可以形成一种圆形的等代桁架结构280。如图所示，圆形结构280可以是连续的。这种圆形结构可以具有外部轴向构件。
据信，弯曲或圆形构造的等代桁架结构具有与直的等代桁架结构相同的结构优点。
现在参阅图43，等代桁架结构300可包括一个弯曲部分302，该弯曲部分连接于可以是直的其它部分304和306上。这种构造类似于图40b中所示的尖锐角形构造，但是在部分304和306的连接部可形成弯曲。弯曲的部分302类似于上述的弯曲结构270。这种构造可用于更为复杂的结构，这将在下文详述。这种弯曲的部分可比更为尖锐的角度更为牢固，可防止应力集中。
结构可以具有宽阔的弯曲部分，如图43所示，或者也可具有较锐利的弯曲部分，如图44所示。现在参阅图44，图中所示的结构320围绕一个外部节点324形成一个直角弯曲。因此，多个螺旋件可穿过节点324。螺旋件可通过弯曲部连续形成。这种结构可包括外部轴向构件326。
现在参阅图45，等代桁架结构330可形成多个弯曲332和/或形成有更为复杂或急剧的弯曲。例如，结构可形成有多个直角弯曲。作为另一种实例，结构可形成有急剧弯曲、宽阔弯曲或多种不同的弯曲，象一个S形。
编织的预成形件 如上所述，许多上述结构可以由浸过树肪的纤维形成刚性结构制成。许多上述结构也能够以编织的预成形构造形成。结构可以通过将纤维束缠绕起来而形成。另外，附加的纤维束可围绕直段缠绕以便将纤维保持在一起。但是，纤维束没有树脂仍是挠性的，可以根据需要折叠和膨胀。因此，这种编织的预成形件可折叠，基本紧缩成较小的体积以便运输等。然后，编织的预成形件可扩展并浸渍树脂以形成需要的结构。
现在参阅图46，构成直段或螺旋件的长纤维可以包覆在编织套筒348中，编织套筒围绕纤维设置。这种套筒348将内部的长纤维保持在一起，以便防止缠结等。
另外，纤维或直段可以扭绞以便使纤织紧凑。另外，直段或直段的纤维例如能够以螺旋形缠绕其纤维以便更为紧凑。
整体连接器 现在参阅图47，结构10在其端部可设有连接器350。这种连接器350可以同结构10整体形成。例如由在结构10和连接器350之间连续延伸的纤维加强树脂整体形成。连接器被构制成将结构10安装或连接于配合的连接器或结构。因此，连接器350可以形成为凸起或凹部，例如，阳和阴连接器分别与相对的凹部或凸起，即，阴和阳连接器配合。
连接器350可以具有圆形横截面形状，类似于圆筒形复合管，被接纳在接收连接器中的圆形开口内，这将在下文描述。连接器350可以是螺纹的，即，具有外螺纹353，如图49所示，与接收连接器的内螺纹啮合，这将在下文中描述。连接器350如图所示可以是凸起或阳连接器，或者，可以是凹的或阴连接器。或者，连接器350可以具有六方形横截面形状356，或八边形横截面形状，以便与一个类似形状的连接器357配合，如图48所示。显然，连接器可以具有任何适当的形状，例如包括正方形和三角形。
连接结构可设有各种形状的构件。例如，中间接头360或361可以具有相对的开口，用于接纳来自两个结构的连接器352或356，以便以一种端部对端部的构造将两结构连接起来，如图50和51所示。一个肘节362可以具有一种角形构造，例如呈90°角，以一个角度连接两个结构，如图52所示。显然，可以形成任何的角度。一个T形件364或357可以具有一个T形体，用于以一角度连接一个结构，如图53和54所示。一种十字形件366可以具有四个开口，如图55所示。其它连接器可将结构连接于一个底座354，如图56所示。
其它连接 其它连接也是可能的。现在参阅图57和58，例如，多个构件380或381垂直地穿过结构。构件380和381可以包括槽382，其用于以相互重叠的关系相互配合。例如，对于六节点结构来说，三个构件380可以穿过结构，相互重叠而配合。在构件380中形成孔384，以便接纳紧固件如螺栓，螺栓穿过构件380进入底座386或387。因此，构件穿过结构，将结构连接于板386。
信号 现在参阅图59-61，上述这种等代桁架结构可以用来固定标记。现在参阅图59，一个直的等代桁架结构可以竖直设置，具有一个固定于支承面如地面上的第一端部402和一个在第一端部402上方的相反的第二端部。一个标记可以安装在等代桁架结构400的上端404。信号406可以包括各种标记。
现在参阅图60，等代桁架结构410可以包括竖直构件412、水平构件414和连接竖直及水平构件412及414的弯曲构件416。竖直构件412可竖直地设置，固定在支承表面如路面上。水平构件414可以例如通过一个弯曲或弓形构件416固定在竖直构件412上，如上所述，一个信号构件46可以固定在水平构件414上。这样，信号46可以是挂在道路上方。
现在参阅图61，等代桁架结构420可以包括一对设置在道路两相对侧的竖直构件422和424。一个水平构件426可悬挂在两个竖直构件422和424之间。一个信号构件428可固定在水平构件上。
公用杆 现在参阅图62，等代桁架结构440可竖直地定向并连接于支承面如地面。一个或多个臂442可在地面上方的位置上固定或安装在等代桁架结构上，基本水平地向外延伸。这种臂442可以类似于上述的连接构件。公用线路444，如电话线、电缆线或电线，可悬挂在臂442上。
现在参阅图63，结构440可以包括非导体的连接构件446，以便将公用线路444安装在结构上。公用线路444可以沿着等代桁架结构440长度的一部分延伸。
现在参阅图64，等代桁架结构450可竖直取向，在其顶端452设置灯具结构或光源以便提供照明。这种光源454可以借助上述的一个端板固定在顶端452上。
自行车车架 现在参阅图65-74，上述等代桁架结构可以用作自行车车架，具有强度高、重量轻的优点。这种自行车车架包括一个连接于手把杆502和/或前叉504的手把部位500；一个用于安装在车座杆508的车座部位508；一个连接于踏板组件512的踏板部位510；一个连接于后轮516的后轮部位514。车架520包括多个延伸至手把杆、车座、踏板和后轮部位500、506、510和514及在这些部位之间延伸的构件。例如，车架520包括一个在踏板部位510和车座部位506之间延伸的竖直构件522。另外，车架520包括一个在手把杆部位500和车座部位506之间延伸的水平构件524。最后，车架520包括一个在手把杆部位500和踏板部位510之间延伸的倾斜构件526。各构件522，524和526类似于上述的等代桁架结构；并组装成一个三角形车架520。车架520强度高且重量轻。
现在参阅图66，只有一个倾斜构件532从手把杆部位500延伸至竖直构件522。车架530大致呈T形，消除了一个构件以减轻重量。
现在参阅图67，另一种自行车车架540可以包括一个从车座部位506延伸至踏板部位510的弓形构件542，以及一个从手把杆部位500延伸至弓形构件542的倾斜构件532。弓形构件542可更紧密地匹配后轮516的曲率，并提供附加的抗弯强度。现在参阅图68，另一种自行车车架550可以包括从车座部位506延伸至后轮部位514的构件552，以及另一个从踏板部位510延伸至后轮部位514的构件554，即，一个由等代桁架结构构成三角形。因此，更多的车架可由较轻的等代桁架结构构成。
现在参阅图69，另一种自行车车架560可包括向内伸向一个中心部位562的构件。一个倾斜构件564可从手把杆部位500延伸至中心部位562。同样，一个下部构件566可从踏板部位延伸至中心部位562。最后，一个上部构件512可从车座部位560延伸至中心部位562。这种构造利用直的结构，更容易制造。
现在参阅图70，另一种自行车车架570可以利用弯曲的或弓形的构件。例如，一个上部构件572可以宽阔地弯曲从手把杆部位，经过车座部位506直至后轮部位514。一个下部构件574可以沿一宽阔的弧从手把杆部位500延伸至踏板部位510。构件572和574的弯曲提供了附加的强度。现在参阅图71，另一种车架580可以包括一个从手把杆部位500延伸至踏板部位510的宽阔弓形构件582，而一个附加构件584从弓形构件582经过车座部位506伸向后轮部位514。
现在参阅图72，另一种自行车车架590可包括一个从手把杆部位500经过车座部位直至后轮部位514的向上弯曲的构件592，而一个下部构件594从手把杆部位经过踏板部位510伸向后轮部位514。因此，整个车架590是由等代桁架结构构成的。
现在参阅图73，另一种自行车车架600可包括一个S形构件602，该构件从手把杆部位500沿第一圆弧延伸，并弯曲进入第二圆弧，伸向踏板部位510。一个上部构件604以弓形方式从车座部位506伸向S形构件602。现在参阅图74，另一种自行车车架610构成一个从手把杆部位500伸向踏板部位510的S形构件612。一个竖直构件614从踏板部位510伸向车座部位506。最后，一个后部构件616从竖直构件614伸向后轮部位514。
现在参阅图75和76，在另一种自行车车架620中，等代桁架结构设置在连接器之间。手把杆连接器622可以设置在手把杆部位500，构制成可接纳一个上部水平构件624和一个下部倾斜构件626。上部水平构件624和下部倾斜构件626可以被接纳在手把杆连接器622的延伸部上。车座连接器628可设置在车座部位506上，并具有接纳上部水平构件624和一个竖直构件630的延伸部。一个下部构件632连接于踏板部位510，并具有接纳下部倾斜构件626和竖直构件630的延伸部。因此，可以利用相对较直的等代桁架结构624，626和630，将其连接于连接器622，628和632。
制造方法 如上所述，等代桁架结构最好由浸有树脂的纤维构成。另外，等代桁架结构或螺旋件最好由围绕纵轴线且沿等代桁架结构的长度缠绕的纤维来构成。这种的复合等代桁架结构可借助一根心轴构成。可以看出，等代桁架结构的复杂的几何形状，使制造成为一种挑战。
现在参阅图77，图中表示一个心轴700，心轴上带有形成上述等代桁架结构的纤维。心轴700可以是长形的，其形状与等代桁架结构的需要形状匹配。例如，如图77所示，心轴700是长且直的，以便形成长且直的等代桁架结构。显然，心轴700也可以是弯曲的或弓形的，或者按照等代桁架结构需要的形状形成其它角度。另外，心轴700可以合理地设置，使心轴700在缠绕纤维702时可以被转动。
心轴可以包括一个长芯或本体704，以及多个设置在其上的头部706。芯或本体最好具有一个相对于等代桁架结构来说减小或较小的直径，使芯或本体704可被放入等代桁架结构中而不干涉任何直段或螺旋件。头部706最好与芯或本体704间隔开来。头部706从芯或本体704径向向着等代桁架结构的外部节点122延伸。头部706被构制成当围绕心轴700缠绕纤维束时接纳纤维束。因此，对于八节点等代桁架结构来说，八个头部706围绕芯或本体704的圆周径向延伸。另外，多个头部706按照需要的等代桁架结构的长度沿芯或本体704的长度延伸。
现在参阅图78，图中详细表示头部706。每个头部706最好包括用于接纳纤维束702的多个凹部710。凹部710最好两组深凹部712和714，以便接纳形成一对相反螺旋件的纤维束702。因此，这组深凹部712和714最好以一个角度向下延伸，以便匹配直段的角度。每组深凹部712和714最好包括两个彼此成一角度形成的两个对准的凹部，从而使这组中的每个凹部进行同一螺旋件的不同直段。凹部716的内部设置在等代桁架结构的外部节点122上。
另外，凹部710最好包括一或多组浅凹部718和720。一组深凹部718可用于形成等代桁架结构的纵向构件，另外的浅凹部720可用于形成等代桁架结构的径向或侧向构件。
为了形成上述的等代桁架结构，纤维束可围绕心轴缠绕，以便形成螺旋件及其直段。纤维束702可相对于螺旋件围绕上述心轴缠绕，使纤维束放置在头部的凹部中。另外，当纤维束围绕心轴700缠绕时，纤维束可浸有树脂。或者，纤维束可围绕心轴缠绕而不浸树脂，以便形成编织的预成形件。然后，树脂硬化，然后将心轴从等代桁架结构中取出。或者，等代桁架结构可与心轴整体形成，心轴留在其中。
显然，等代桁架结构的复杂的几何形状及头部从心轴的伸出都对将心轴从等代桁架结构取出形成挑战。为了形成等代桁架结构可以使用各种类型的心轴。例如，可溶心轴可以用盐或砂与粘合剂形成，它可被溶解以便从等代桁架结构中除去。作为另一实例，可以使用低共熔的金属，以便从等代桁架结构中熔出。作为另一实例，可以使用气球式心轴，它包括一个填砂泡，填砂后真空密封以形成心轴，然后除去真空，从泡中卸空砂子，以便从等代桁架结构中去除心轴。
另外，等代桁架结构可以由湿或干的缠绕一个内部模具，然后由一个外部模具包围而形成，这类似于喷射铸造法。这种模制方法可以提供良好的固结性、良好尺寸限定和良好的表面光洁度。
现在参阅图79，图中表示一个组合式心轴，其优点是可从等代桁架结构上取出并再次使用。组合式心轴720类似于上述的心轴700，可包括一个长的管状本体722和多个头部724。中空管状本体722可包括多个孔726，以便在这些孔中接纳多个销728。销728可插过管状本体722的孔726，头部724设置在销728上。一个长芯730可卸式设置在管状本体722内。另外，多个镶件732也可卸式地设置在管状本体722内，在芯730和管状本体722之间。镶件732也包括多个用于接纳销728的孔734。因此，销728穿过管状本体722和镶件734而抵靠芯730。因此，芯730可保持头部在销728上从管状本体722伸出。
在心轴720上形成等代桁架结构以后，通过使芯730从管状本体722向外滑出，可将芯730从管状本体722取出。芯730的取出使镶件732能够从管状本体722取出，并使销728可向内移入管状本体722内。因此，销可取出，且管状本体722可以从等代桁架结构取出。另外，头部724可被去除。
现在再次参阅图77，一个端板120可设置在心轴700的一端或两端上。如同参阅图12a和b所进行的描述那样，端板120具有孔124，通过孔124可接纳心轴700的芯或本体704。然后，纤维束702可通过端板120围绕凹部123缠绕，以便使端板与等代桁架结构整体地形成。然后，心轴700的芯或本体704可通过端板120的孔124除去。
通过将销728嵌入芯或管722上的孔内可组装心轴740。如上所述，套环也可设置在管722的端部上以形成整体连接器。头部724设置在销728上。围绕头部724缠绕纤维以形成螺旋件及轴向构件。另外，围绕套环缠绕纤维以形成整体连接器。心轴被去除以留下结构。
附加应用 现在参阅图80，一个支承构件750可利用如上所述的长等代桁架结构752以保持和固定预浇注混凝土模板754。支承构件754可包括一个等代桁架结构752，在其端部上带有端板120以接纳用于接合地面和混凝土模板754的连接构件754和756。等代桁架结构752的强度提供了固定预浇注混凝土模板754的强度，而重量轻的等代桁架结构752使支承构件750易于操纵和处置。
现在参阅图81，图中表示用于支承蓝板762的蓝球架760。蓝球架760可以包括一个如上所述的等代桁架结构764。蓝球架760包括一个竖直的等代桁架部分766和一个连接于竖直的等代桁架部分766以便使篮板762处于球场上方的水平等代桁架结构768。
现在参阅图82，一个背包770可包括一个利用上述等代桁架结构774的框架772。框架772可包括一个等代桁架结构形成的周边，包括一对间隔开来的竖直构件和中间连接的水平构件。等代桁架结构774使背包770强度高、重量轻。现在参阅图83，等代桁架结构790可用于形成船794或其它船舶结构上的桅杆或其它支承结构792。等代桁架结构790可以用复合材料构成，从而可耐腐蚀。
现在参阅图84，图中表示利用等代桁架结构802的桥梁800。等代桁架结构802可以是弓形的，各桥梁构件可悬挂在其上。
现在参阅图85和86，图中表示一个石油平台，利用等代桁架结构812作为石油平台810的支柱。这些等代桁架结构812也最好用复合材料形成以耐腐蚀。另外，等代桁架结构812的敞开结构使结构上的迎面阻力较小。
现在参阅图87，图中表示用于潜艇832的等代桁架结构830。等代桁架结构830形成了支承潜艇832的壳体834的内部结构。因此，壳体834围绕等代桁架结构830形成，而等代桁架结构830的内部可用于乘员，以及用作内壁支承。另外，在等代桁架结构的各直段或构件之间的中空或敞开结构也可用于设备和管路等。显然，等代桁架结构也可用于其它结构、车辆及容器。
现在参阅图88，等代桁架结构840可用飞机或飞行器如火炮或导弹842。等代桁架结构840提供了用于支承外皮的外壳或外甲，以及用于容纳其它物品的内部。因此，等代桁架结构840提供了强度及轻的重量，这对于飞机或飞行器应用来说是特别有益的。现在参阅图89a和b，等代桁架结构842可用作飞机机身的一部分。乘客座椅可设置在结构842的中央空隙或空间内，而其它零件如电线、液压管线、燃油管路等可设置在结构842本身的内部，或在直段之间。这种等代桁架结构也可用于机翼结构，以及飞机的其它构件。
现在参阅图90，上述结构也可用在航天应用，如卫星或其它轨道结构844中。这种结构可以是可收缩/膨胀的，以便使有限的载货空间最佳化，这种结构也可以是部分形成的，如上述的编织预成形件，而在太空中最后成形。
现在参阅图91，等代桁架结构846也可用于水塔应用场合中。
等代桁架结构可用在建筑物和结构物中。现在参阅图92，房顶系统900可使用与上面所描述的相似的等代桁架结构。倾斜或水平的等代桁架结构902可构成支承屋顶904的梁。竖直等代桁架结构906可用作支承倾斜等代桁架结构902的屋顶的立柱。这种等代桁架可提供强度，且重量轻。
等代桁架结构可用于容器、船舶中。现在参阅图93，一个皮船可利用上述的锥形等代桁架结构。框架912可由在每端变细的等代桁架结构形成。外皮或外壳914可覆盖框架912形成。等代桁架的凹湾的部分或侧部916可被去除，以便能够达到皮船910内，使得使用者的身体能够穿过框架912，进入框架的中空部分、这种等代桁架为皮船提供强度，同时在内部提供乘员空间。
现在参阅图94，图中表示带有等代桁架结构918的固体燃料火箭917。固体火箭燃料可围绕等代桁架的构件设置。等代桁架可以作为火箭燃料燃烧，从而消除了下落的火箭壳体。喷嘴919可构制成随着燃料和等代桁架燃烧而沿火箭917运行。
现在参阅图95，可使用多个等代桁架结构922形成人造礁石920。等代桁架可被加重，使其下降至海底。例如，一重物924如混凝土可连接于等代桁架的一端。另一端可自由从海底向上延伸。因此，等代桁架可被送至需要的地点，从船上抛下。几个等代桁架结构可以连接起来。这种等代桁架结构可以用对环境无害的环氧树脂形成，以例促进在等代桁架上的生长。
等代桁架结构也可用来传递转矩或转动。现在参阅图96，传动轴930可用与上面所述类似的等代桁架结构932构成。传动轴或等代桁架可以是刚性的或挠性的。传动轴930的一端可连接于发动机或传动装置934，而另一端可连接于变速箱或轮936。这种构造可用于机动车辆。显然，这种传动轴也可用于其它场合。另外，等代桁架结构也可用于钻孔机如油、水、矿钻孔机。在这种构造中，一端可连接于驱动器，而另一端连接于钻头或刀具。
现在参阅图97，一减震器940使用无轴向构件的等代桁架结构。因此，等代桁架结构可在纵向，即，轴向上压缩以减震。另外，软外壳944如充气软外壳可设置在等代桁架上。
现在参阅图98，等代桁架结构950可用刚性部分952和挠性部分954构制，以便形成一个接合部。为了刚性或刚度，刚性部分952可形成有轴向构件，而挠性部分954为了挠性可不形成轴向构件。
现在参阅图99，一个罐或压力容器960可以包括一个等代桁架结构962，在其中形成连续的内壁964。罐或压力容器960可以容纳流体如液体或气体。
现在参阅图100，齿轮系970包括多个转动且彼此啮合的、等代桁架结构形成的齿轮972。齿轮972，即，等代桁架结构的外节点相互啮合。
现在参阅图101a和101b，冲击阻挡件974和976可包括等代桁架结构。等代桁架结构可轴向即纵向定向，如图101a所示，或者，侧向定向，如图101b所示，以接受冲击，现在参阅图102a和102b，冲击阻挡件可以包括可被压缩的材料如泡沫，在等代桁架结构中和/或围绕其设置。在一个方面中，泡沫材料980可以形成围绕全部或部分等代桁架结构，以及在内、外节点之间的壳体。在另一方面中，泡沫材料980可以设置在等代桁架结构的内部。
现在参阅图103a-c，等代桁架结构可在一侧或在一个方向上是长形的，以便形成一个长形的横截面。这种构造在一个方向上具有优先载荷如钻台托架的应用中更适用或更有效。这种构造可以在不同方向上具有不同的结构性质，因而为特定场合的载荷来构制等代桁架结构。
图103a-c所示的构造在许多方面类似于上面描述和图示的等代桁架结构。螺旋件的一些直段相对于另一些是长形的，即，具有较大的长度，以便形成长形横截面。另外，在一些相邻或接续的直段之间的角度取向较大。
现在参阅图103a，图中表示一个八节点等代桁架结构1000。一些螺旋件包括较长的直段1002和较短的直段1004，以例形成一个矩形的横截面形状。例如，螺旋件和反向螺旋件可形成矩形横截面形状。其它螺旋件包括在一些相邻直段间较大的角1006和在其它相邻直段间的较小的角1008，以便形成菱形横截面。例如，被转动的螺旋件和被转动的反向螺旋件可形成菱形横截面。
现在参阅图103b，图中表示一个十节点等代桁架结构，它是长形的，更像椭圆形。螺旋件可以具有1)不同长度的直段，以及2)相邻直段间的不同的角。例如，螺旋件和反向螺旋件可形成长形的第一五边形1012，而被转动的螺旋件和被转动的反向螺旋件构成长形的第二五边形1014，这两个五边形一起形成椭圆形。另外，螺旋件具有形成基本一整圈的五个直段。
现在参阅图103c，图中表示具有多个横截面形状的另一种等代桁架结构1012。这种结构1012包括矩形横截面形状和长的菱形横截面形状。螺旋件具有每圈四个直段，但是，每隔这种典型的结构的两个螺旋件使用三个螺旋件。
上述的等代桁架结构也可用在其它应用场合。例如，等代桁架结构可包括在连有帆的船舶桅杆中。等代桁架结构可以包括在连有旗帜的旗杆中。等代桁架结构可以包括在连有篱笆构件的篱笆柱中。
另外，围绕结构可设置外皮、覆盖物或外套。这种外皮可强化结构，防止攀蹬和/或为了美观。
上述等代桁架结构也可用于加强混凝土。例如，围绕这种结构可以浇注或用其它方式设置混凝土，并可填注结构的内部。
上面已经特别针对八节点结构描述了等代桁架结构，其中螺旋件具有形成围绕轴线一整圈的四个直段。显然也可使用其它构造，例如，带有五、六、七、九、十二个等节点的结构。
显然，上述布置只是对本发明原理的应用进行说明。本专业技术人员可以构想出许多变型和替代的布置而不超出本发明的精种和范围，权利要求书是用于覆盖这些变型和布置的。因此，虽然已对照附图，具体和详细地结合目前认为是本发明最实用和优选的实施例，对本发明进行了描述，但是，显然本专业普通技术人员可对其进行许多改变而不超出权利要求书所限定的本发明的原理和构思，这些改变包括但又不局限于尺寸、材料、形状、形式、功能、操作方式、组装及用途的改变。