充气支架.pdf

一个充气支架(1)由一个向着两端呈尖形收尾的、纵长延伸的空心体(2)和两个抗压/抗拉元件(5)组成。该空心体(2)通过由一个气密的、弹性的、少伸长的材料制成的外套而构成。这个外套可以两层地构成，并且由一个外部的、少伸长的、弹性的外套和一个内部的、气密的、弹性的内胆组成。该空心体(2)能够通过一个阀门(6)以压力气体进行加载。所述两个抗压/抗拉元件(5)沿着空心体(2)的直径上相互相反设置的母线贴靠在这个空心体上，并且沿着这个母线完全或局部传力连接地与该空心体(2)连接。所述抗压/抗拉元件(5)的端部传力连接地相互连接。

1.  一个充气支架(1)，它
-具有一个气密的、且可通过压力气体进行加载的、纵长延伸的、由弹性材料制成的空心体(2)，
-还具有至少两个抗压/抗拉元件(5)，其特征在于，
-该抗压/抗拉元件(5)沿着空心体(2)的一条母线贴靠在这个空心体上，并传力连接地与该空心体连接，
-该空心体(2)向着其两个端部具有一个呈尖形收尾的形状，
-所述至少两个抗压/抗拉元件(5)在其端部上传力连接地相互连接。

2.  如权利要求1所述的充气支架(1)，其特征在于，所述至少两个抗压/抗拉元件(5)旋转对称地围绕空心体(2)设置。

3.  如权利要求1或2所述的充气支架(1)，其特征在于，所述至少两个抗压/抗拉元件(5)中的至少一个抗压/抗拉元件仅需承受拉力，并因此由抗拉元件(4)构成；并且所述至少两个抗压/抗拉元件(5)中的至少一个抗压/抗拉元件仅需承受压力，并因此由抗压杆(3)构成，其中所述至少一个抗压杆(3)沿着空心体(2)的一条母线传力连接地固定在该空心体上，其中该空心体在其两个端部上与至少一个抗拉元件(4)传力连接地连接。

4.  如权利要求3所述的充气支架(1)，其特征在于，所述至少一个抗压杆(3)沿着空心体(2)的一条在直径上与一个抗拉元件(4)相反设置的母线延伸，并且传力连接地固定在这个空心体(2)上。

5.  如权利要求1至4中任一项所述的充气支架(1)，其特征在于，所述空心体(2)沿着纵轴线具有基本上为圆形的横截面。

6.  如权利要求1至5中任一项所述的充气支架(1)，其特征在于，所述空心体(2)基本上横向于纵轴线分成多个可以通过压力加载的腔室(10)，其中这些腔室(10)基本上在空心体(2)的整个横截面上延伸。

7.  如权利要求6所述的充气支架(1)，其特征在于，所述腔室(10)具有不同的压力控制，并且向着空心体(2)的端部以比在空心体(2)中间通过更高的压力进行加载。

8.  如权利要求1至5中任一项所述的充气支架(1)，其特征在于，所述空心体(2)分成多个基本上平行于纵轴线的、通过压力加载的腔室(10)，其中这些腔室(10)基本上在空心体(2)的整个长度上延伸。

9.  如权利要求1至8中任一项所述的充气支架(1)，其特征在于，在两个端部上存在终端块(9)，在该终端块上传力连接地固定抗压杆(3)、抗拉元件(4)和抗压/抗拉元件(5)。

10.  如权利要求1至9中任一项所述的充气支架(1)，其特征在于，所述抗压/抗拉元件(5)是弯曲弹性的，并且该支架(2)在非压力加载状态下可以卷到一起或叠在一起。

11.  如权利要求1至10中任一项所述的充气支架(1)，其特征在于，所述抗压/抗拉元件(5)在空心体(2)上的固定通过
-多个围绕空心体(2)导引的、且固定在抗压/抗拉元件(5)上的条带来产生，或者
-通过凹袋来产生，在其中导入抗压/抗拉元件(5)，或者
-通过边缘加强部位连接机构来产生。

12.  如权利要求1至11中任一项所述的充气支架(1)，其特征在于，所述空心体(2)由一个外套(7)和至少一个装入到该外套中的内胆(11)组成，其中外套(7)由弹性的且少伸长的材料制成，而内胆(11)由一种气密的弹性薄膜制成。

13.  如权利要求6至8及12中任一项所述的充气支架(1)，其特征在于，所述空心体的外套(7)通过网(12)分成多个腔室(10)。

14.  如权利要求1至13中任一项所述的充气支架(1)，其特征在于，所述支架(1)具有一个圆弧形的形状。

15.  如权利要求14所述的充气支架(1)，其特征在于，所述圆弧形支架(1)的端部通过一个外部的不贴靠在空心体(2)上的抗拉元件(14)进行连接。

16.  将如权利要求1至15中任一项所述的充气支架(1)作为地上和地下建筑中的支架元件的应用。

17.  将至少两个如权利要求1至15中任一项所述的充气支架(1)作为桥梁的应用，其中行驶道路结构(13)铺设在位于上方的抗压/抗拉元件(5)上，并且固定在该抗压/抗拉元件上。

充气支架
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的充气支架。
例如由与本发明相同的申请人的US 3,894,307(D1)和WO01/73245(D2)已知许多可充气的空心体形式的充气支架。如果这样一种支架横向地承受负荷，则要解决的任务首先是，在不弯曲的情况下承受所产生的拉力和推力。
在D2中通过一个抗压杆承受轴向压力，而通过两个螺旋形围绕空心体盘绕的、且固定在抗压杆端部上的抗拉元件承受轴向拉力。在那里所述的结构元件的充气部分的任务是，使抗压杆防止弯曲地稳定化。
在D1中多个空心体并联地结合成一个桥。在此通过一个弹性的、包围所有空心体的外套承受拉力，通过由元件并联而成的桥板承受压力。这些元件侧面固定在包围空心体的外套上，并因此防止弯曲。
D2是最接近本发明的文献。在D2中公开的充气结构元件具有至少两个、根据其围绕空心体的圈数、与结构元件的长度相比相对较长的抗拉元件。这一点在负荷下产生比在使用较短的抗拉元件时更大的挠度。此外位于结构元件上方的且不位于该结构元件最外端上的节点为了承受支承力使用比支架相对费事的支承结构。在D1中所述抗拉元件是一个大面积的外套，它只能承受有限的拉力，并且只能以高的技术费用张紧。
本发明的目的是，实现具有抗拉和抗压元件的充气支架，该充气支架具有一个高的抗弯强度，能够简单且经济地加工，易于拼接成复杂的构件和建筑，如屋顶和桥，可以非常迅速地实现其构建，并且它们可以通过简单的方式和方法与传统的建筑结构相结合。
这个目的通过在权利要求1特征部分中的必要特征得以实现，在从属权利要求中给出其它优选的改进方案。
下面借助于附图通过多个实施例详细描述本发明的主题。附图中：
图1a，b以侧视图和横截面图简示出一个充气支架的第一实施例，
图2a，b以侧视图和横截面图简示出一个充气支架的第二实施例，
图3a，b以另一轴侧图和横截面图简示出一个充气支架的第三实施例，
图4a，b以侧视图简示出一个充气支架的第四实施例的卷起状态和鼓起状态，
图5以侧视图简示出抗压/抗拉元件的传力连接的一个第一实施例，
图6以侧视图简示出抗压/抗拉元件的传力连接的一个第二实施例，
图7以俯视图简示出一个抗压/抗拉元件的一个实施例，
图8-10以侧视图简示出空心体形状的三个实施例，
图11-13以纵向截面图简示出分成多个压力室的空心体的三个实施例，
图14以侧视图简示出一个充气支架的一种第五实施例，
图15a-c简示出多个充气支架连接的第一实施例。
图1简示出本发明构思的第一实施例。一个支架1由一个向着端部呈尖形收尾的、纵长延伸的空心体2、一个抗压杆3和一个抗拉元件4组成。该空心体2通过一个由气密的、弹性的、少伸长的材料制成的外套7而构成。因为这些特性难以在一种材料中统一，所以空心体2以优选的方式由一个外部的、少伸长的、弹性的外套7和一个内部的气密的弹性的内胆构成。该空心体2能够通过一个阀门6由压力气体加载。不仅抗压杆3而且抗拉元件4都沿着空心体2的直径上相互相反设置的母线贴靠在该空心体上。所述抗压杆3通过适当的机构沿着这个母线与空心体2传力连接地进行连接。这例如可以通过边缘加强部位连接机构(Kederverbindung)、凹袋(Tasche)或多个围拢空心体2的条带实现。所述抗拉元件4的端部传力连接地固定在抗压杆3地端部上。充气支架1的这种第一实施例适用于压力仅仅在一个方向上作用于支架1的场合。例如这个支架主要适用于桥梁，在其上施加桥自重的重力和工作负荷。所述抗压杆3和抗拉元件4位于负荷矢量的作用平面中，该负荷矢量作用于抗压杆3上，并指向抗拉元件4的方向。所述空心体2防止抗压杆3弯曲，由此使抗压杆3的材料可以承受直到屈服极限的负荷。这个屈服极限位于一个远高于一根杆的弯曲负荷的作用力的情况下。此外该空心体2使抗压杆3与抗拉元件4在空间上相互分开。这样一种结构在高的承载可能性时的特征是微少的材料消耗和轻微的重量。图1a示出一个侧视图，图1b示出截面AA。
图2示出另一充气支架1的一种第二实施例，它例如可以用于屋顶结构。在强风作用下，可能对一个屋顶的部位施加强大的抽吸力，该抽吸力在垂直方向上更多地平衡所述负荷力。这对于这样使用的支架1导致一个相反的力作用。在图2中仅使图1中位于下面的唯一的抗拉元件4替换成一个抗压/抗拉元件5；即一个元件，它不仅可以承受压力而且承受拉力。一个抗压/抗拉元件5的最简单和最常见的情况是一个第二抗压杆3。例如这样一种杆可以由钢材或铝材制成，因为这些材料具有相似良好的抗拉和抗压特性。而对于具有良好抗压特性但是抗拉特性不足的材料可以通过拉绳进行预紧，由此使它们也可以用于承受拉力。一个通过这种方法抗拉的材料的示例是通过钢索预紧的混凝土。在图2中两个抗压/抗拉元件5沿着两个直径上相反的母线包围所述空心体2。所述抗压/抗拉元件5仍然固定在母线上，用于防止在负荷下弯曲。所述抗压/抗拉元件5在其端部上相互连接，并且根据负荷方向作为抗拉元件或抗压元件。在本发明构思中包括，所述两个抗压/抗拉元件5在其特性上可以区分成抗压元件或抗拉元件。例如可以这样选择抗压/抗拉元件5，使得上面的元件比下面的元件承受更大的压力。图2a示出一个侧视图，而图2b示出截面BB。
在图3中示出本发明构思的一个第三实施例。在上述实施例中所述支架1主要在垂直平面中承受负荷。但是如果一个支架1垂直竖立并作为柱子使用时，则横向力基本不再仅仅在一个平面中出现，而是可以从所有侧面以近似的大小作用于支架，例如风力。为了可以承受所有侧面的作用力，在图3中的支架1具有三个抗压/抗拉元件5，它们均匀地围绕空心体2的横截面分布，并且仍然沿着母线固定在该空心体上，并且在其端部上传力连接地相互连接。在使用这样一种支架1作为承载柱时，在其上还作用一个轴向负荷。在本发明构思中，包括具有多于三个围绕空心体2分布的抗压/抗拉元件5的实施例。图3a示出一个轴侧图，而图3b示出横截面CC。
在图4中示出，当抗压/抗拉元件5由弯曲弹性的材料制成的时候，如何可以将具有已排空的空心体2的完整支架1例如为了运输或库存而卷绕在一起。图4a示出具有已排空的空心体2的卷绕在一起的支架1，而在图4b中以缩小的比例示出具有压力加载的空心体2的准备好使用的支架1。具有已排空的空心体2和弯曲弹性的抗压/抗拉元件5或抗压杆3的支架1也可以折叠成例如S形。
在图5和6中示出在支架1的端部上用于连接抗压/抗拉元件5的不同方法。在图5中抗压/抗拉元件5通入到一个终端块9中，它例如可以包围空心体2的端部。在终端块9中例如可以固定一个轴8，用于使支架拼合到一个结构组合物中；或者可以使终端块9这样构成，使它可以直接放置在一个轴承上。
在图6中所述抗压/抗拉元件5的端部通过一个轴8连接。
图7示出一个抗压/抗拉元件5的一个优选的实施例，该元件向着端部具有一个更宽的横截面，并因此具有一个更高的抗弯强度。该抗压/抗拉元件5的这种结构考虑到这种状况：所述抗压/抗拉元件5在支架1的端部上必需承受比在支架1中间更大的弯矩。在图6中向着抗压/抗拉元件5的端部通过一个更大的横截面实现所述抗压/抗拉元件5的更高的抗弯强度。
图8至10示出空心体2的不同实施例。所述空心体2的横截面基本上在整个长度上是圆形的。而在本发明构思中同样可以包括其它的形状或者根据长度变化的横截面，例如一个扁平的空心体横截面用于改善侧面稳定性。图8示出一个非对称的空心体2的实施例，它在支架1的顶面上具有更大的拱曲，并具有一个较为平坦地拱曲的底面。具有这样成形的空心体2的支架1在作为单侧负荷的桥梁使用时具有一个特别小的挠度。图9示出一个围绕纵轴线旋转对称地构成的空心体2。在此它基本上是一个圆柱形的、具有形成尖端端部的管。在图10中的空心体2在纵向截面中具有一个水滴形状。
在图11至13中示出具有分成多个腔室10的空心体的不同实施例。在图11中使空心体横向于纵轴线分成多个腔室10，它们占据空心体2的整个横截面。这些腔室10可以通过不同的压力进行加载。在实施例中示出一个具有三个压力控制(Druckregime)的变型。即：P0＜P1＜P2＜P3。压力向着支架1的端部增加。在图12中空心体2被分成多个基本平行于纵向的腔室10，它们基本上在空心体2的整个长度上延伸。图13示出纵向分开的和横向分开的腔室10的一种组合情况。在图11至13中所示的实施例中，空心体都由一种弹性的、少伸长的外套7制成，例如由芳香族聚酰胺加固的织物制成。在这种可微小伸长的外套7中装入多个由少伸长的、气密的材料制成的内胆11。附加地可以在外套7中嵌入网12，用于使压力加载的内胆11的位置可基本固定，并且防止所述内胆11在外套7内部移动。为了看出这一点在图11中示出支架1的一个侧面。但是也可以设想并按照本发明使一个具有气密的网12的气密外套7分成多个腔室10，如同12，13所示的那样。图14示出按照本发明构思的另一实施例。一个如图2所示的支架1圆弧形地向上弯曲，并因此具有一个凹下的底面和一个凸起的顶面。该支架1的两个端部的距离或者可以通过张紧端部固定在支座上、或者主要通过一个外部的抗拉元件14进行固定。在这个支架1从上面承载时，所述两个抗压/抗拉元件5承受压力，而拉力由支座或抗拉元件14承受。
在图15a-c中示出充气支架1在构建一个桥时的应用示例。两个按照图1的实施例构成的支架1通过一个使它们连接的、贴靠在抗压杆3上的行驶道路结构13组合成一个轻型结构桥。本领域技术人员已知不同的方法如何可以使这样一种行驶道路例如通过纤维强化塑料以层式结构方式制成。因此在这里不再对此详细描述。图15a以俯视图示出桥，图15b示出截面DD而图15c示出截面EE。