CN111188413A - 一种平面折叠单元、可折叠组拼式铝合金支承结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种平面折叠单元、可折叠组拼式铝合金支承结构。一种平面折叠单元，包括横杆、第一立杆、第二立杆、第一斜杆和第二斜杆；第一立杆、第二立杆分别铰接在横杆的两端；第一斜杆的两端分别铰接在横杆和第一立杆上，第一斜杆可折叠，第一斜杆有第一固定装置，当第一斜杆展开时，第一固定装置可使第一斜杆保持展开状态；第二斜杆的两端分别铰接在横杆和第二立杆上，第二斜杆可折叠，第二斜杆有第二固定装置，当第二斜杆展开时，第二固定装置可使第二斜杆保持展开状态。本发明一种平面折叠单元、基于力学性能优化的可折叠组拼式铝合金支承结构，解决现有临时结构支承体系单一，构件间距过小，结构安装效率低，性能不稳定的问题。

Description

一种平面折叠单元、可折叠组拼式铝合金支承结构

技术领域

本发明涉及一种平面折叠单元、基于力学性能优化的可折叠组拼式铝合金 支承结构。

背景技术

随着物质生活水平的极大提高，群众对体育、文化需求越来越迫切，相应 临时性演出、赛事不断，而诸如临时看台，临时舞台等针对演出与赛事搭建的 各种临时结构设施的需求也越来越大。

当前诸如临时看台，临时舞台与临时滑雪道等支承结构多是由模板支架结 构移植过来。虽然结构支承部分与模板支架类似，但结构整体形式与所受荷载 已发生较大改变，这也是临时结构在应用过程中事故频发的主要原因之一，给 临时结构进一步拓展应用带来不利影响。由于临时看台与临时舞台结构需要承 担大量人群活动，结构的安全性要求相比模板支架也需要进一步提高。而且， 这种结构形式杆件较多，安装速度较慢。根据现有模板支架的结构形式与相关 规范要求，杆件间距一般不超过1.5m，进而导致由杆件结构填充的空间无法得 到有效利用，对结构安全性的检查也十分不便。

若要在保证临时结构优势的同时，进一步提高结构安全性，就需要针对临 时结构特性，开发专门的支承体系，并且根据临时结构的部分共性，提高结构 的灵活性。

发明内容

为解决上述背景技术中存在的问题，本发明提出一种平面折叠单元、基于 力学性能优化的可折叠组拼式铝合金支承结构，解决现有临时结构支承体系单 一，构件间距过小，结构安装效率低，性能不稳定的问题。

本发明解决上述问题的技术方案是：

一种平面折叠单元，其特殊之处在于：

包括横杆、立杆和斜杆，

立杆包括第一立杆、第二立杆，斜杆第一斜杆和第二斜杆；

所述第一立杆、第二立杆分别铰接在横杆的两端，第一立杆、第二立杆、 横杆处于同一平面，第一斜杆和第二斜杆分别位于该平面的两侧；

第一斜杆的两端分别铰接在横杆和第一立杆上，所述第一斜杆可折叠，第 一斜杆有第一固定装置，当第一斜杆展开时，第一固定装置可使第一斜杆保持 展开状态；第二斜杆的两端分别铰接在横杆和第二立杆上，所述第二斜杆可折 叠，第二斜杆有第二固定装置，当第二斜杆展开时，第二固定装置可使第二斜 杆保持展开状态。

进一步地，上述第一斜杆包括第一上斜杆和第一下斜杆，所述第二斜杆包 括第二上斜杆和第二下斜杆；

所述第一立杆、第二立杆的一端分别与横杆的两端通过销轴连接；

第一上斜杆的上端通过销轴连接在横杆上靠近第二立杆一侧，下端与第一 下斜杆的上端分别通过销轴连接在第一U形槽内，第一下斜杆的下端与第一立 杆的下部通过销轴连接；第二上斜杆的上端通过销轴连接在横杆上靠近第一立 杆一侧，下端与第二下斜杆的上端分别通过销轴连接在第二U形槽内，第二下 斜杆的下端与第二立杆的下部通过销轴连接；

所述第一固定装置为第一套筒，所述第一套筒套设在第一上斜杆上，第一 套筒可在第一上斜杆上滑动，第一套筒的两侧分别设有长圆形孔，第一上斜杆 上设有至少两个固定销轴，固定销轴的两端分别卡在第一套筒两侧的长圆形孔 内，固定销轴用于限制套筒的滑动路径；

所述第二固定装置为第二套筒，所述第二套筒套设在第二上斜杆上，第二 套筒可在第二上斜杆上滑动，第二套筒的两侧分别设有长圆形孔，第二上斜杆 上设有至少两个固定销轴，固定销轴的两端分别卡在第二套筒两侧的长圆形孔 内，固定销轴用于限制套筒的滑动路径；

所述第一立杆、第二立杆上分别至少设有一个连接片。

进一步地，上述平面折叠单元还包括U形扣，所述U形扣由三个U形槽构 成，两侧的U形槽能够绕中间的U形槽自由转动，两侧的U形槽分别扣在第一 上斜杆和第二上斜杆上，通过螺栓穿过U形扣、第一上斜杆和第二上斜杆进行 连接。

进一步地，上述第一立杆、第二立杆上均设有两个连接片，两个连接片分 别位于所述第一立杆、第二立杆上的三分点处。

另外，本发明还提出了一种可折叠组拼式铝合金支承结构，其特殊之处在 于，包括在水平方向或垂直方向连接的多个空间支撑体，

每个空间支撑体包括八个连接盘，每个连接盘上至少有四个安装孔，八个 连接盘通过四个上述平面折叠单元构成长方体框架结构；每个平面折叠单元立 杆的端部固定在其对应的连接盘上的安装孔内。

进一步地，还包括连接环，所述连接环表面设有连接孔，

组拼式铝合金支承结构中两相邻的立杆的连接片朝向相反，相邻立杆的连 接片上下插入连接环的连接孔内，实现平面折叠单元的进一步连接。

进一步地，上述连接盘外侧对应安装孔处设有螺栓孔，可用螺栓穿过螺栓 孔固定立杆和连接盘。

进一步地，上述连接盘上还设有减重孔。

本发明的优点：

(1)可折叠组拼式铝合金支承结构采用折叠单元和连接节点组拼的方式连 接，能够为多种临时结构提供支承结构，提高了结构的灵活性；

(2)平面折叠单元可折叠，减小了构件存放和运输时的占用空间，提高了 空间利用效率和运输的便捷性；

(3)可折叠组拼式铝合金支承结构中，连接盘与立杆形成组合柱，提高了 立杆受力的稳定性，增大了层高和杆件间距，为下部空间的利用提供了结构上 的可能，通过力学性能优化，获取了两连接环时连接环的最优布置位置；

(4)可折叠组拼式铝合金支承结构中，通过连接片对连接环的上下插接， 提高了结构的整体性。

附图说明

图1是平面折叠单元结构图；

图2是图1中A处放大图；

图3是图1中B处放大图；

图4是图1中C处放大图；

图5是图4去掉套筒的结构图；

图6是U形扣结构图；

图7是平面折叠单元展开过程示意图；

图8连接盘结构示意图；

图9是连接环结构示意图；

图10是可折叠组拼式铝合金支承结构中装配示意图；

图11是图10中连接盘D处放大图；

图12是图10中连接盘E处放大图。

其中，1、横杆；2、第一立杆；3、第二立杆；

4、第一斜杆；41、第一上斜杆；42、第一下斜杆；

5、第二斜杆；51、第二上斜杆；52、第二下斜杆；

6、第一U形槽；7、第二U形槽；8、第一套筒；9、固定销轴；10、第二 套筒；11、连接片；12、U形扣；13、连接盘；14、安装孔；15、连接环；16、 螺栓孔。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发 明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。 基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图 中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范 围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域 普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属 于本发明保护的范围。

实施例一：

参见图1-图6，一种平面折叠单元，包括横杆1、立杆和斜杆。

立杆包括第一立杆2、第二立杆3，斜杆包括第一斜杆4和第二斜杆5。其 中，第一立杆2、第二立杆3结构相同，第一斜杆4和第二斜杆5结构相同。第 一立杆2是由矩形管，端部连接头和连接片组成，连接头一头为方形，插入矩 形管内并固定，一头为圆形；横杆1也是通过矩形管与连接头连接实现，横杆1 与立杆是通过销轴连接，可自由转动。

所述第一立杆2、第二立杆3分别铰接在横杆1的两端，第一立杆2、第二 立杆3、横杆1处于同一平面，第一斜杆4和第二斜杆5分别位于该平面的两侧。

第一斜杆4的两端分别铰接在横杆1和第一立杆2上，所述第一斜杆4可 折叠，第一斜杆4有第一固定装置，当第一斜杆4展开时，第一固定装置可使 第一斜杆4保持展开状态；第二斜杆5的两端分别铰接在横杆1和第二立杆3 上，所述第二斜杆5可折叠，第二斜杆5有第二固定装置，当第二斜杆5展开 时，第二固定装置可使第二斜杆5保持展开状态。

所述第一斜杆4包括第一上斜杆41和第一下斜杆42，所述第二斜杆5包括 第二上斜杆51和第二下斜杆52；所述第一立杆2、第二立杆3的一端分别与横 杆1的两端通过销轴连接；第一上斜杆41的上端通过销轴连接在横杆1上靠近 第二立杆3一侧，下端与第一下斜杆42的上端分别通过销轴连接在第一U形槽 6内，第一下斜杆42的下端与第一立杆2的下部通过销轴连接；第二上斜杆51 的上端通过销轴连接在横杆1上靠近第一立杆2一侧，下端与第二下斜杆52的 上端分别通过销轴连接在第二U形槽7内，第二下斜杆52的下端与第二立杆3 的下部通过销轴连接。

所述第一固定装置为第一套筒8，所述第一套筒8套设在第一上斜杆41上， 第一套筒8可在第一上斜杆41上滑动，第一套筒8的两侧分别设有长圆形孔， 第一上斜杆41上设有至少两个固定销轴9，固定销轴9的两端分别卡在第一套 筒8两侧的长圆形孔内，固定销轴9用于限制套筒的滑动路径。

所述第二固定装置为第二套筒10，所述第二套筒10套设在第二上斜杆51 上，第二套筒10可在第二上斜杆51上滑动，第二套筒10的两侧分别设有长圆 形孔，第二上斜杆51上设有至少两个固定销轴9，固定销轴9的两端分别卡在 第二套筒10两侧的长圆形孔内，固定销轴9用于限制套筒的滑动路径。

所述第一立杆2、第二立杆3上分别至少设有一个连接片11。连接片11是 用铆钉与矩形管连接。

所述U形扣12由三个U形槽构成，两侧的U形槽能够绕中间的U形槽自由 转动，两侧的U形槽分别扣在第一上斜杆41和第二上斜杆51上，通过螺栓穿 过U形扣12、第一上斜杆41和第二上斜杆51进行连接。

平面折叠单元的折叠过程如图7所示。初始状态为折叠状态，一根立杆和 横杆1紧密贴合，另一根立杆与上一根立杆贴合，两斜杆并列放置，第一套筒8 和第二套筒10在斜杆端部，斜杆与其对应的U形槽的长度方向基本垂直。打开 时，先绕横杆1旋转外侧立杆，斜杆会跟随立杆运动，当旋转角度大约为60度 时，旋转另一根立杆，至半打开状态。当两立杆都旋转至与横杆1平行，斜杆 为直线状态，此时滑动两个套筒，使其将上下斜杆连接处完全包裹并有一定延 伸，上下斜杆无法发生相对转动。然后将U形扣12卡在两上斜杆交叉处，并用螺栓固定。

实施例二：

参见图10，一种可折叠组拼式铝合金支承结构，包括在水平方向或垂直方 向连接的多个空间支撑体，每个空间支撑体包括八个连接盘13，每个连接盘13 上至少有四个安装孔14，八个连接盘13通过四个如上述的平面折叠单元构成长 方体框架结构；每个平面折叠单元立杆的端部固定在其对应的连接盘13上的安 装孔14内。

可折叠组拼式铝合金支承结构安装时，先根据需要在地面上放置底部连接 盘13，然后将连接片11朝上的平面折叠单元打开并插入连接盘13内，连接片 朝上的平面折叠单元处于同一平面内，然后插入连接环15。接着安装连接片11 朝下平面折叠单元，在立杆插入连接盘13的同时将连接片插入连接环15，待底 层所有单元安装完毕，开始插入上部连接盘13，然后继续安装上部结构。结构 连接盘13处连接节点与连接环15处连接节点如图11、12所示，固定在一个连 接盘13中的立杆，其两相邻两立杆的连接片11朝向相反，相邻立杆的连接片 11上下插入连接环15的连接孔内，实现平面折叠单元的进一步连接。

参见图8，连接盘13是八边形体，连接盘13有四个安装孔14，其余孔为 减重孔，外侧对应安装孔14处设有螺栓孔16，可用螺栓穿过螺栓孔16将立杆 和连接盘13进行固定。

参见图9，连接环15是八边形体，有四个矩形孔，供连接片11插入。

本发明可折叠组拼式铝合金支承结构通过平面结构折叠，事先将横杆、立 杆和斜杆连接，现场只需将折叠结构打开，提高了现场安装效率。通过平面折 叠单元的安装，结构整体立柱截面要大于横杆与斜杆截面，通过连接盘和连接 环的约束作用，进一步提高了该组合立柱的稳定性，提高了结构整体承载力。 通过连接环上下插入的连接方式，能够将一层的平面折叠单元连接为整体，即 使在连接盘处不采用横向螺栓连接，对于一般高宽比的结构，也能保证结构的 抗拔能力，这样便能省去螺栓连接时间，进一步提高效率。

本发明可折叠组拼式铝合金支承结构通过调整构件截面尺寸，可以作为临 时看台，临时舞台，临时滑雪平台和简易房屋的支承结构。

实施例三：

本实施例与实施例二不同的是连接环在立杆三分点处设置两个。

为验证连接环对结构稳定性的提升作用，针对由连接环15连接的四根铝合 金矩形管(立杆)组成的组合柱，进行了轴向稳定性试验，试验在液压试验机 进行加载，采用位移控制，加载速率为0.1mm/min，矩形管横截面为 50mm×50mm×3mm，材料为6061-T6铝合金，高度为2500mm，试验得到构件的破 坏模式如下图所示。由图可知，连接环的设置，减小了各矩形管之间的相对变 形，提高了各矩形管之间的协同工作能力，在设置两个连接环时，触发了管件 的局部屈曲。无连接环时，柱的轴向承载力为195.52kN，设置一个连接环时为 222.38kN，设置两个连接环时，为242.25kN，承载力大大提高。

更进一步，采用ABAQUS建立此柱的有限元模型，通过对不同高度柱的模拟， 得到当连接环15上下对称布置时，当两连接环15间距与柱高比值为0.4时， 柱的轴向承载力达最大值，此时为最优连接环布置位置。

实施例四：本实施例与实施例三和二不同的是连接盘和连接环处不用螺栓 连接。

实施例五：本实施例与实施例二至四不同的是去掉中部连接环15和连接片 11。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，本领域的 技术人员其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行调节，或者对其中 部分技术特征进行等同替换。所以，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明 权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种平面折叠单元，其特征在于：

包括横杆(1)、立杆和斜杆，

立杆包括第一立杆(2)、第二立杆(3)，斜杆包括第一斜杆(4)和第二斜杆(5)；

所述第一立杆(2)、第二立杆(3)分别铰接在横杆(1)的两端，第一立杆(2)、第二立杆(3)、横杆(1)处于同一平面，第一斜杆(4)和第二斜杆(5)分别位于该平面的两侧；

第一斜杆(4)的两端分别铰接在横杆(1)和第一立杆(2)上，所述第一斜杆(4)可折叠，第一斜杆(4)有第一固定装置，当第一斜杆(4)展开时，第一固定装置可使第一斜杆(4)保持展开状态；第二斜杆(5)的两端分别铰接在横杆(1)和第二立杆(3)上，所述第二斜杆(5)可折叠，第二斜杆(5)有第二固定装置，当第二斜杆(5)展开时，第二固定装置可使第二斜杆(5)保持展开状态。

2.根据权利要求1所述的一种平面折叠单元，其特征在于：

所述第一斜杆(4)包括第一上斜杆(41)和第一下斜杆(42)，所述第二斜杆(5)包括第二上斜杆(51)和第二下斜杆(52)；

所述第一立杆(2)、第二立杆(3)的一端分别与横杆(1)的两端通过销轴连接；

第一上斜杆(41)的上端通过销轴连接在横杆(1)上靠近第二立杆(3)一侧，下端与第一下斜杆(42)的上端分别通过销轴连接在第一U形槽(6)内，第一下斜杆(42)的下端与第一立杆(2)的下部通过销轴连接；第二上斜杆(51)的上端通过销轴连接在横杆(1)上靠近第一立杆(2)一侧，下端与第二下斜杆(52)的上端分别通过销轴连接在第二U形槽(7)内，第二下斜杆(52)的下端与第二立杆(3)的下部通过销轴连接；

所述第一固定装置为第一套筒(8)，所述第一套筒(8)套设在第一上斜杆(41)上，第一套筒(8)可在第一上斜杆(41)上滑动，第一套筒(8)的两侧分别设有长圆形孔，第一上斜杆(41)上设有至少两个固定销轴，固定销轴的两端分别卡在第一套筒(8)两侧的长圆形孔内，固定销轴用于限制第一套筒(8)的滑动路径；

所述第二固定装置为第二套筒(10)，所述第二套筒(10)套设在第二上斜杆(51)上，第二套筒(10)可在第二上斜杆(51)上滑动，第二套筒(10)的两侧分别设有长圆形孔，第二上斜杆(51)上也设有至少两个固定销轴，固定销轴的两端分别卡在第二套筒(10)两侧的长圆形孔内，固定销轴用于限制第二套筒(10)的滑动路径；

所述第一立杆(2)、第二立杆(3)上分别至少设有一个连接片(11)。

3.根据权利要求2所述的一种平面折叠单元，其特征在于：

所述平面折叠单元还包括U形扣(12)，所述U形扣(12)由三个U形槽构成，两侧的U形槽能够绕中间的U形槽自由转动，两侧的U形槽分别扣在第一上斜杆(41)和第二上斜杆(51)上，通过螺栓穿过U形扣(12)、第一上斜杆(41)和第二上斜杆(51)进行连接。

4.根据权利要求2所述的一种平面折叠单元，其特征在于：

所述第一立杆(2)、第二立杆(3)上均设有两个连接片(11)，两个连接片(11)分别位于所述第一立杆(2)、第二立杆(3)上的三分点处。

5.一种可折叠组拼式铝合金支承结构，其特征在于：包括在水平方向或垂直方向连接的多个空间支撑体，

每个空间支撑体包括八个连接盘(13)，每个连接盘(13)上至少有四个安装孔(14)，八个连接盘(13)通过四个如权利要求1-3所述的平面折叠单元构成长方体框架结构；每个平面折叠单元立杆的端部固定在其对应的连接盘(13)上的安装孔(14)内。

6.根据权利要求5所述的一种可折叠组拼式铝合金支承结构，其特征在于：

还包括连接环(15)，所述连接环(15)表面设有连接孔；

固定在一个连接盘(13)中的立杆，其两相邻两立杆的连接片(11)朝向相反，相邻立杆的连接片(11)上下插入连接环(15)的连接孔内，实现平面折叠单元的进一步连接。

7.根据权利要求6所述的一种可折叠组拼式铝合金支承结构，其特征在于：

连接盘(13)外侧对应安装孔(14)处设有螺栓孔(16)，可用螺栓穿过螺栓孔(16)将立杆和连接盘(13)进行固定。

8.根据权利要求7所述的一种可折叠组拼式铝合金支承结构，其特征在于：

所述连接盘(13)上还设有减重孔。

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