CN104603379A - 复合开放式/间隔式点阵复合支撑结构及其制造和使用方法 - Google Patents

Abstract

一种栅格支撑结构或塔，包括一个或多个开放式点阵复合支柱构件，该支柱构件连接一系列互锁连接器以产生用于远程通信、监视、可再生能源、照明和能源传输应用的脊状支撑平台。为了容易运输和竖起，本发明的实施方式是伸缩式的。竖起和部署可通过自动或手动展开的方式实现。

Description

复合开放式/间隔式点阵复合支撑结构及其制造和使用方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年5月19日提交的美国临时申请号61/488,041的优先权，该临时申请的内容通过引用被并入本申请。

技术领域

本发明涉及在能够快速部署的塔和桅杆系统的技术领域中使用的栅格支撑结构。在各种实施方式中，本发明的栅格结构被生产并运用在包括（但不限于）可再生能源电力产生、能源/电力输送、通信、监视、照明、安全栅栏和天线支柱的技术领域中。

背景技术

传统的电信和可再生能源产生支撑结构由木材、钢（例如，电镀钢、不锈钢和涂漆钢…）、铝和钢筋混凝土构成。这样的结构非常难以运输且一旦被安装就非常难以拆卸和移动。由于结构和内在高密度及笨重的性质，很难成本有效地在野外移动这些设备。移动这样的设备一般需要大量修建道路以用于运输建筑设备（即，但不限于运土设备、用于地基的混凝土输送车和安装起重机）。此外，很普遍地，建筑/架设地点的道路建筑成本占总工程成本的大部分。此外，在屋顶上和边远地区竖起和使用支撑结构是非常困难的、危险的和昂贵的。

此外，已经研制出了结构支撑架（包括三维复合栅格型结构支撑架）以用于需要提供高强度性能并且材料用量较小的场合。换句话说，高效的结构支撑架可拥有高强度，且同时拥有较低的重量，从而导致高强度/重量比。工程师已经追求了三维复合和标准材料桁架系统很多年，并且还在继续研究和重新设计以实现持续改进。

在碳纤维栅格支撑结构的领域中，这样的系统的基本定义涉及当前使用的三维系统的定义。此外，它涉及所述系统中的结点的结构，该结点将系统的构件连接连接在一起以形成单个较大的单元。例如编织、缠绕、机械紧固、节点旁路等连接连接栅格构件的方法已经在三维结构中使用，在该三维结构中，至少一个连接构件从标准2D笛卡尔平面以弯曲或直线的方式突出以形成3D结构。因此，需要提供一种栅格支撑结构，该栅格支撑结构在本质上是二维的，在形状上是通用的，使用基于纤维的材料被限制到单个笛卡尔平面，并且当在这样的结构的最高处支撑期望的物体时是非常坚固和稳定的。产业上仍然在寻求一种轻质、易于安装、经久耐用、结构稳定且外形美观的支撑结构。

发明内容

本发明的开放式点阵支撑结构包括多个细丝或纤维，该多个细丝或纤维以在多个节点处交叉的交织状态分层，并通过嵌入到一个或多个固化的聚合材料中而置于稳定位置。本发明的开放式/间隔式点阵复合支撑结构的各种实施方式具有伸展和/或收缩收缩的设计，这种设计允许这样的支撑结构为紧凑的以用于成本有效地运输和快速部署，并由于其超轻的然而非常强的结构而被快速部署。本发明的复合支撑结构总体上是重量轻的、耐用的，并提供可代替由重得多的材料（例如木材、钢、铝、钢筋混凝土等）制成的杆或桅杆系统的稳定和有效的结构。

本发明的优点没有限制地包括，由于开放式点阵复合支柱材料具有非常高的强度与重量比，因此以低成本运输以安装是轻便和非常容易的。此外，与由较重的材料（例如金属或木材）制成的塔和桅杆相比，在野外移动这些设备很容易，因为或有明显减小的重量。移动这样的设备一般需要人力和具有中等载荷建筑设备的潜力的小工具。此外，设备基本能够现场部署，而不需要建造批准的道路、不需要倾捯的混凝土和/或不需要使用重型起重机以用于安装。

在普遍的实施方式中，本发明是具有任意开放式栅格复合物的栅格结构（例如，静态或伸缩式塔），从而实现质量减轻、便于安装和降低成本等效果。

附图说明

以下，通过结合带有说明的附图并且以示例的方式详细描述，本发明的其它特征和优点将变得明显；并且，在附图中：

图1A-图1F描绘在二维中可能的结点变型和可选形式，其中所有构件被约束到两个笛卡尔坐标；

图2A-图2B描绘根据本公开的实施方式的以二维栅格支撑结构的矩形形式的示例性实施方式；

图3描绘根据本公开的实施方式的在二维栅格支撑结构中的交叉构件的示例性可选实施方式；

图4A-图4B描绘根据本公开的实施方式的二维栅格支撑结构的可选的示例性实施方式，其中交叉构件具有突出地可选性的对称形状和通用性；

图5A-图5F描绘具有多种交叉构件、边界构件、横向构件和纵向构件的布置方式的二维栅格复合点阵支撑结构的可选的示例性实施方式，该实施方式包括根据本公开的实施方式的位于边界构件之间的所有可能的结点结构；

图6描绘根据本公开的实施方式的二维栅格支撑结构的另一示例性布置；

图7描绘根据本公开的实施方式的显示在二维平面中的结构设计中的通用性的二维栅格支撑结构的另一示例性布置；

图8描绘根据本公开的实施方式的显示在二维平面中的结构设计中的通用性的二维栅格支撑结构的另一示例性布置；

图9描绘根据本公开的实施方式的用于制造包括形成最终产品的期望图案的凹槽的二维栅格支撑结构的基本的卷筒（mandrel）工具；以及

图10描绘根据本公开的实施方式的基本的卷筒工具，该基本的卷筒工具结合有硅树脂或其它类似的材料和用于在固化时向单元施加压力的硬质表面。

图11描绘包括处于预加载状态的执行器凸轮系统的可膨胀工具的一种实施方式；

图12描绘包括处于向外延伸的加载状态的执行器凸轮系统的可膨胀工具的一种实施方式，所述向外延伸的加载状态用于在固化之前进行完全的纤维张紧；注意：板之间的空气间隙；

图13描绘包括处于收缩状态的执行器凸轮系统的可膨胀工具的一种实施方式；

图14描绘处于预加载状态的膨胀/张紧的卷筒核心（mandrel core）的截面立体图；

图15描绘处于收缩状态的可膨胀卷筒的截面立体图；

图16描绘处于预加载状态的包括回转运动卷筒核心（circular motionmandrel core）的可膨胀工具的实施方式；

图17描绘处于向外延伸的加载状态的包括回转运动卷筒核心（circularmotion mandrel core）的可膨胀工具的实施方式，所述向外延伸的加载状态用于在固化之间进行完全的纤维张紧；注意：板之间的空气间隙；

图18描绘处于收缩状态的包括回转运动卷筒核心（circular motionmandrel core）的可膨胀工具的实施方式；

图19是包括套入的连接节段（nested connection section）的两个圆柱型（cylindrical patterned）支柱节段的侧视图；

图20是包括套入的连接节段的三个圆柱型支柱节段的侧视图；

图21是梯形支柱节段的一种实施方式的立体图；

图22a是梯形支柱节段的另一实施方式的立体图；

图22b是梯形支柱节段的另一实施方式的侧视图；

图23a是包括正方形图案的八角形支柱节段的一个实施方式的侧视图；

图23b是包括菱形图案的八角形支柱节段的一个实施方式的侧视图；

图24是包括菱形图案的支柱节段的另一实施方式的侧视图；

图25是包括支撑构件的六角形支柱节段的实施方式的顶视图；

图26a是包括支撑构件的六角形支柱节段的实施方式的立体图；

图26b是包括菱形图案的六角形支柱节段的一个实施方式的顶部立体图；

图26c是六角形支柱节段的一个实施方式的侧视图；

图27是三角形支柱节段的一个实施方式的侧视图；

图28是形成柱（column）的多个互锁（interlocking）三角形支柱节段的一个实施方式的侧视图；

图29是形成柱的多个互锁八角形支柱节段的一个实施方式的立体侧视图；

图30是形成柱的多个互锁六角形支柱节段的一个实施方式的立体侧视图；

图31是形成八角形柱的多个互锁梯形支柱节段的一个实施方式的侧视图；

图32是通过绳索系统（cable system）机械地连接以形成柱的多个互锁支柱节段的一个实施方式的侧视图；

图33是通过绳索系统机械地连接以形成柱的多个互锁梯形支柱节段的一个实施方式的侧视图；

图34是由梯形支柱形成的快速部署伸缩式塔的立体图；

图35是由圆柱形支柱形成的快速部署伸缩式塔的立体图；

图36是伸缩式塔的用于自身驱动竖起的绳索滑轮机构的侧视图；

图37是伸缩式塔的用于自身驱动竖起的绳索滑轮机构的另一侧视图；

图38是伸缩式塔的一个实施方式的用于自身竖起的气动泵系统的侧视图；

图39是用于部署伸缩式塔的一个实施方式的气动式、液压式或机械式螺旋起重装置的侧视图；

图40是多支柱栅格结构中的包括锁销的互锁连接器的立体侧视图；

图41是多支柱栅格结构中的包括锁销的互锁连接器的立体侧视图；

图42是多支柱栅格结构中的用于重载荷应用的45度快速锁定螺纹连接器的透视立体图；

图43是多支柱栅格结构中连接支柱节段的用于重载荷应用的45度快速锁定螺纹连接器的侧视图；

图44是多支柱栅格结构中的用于连接支柱节段的单突耳（凸片（debris））用户友好型45度快速锁定连接器的侧视分解图；

图45是多支柱栅格结构中的用于连接支柱节段的快速锁定连接器的侧视图；

图46是用于连接支柱的伸缩式连接器的侧视图；

图47是锥形连接器组件（tapered connector assembly）的侧视图；

图48是可膨胀突耳连接器组件的侧视图；

图49是可膨胀突耳连接器组件的立体图；

图50是包括用于膨胀的螺旋状缝隙的可膨胀突耳连接器组件的侧视图；

图51是连接到T形条转座的栅格结构的侧视图；

图52是连接到T形条转座的栅格结构的侧视图，其中塔处于收缩状态；

图53是T形条转座的立体图；

图54是连接到适合于T形条转座的连接器的栅格结构的立体图；

图55是连接到两件式凸缘支架延伸部（two-piece flange mountextension）的栅格结构的侧视图；

图56是替代混凝土的、用于建立底座的螺旋墩（helical pier）的侧视图；

图57是与转座邻接的螺旋墩的立体图；

图58是包括锥形铰链支架（tapered hinge mount）的螺旋墩的立体图；

图59是包括锥形铰链支架的螺旋墩的立体图，其中螺旋墩处于打开状态；

图60是包括螺旋墩的电杆栅格结构（power pole lattice structure）的立体图；

图61是与通信盘（communications dish）结合的太阳能电池板支架（solarpaned mount）的立体图；

图62是太阳能电池板支架的侧视图；

图63是与通信盘结合的太阳电池板支架的侧视图；

图64是连接到栅格塔的卫星和微波盘的侧视图；

图65是快速部署塔上的卫星和监视摄像机封装的侧视图；

图66是连接到快速部署塔的能量块和摄像机的侧视图；

图67是连接到快速部署塔的卫星天线的侧视图；

图68是连接到快速部署塔的双通信盘的侧视图；以及

图69是连接到快速部署塔的实施方式的涡轮系统。

现在将参考所示的示例性实施方式，这里将通过具体的语言描述这些实施方式。然而，应该理解，这些描述不用于限制本发明的范围。

具体实施方式

下面描述的本发明的实施方式并不用于穷举本发明或将本发明限制到在下面的详细描述中公开的精确形式。更确切地，选择和描述实施方式的目的在于使得本领域中的其他技术人员可认识到和理解本发明的原理和实践。

现在更详细地参考本发明，本发明的开放式栅格复合点阵支撑结构包括多个纤维/聚合物构件（例如纤维/聚合物股、带、弦…），该纤维/聚合物构件包括多个细丝或纤维，所述纤维/聚合物构件以在多个节点处交叉的交织状态分层。复合构件的细丝或纤维通过嵌入到一个或多个固化的聚合材料内置于稳定位置。此外，在本发明的各种实施方式中，纤维/聚合物复合物在被放置在可膨胀制造装置（例如，可膨胀卷筒）上的通道内时被固化。在其它实施方式中，装置可支撑复合构件，而没有穿过卷筒表面上凸起的点到点位置的、用于在张力作用下，将纤维悬挂在大气中的通道。可膨胀装置可以在固化聚合物之前从栅格结构的内部向外施加压力，从而对纤维聚合物复合物的施加向外的膨胀压力。在施加向外的压力的同时，使用辐射或其它交联剂固化聚合材料，从而形成本发明的栅格结构。已发现，在固化时，施加在细丝或纤维上的向外的压力能够预加载聚合物外壳内的纤维，并且有利于使细丝/纤维变直，从而使细丝/纤维产生张力，该张力在纤维/聚合物复合物中产生的额外的强度和稳定性。在其它实施方式中，可在固化过程期间通过使用旋转离心力来施加压力。在又一些其它实施方式中，压力可通过外壳（例如蛤壳式外壳）的闭合经由施加在纤维/聚合物复合物和卷筒周围的固体机械压力，而施加到复合构件。

现在转到关于多层节点的加强的更具体的细节，已经认识到，纤维越紧密地保持在一起，它们就越能够一致地作为单个单元而不是一组纤维发挥作用。在复合物中，当多个定向路径被在笛卡儿二维平面中分层的单向纤维组占据时，树脂能够有利于在交叉支撑本身的区段中和在多层节点处（将纤维保持得彼此靠近。在本公开的细丝缠绕系统中，复合物纤维束或带（或其它形状的细丝）可使用实心卷筒（例如，如下所述的向外膨胀的卷筒）缠绕并成形，然后使用整合力（例如压力）迫使复合纤维整合在一起。在施加这个力（例如压力）的情况下，可以使用一种或多种固化剂和/或交联剂或固化方法和/或交联方法（例如，使用辐射或交联剂）以融合多层节点，从而产生紧密加强的多层节点。因此，在各种实施方式中，通过压力将多层节点紧密地保持在位置上，且在施加压力的情况下，可以将多层节点（包括细丝或纤维材料和树脂）熔化或固化，在一些实施方式中使用辐射和/或交联剂，使多层节点具有比其它系统更高的紧凑度和坚固度。

此外，通过使用具有用于放置单向纤维的特定的切割路径的刚性卷筒，使得多层节点在加强过程期间保持紧密。放置在纤维上的传统的工业标准袋、基于聚脲的产品（polyurea-based products）或其它装袋材料（baggingmaterials）可作为压力介质，以用于将纤维推到实心卷筒的凹槽中，并且能够消除使用其它方法可能出现的任何孔隙。此外，已经发现，通过使用如下所述的可膨胀卷筒而产生的向外压力有益于纤维/聚合物的加强。此外，通过使用夹在两个固体部分之间的硅酸盐或柔性材料层也能够提供实现彻底加强所需的力或压力。作为结果，可实现高水平的加强（90-100%或甚至98-100%）。换句话说，基本上消除了加强材料的多孔性，该多孔性使结构产生孔隙和弱点。简而言之，通过使用刚性卷筒、施加在缠绕的细丝或纤维上的整合力（例如，压力）和树脂，使得固化和/或交联（例如，使用热）提供高水平的整合，该高水平的整合从整体上加强了栅格。

此外，本文所述的系统的还具有其它优点，即，能够控制单独的交叉支撑的横截面形状的横截面几何结构。作为实心卷筒和硅树脂或其它类似材料的一种功能，迫使纤维进入切割凹槽使得允许改变交叉支撑的横截面几何结构。任何可以应用于卷筒和/或刚性卷筒的凹槽的几何结构都可用于定型最终的栅格支撑，并且所述应用于卷筒和/或刚性卷筒的凹槽的几何结构的范围可从正方形/矩形到三角形、U形管（half-pipe）或甚至更具创造性的形状（例如T形横截面）。以此能够控制或改变交叉支撑构件的惯性矩。例如，厚度大约0.005’’的扁平单元（flat unit）的惯性矩和相同量的材料的T形单元的惯性矩的差异可达到并超过200倍。测量显示，通过使用实心卷筒、向外的压力的施加和树脂/辐射固化，使得几何公差可保持小于0.5%。

本发明的开放式栅格复合点阵支撑结构（例如，塔、桅杆…）可由任何纤维加强的聚合物复合物制成。开放式点阵结构支柱构件（例如在本文标识的附图中描绘的构件）可使用细丝或纤维的任何变型（例如碳、玻璃、基底、塑料、芳族聚酰胺或任何其它加强纤维）来制造。在各种实施方式中，复合物可包含其它纤维，例如克维拉、铝、S玻璃纤维、E玻璃纤维或其它玻璃纤维。前面标识的纤维可单独地或彼此组合地使用。例如，由、铝或玻璃形成的纤维可结合碳纤维来使用。

此外，本发明的开放式栅格复合点阵支撑结构利用与细丝或纤维结合的多种聚合物来形成复合物。在操作中，细丝或纤维嵌入到一个或多个聚合物中以形成栅格结构。例如，聚合物或环氧树脂、氨基甲酸乙酯、热塑料性塑料（例如，聚丙烯、聚乙稀、聚碳酸酯、PES、PEI、PPS、PEEK和PEK…）、聚苯乙烯、ABS、苯乙烯-丙烯腈共聚物（SAN）、聚砜、聚酯、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、ETFE和四氟乙烯—全氟烷氧基乙烯基醚（PFA）氟碳化合物、聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、乙烯基酯和尼龙。在各种有益的实施方式中，聚合物或树脂不使用热或类似的热辐射来固化，而是使用非热辐射固化树脂系统来固化，该非热辐射固化树脂系统使用的辐射源包括紫外（UV）、红外（IR）、电子束（EB或E-束）或X射线。可选地，可在固化期间使用其它交联源，例如化学固化剂，或可使用用于使树脂交联的其它方法。例如，可在本发明的纤维/聚合物复合物中使用的辐射固化树脂（例如，通过使用UV、IR、E-束或X射线来固化的树脂）包括但不限于双酚A环氧树脂双丙烯酸，例如都能够通过氰特公司（Cytec Industries）商品化和可得到的艾布克瑞3700-20H、3700-20T、3700-25R、3720、3720-TP25和3700。注意，市场上可买到的辐射固化树脂是双酚A环氧树脂的双丙烯酸酯，且在一些产品中，双酚A环氧树脂双丙烯酸使用活性稀释剂三聚丙烯甘醇双丙烯酸稀释。此外，栅格结构（例如，塔、桅杆…）的各种部件可由不同的聚合物或其它材料（例如，金属、木材、陶瓷…）制成。

如前所述，在本发明的栅格结构中，复合构件是交织的，并在多个节点处交叉。为了正确地描述本公开的实施方式，下面的术语被定义并一致地在附图中被使用：

1.复合构件：复合构件是用于指代形成开放式栅格复合点阵支撑结构的任何构件（例如初级边界构件、次级边界构件、纵向构件、横向构件和交叉构件）的一般术语。

2.初级边界构件[21]：在本公开中，必须至少有在同一笛卡尔平面内沿相同方向延伸的两个初级边界构件。它们可以具有不同的形状，但它们的形状限定单元的两个外侧边。它们可在端部处接触，从而不需要次级边界构件。

3.次级边界构件[22]：当初级边界构件本身端到端连接时，这个构件类型连接初级边界构件的端部。该次级边界构件是单元设计中的可选构件。当没有其它横向构件存在时，次级边界构件将作为结构中所需的横向构件。

4.纵向构件[11]：沿着初级边界构件的长度延伸的可选构件。

5.横向构件[12]：这些构件中的一个或多个需要桥接（bridge）在初级边界构件之间。

6.交叉构件[13]：在初级边界构件、次级边界构件、横向构件和/或纵向构件之间延伸的可选的对角线构件。

7.初级等栅格节点[14]：由与至少两个交叉构件连接的初级边界构件、次级边界构件、纵向构件和/或横向构件中的至少两个组成的节点。

8.次级等栅格节点[15]：由初级边界构件、次级边界构件、纵向构件和/或横向构件中的至少两个组成的节点。

9.第三级等栅格节点[16]：由与至少两个交叉构件连接的一个初级边界构件、次级边界构件、纵向构件或横向构件组成的节点。

10.初级不等栅格节点[17]：由与一个交叉构件连接的一个初级边界构件、次级边界构件、纵向构件或横向构件组成的节点。

11.次级不等栅格节点[17]：没有任何初级边界构件、次级边界构件、纵向构件和/或横向构件的连接在一起的两个或多个交叉构件。

根据上面的定义，本发明公开的二维栅格支撑结构包括定义最终产品的几何形状的至少两个边界构件。这些边界构件之间固有地和现存地存在彼此交叉以形成位于单个笛卡尔平面内的多层节点的多个基于纤维/聚合物的交叉构件、横向构件和纵向构件。多层节点和相应的结构构件可在存在树脂、一种或多种固化剂和/或交联剂或固化方法和/或交联方法（例如，应用辐射或树脂交联剂或交联方法，例如化学交联物）和整合力（例如，施加向外的压力）的情况下整合在刚性模具的凹槽中。

在另一实施方式中，本发明公开的二维栅格支撑结构包括定义最终产品的几何形状的至少两个边界构件。这些边界构件之间固有地和现存地存在彼此交叉以形成位于单个笛卡尔平面内的多层节点的多个基于纤维的交叉构件、横向构件和纵向构件。产生的多层节点可包括至少两个第一交叉支撑层，该两个第一交叉支撑层通过至少一个第二交叉支撑层分离。此外，第一交叉支撑或第二交叉支撑中的至少一个可在单个笛卡尔平面中从一个节点到另一节点弯曲。

关于这些实施方式的另外的细节，本文提供了几个附图来阐述本公开的栅格支撑结构的额外特征。

特别参考图1A-图1F，显示了在边界构件之间形成等栅格和不等栅格节点的交叉结构构件的领域中已知的各种结构。图1A描绘了包括与两个交叉构件13连接以形成第三级等栅格节点16的纵向构件11的基本节点，该第三级等栅格节点16由纵向或横向结构构件和两个交叉构件组成。图1B描绘了包括彼此与两个交叉构件13交叉的纵向节点结构构件11和横向节点结构构件12的初级等栅格节点，交叉构件13在同一点处交叉，形成可能最重的等栅格节点。图1C描绘三种节点类型：次级等栅格节点15，其中纵向结构构件11和横向结构构件12彼此交叉；第三级等栅格节点16，其中纵向结构构件11与两个交叉构件13交叉；以及初级不等栅格节点17，其中横向结构构件12与一个交叉构件13交叉。图1D描绘初级不等栅格节点17，其中纵向结构构件11与一个交叉构件13交叉；以及次级不等栅格节点，其中两个交叉构件13彼此交叉。图1E描绘三种节点类型：次级不等栅格节点15，其中纵向结构构件11和横向结构构件12彼此交叉；第三级等栅格节点16，其中横向结构构件12与两个交叉构件13交叉；以及初级等栅格不等栅格节点17，其中横向结构构件12与一个交叉构件13交叉。图1F描绘三种节点类型：第三级等栅格节点16，其中纵向结构构件11和横向结构构件12一致地与同一交叉构件13交叉；以及初级不等栅格节点17，其中横向结构构件12与一个交叉构件13交叉；以及次级不等栅格节点18，其中两个交叉构件13交叉。

特别参考图2A和图2B，示出了二维栅格支撑结构的矩形实施方式。图2A和图2B在外部设计形状上相同，即通过初级边界构件21和次级边界构件22围成矩形。在本发明的公开中，在初级边界构件之间的构件的添加和配置必须包括一个或多个横向构件12以隔开初级边界构件21。图5A将这个最低要求显示为独立的单元，其中该单元包括两个初级边界构件21、两个次级边界构件22和多个横向构件12。额外的一个或多个纵向构件11是一种基于零件的应用需要的设计选择。这些构件放置在如图2A和图2B所示的初级边界构件之间。这些可选的纵向构件11根据定义在与初级边界构件相同的方向上纵向地延伸。在给定单元中的横向构件的数量和位置由设计者根据应用中需要的节点的类型来选择。在图2A中给出的一个示例性实施方式中，初级等栅格节点14被要求为基于图1B给出的设计。结构进一步通过如图1C所示的次级等栅格节点而加强。同时，一个纵向构件11和多个横向构件12与沿两个对角方向延伸的交叉构件13重叠。在图2B中给出的另一示例性实施方式中，次级等栅格节点16基于图1A中给出的设计就足够了。结构进一步通过如图1C所示的第三级等栅格节点16而加强。同时，一个纵向构件11和多个横向构件12与沿两个对角方向延伸的交叉构件13重叠。

特别参考图3，初级边界构件21之间的构件可以采用不同的角度，例如交叉构件13a可以采用与交叉构件13b不同的角度。这些构件（不管是交叉构件、横向构件12还是纵向构件11）也可基于特定应用的需要采取曲线形式，例如13c。

特别参考图4A和图4B，示出了二维栅格结构的另外两种实施方式。在这种情况下，初级边界构件21显示为在单个笛卡尔平面内以对称曲线的形式从彼此偏离。在图4A中，次级边界构件22提供初级边界构件之间的所需的桥，并取代需要的横向构件。在初级边界构件21之间的空间内填充有曲线交叉构件13。图4B与图4A相同，并添加一系列横向构件12以加强结构。

特别参考图5A-图5F，示出了二维栅格结构的更多实施方式，其中初级边界构件在形状上不同。在图5A-图5F中，一个初级边界构件是曲线的，而其它边界构件保持直线的。图5A显示作为独立的单元的最低构件要求，其中该单元包括两个初级边界构件21、两个次级边界构件22和多个横向构件12。图5B采取图5A的基本形状，并显示交叉构件13的添加，而在初级边界构件21之间没有任何交叉节点。图5C采取图5B的形状，并显示足够的交叉构件13和横向构件12的添加，以在初级边界构件21之间产生初级等栅格节点14、第三级等栅格节点16和初级不等栅格节点17。图5D采取图5C的形状，并显示纵向构件11的添加，以产生次级等栅格节点15。图5E采取图5D的形状，并显示在初级边界构件21和纵向构件11之间交叉构件13的添加，以在一半结构中产生较强的栅格网。图5F采取图5E的形状，并显示在初级边界构件21和纵向构件11之间交叉构件13的添加，以产生在初级边界构件之间的整个结构中平衡的较强的总栅格网。

注意，提供了图2A到图8仅为了示例的目的，根据本公开的实施方式同样可以形成许多其它结构，这些结构仍然被约束到单个笛卡尔平面。例如，可以修改交叉支撑的夹角，可以对称或非对称地添加的纵向交叉支撑，可以均匀地或非对称地添加横向交叉支撑，节点位置和/或交叉支撑的数量可以改变，最终部件的包括高度、宽度、长度、主体轴向路径（该主体轴向路径包括连续的线性和非线性的最终形状）、以及径向路径（该径向路径产生包含在单个笛卡尔平面内的具有或不具有标准圆角和倒角等的圆形、三角形、正方形和其它多边形横截面形状）的总体几何结构可以改变。换句话说，这些栅格支撑结构是非常可修改的，并可适应于特定的需要。例如，如果栅格支撑结构的重量需要减小，则可以在不承受较大负载的位置移除交叉栅格支撑结构。同样，在预期负载较大的位置，可以添加交叉栅格支撑结构。

据此，图6-图8提供了初级和次级边界构件以及横向、纵向和交叉构件的示例性相对布置，横向构件、纵向构件和交叉构件可以以被约束到单个笛卡尔平面的二维栅格支撑结构的形式与直线的和曲线的初级边界构件一起使用。

结构支撑可覆盖有材料以产生坚固的二维结构的性能，从而保护构件或其内容物，或提供流体动态特性。本公开因此不一定是传统的板、支柱、I形梁或实心扁条，也不一定是用于外表面的加强层。即使本文公开的结构相对轻质，但是由于其具有相对较大的强度重量比，使得这些栅格支撑结构足够强以充当独立的结构单元。此外，这些结构可以构造为在没有支架的情况下结合到单独的栅格支撑结构。

根据一种实施方式，本公开可提供栅格结构，其中单独支撑结构缠绕有单向纤维束（tow），例如，其中每个交叉构件是不间断的股。此外，可注意到，整个结构可缠绕有单股，虽然这不是要求。此外，栅格支撑结构未被编织或编结，而相反地，可被逐层缠绕。因此，在交叉构件支撑彼此交叉和/或与一个或多个纵向和/或横向交叉构件和/或边界构件交叉的情况下，这些交叉产生化合材料的如上面在定义7-11中所述多层等栅格或不等栅格节点，这些节点将构件连接在一起。在所有实施方式中，复合股不在这些多层节点处从单个笛卡尔平面突出，以形成当从轴向方向看时的任何三维多边形或圆柱形形状。因此，股基于零件的几何结构将其路径维持在它自己的平面方向上。一旦以这种方式被缠绕，多层节点和整个零件就可如本文所述的或通过其它方法被固化和/或熔化，且多层节点可被整合。

还注意到，这些栅格支撑结构可以通过使用实心卷筒来形成，该实心卷筒具有嵌入其中凹槽，该凹槽用于在形成栅格支撑结构时接纳细丝。图9示例性示出这样的实心卷筒41。如图所示，凹槽31可以包含在表面上或完全延伸到表面的边缘以便于缠绕。在卷筒上生产允许结构单元的交叉构件是圆形、三角形或正方形或任何横截面形式，这些横截面形式不限制地包括一个或多个圆角。为了生产，细丝缠绕进入卷筒的凹槽中，并由临界角处的突出（例如销轴）限制，该临界角大体符合构件的期望图案并为结构提供坚固的几何基础。通过次级缠绕（该次级包装例如可以为当结构已经被固化时或在固化前已经与初级纤维结合时，通过施加次级包裹（例如），能够通过使用装袋系统覆盖未固化的结构、在至少多层节点上产生负压力并使它贯穿压热自闭或类似的固化循环来实现构件的加强。通过允许部件的部分由连续的细丝形成，并且同时允许单个构件中的各种股在固化期间结合，从而增加了结构的强度。

图10显示另一制造方法，其中实心凹槽卷筒41包括位于其凹槽中的缠绕部42。硅树脂或其它柔性板43覆盖该缠绕部，通过扁平实心零件44用于与实心卷筒或它下面的支撑实心零件（例如销或螺钉45）连接，以允许压力施加在部件上，而不使它受到压热循环。然后在标准烤炉循环（standard ovencycle）、辐射固化过程或如所使用的树脂所指示的化学剂系统中固化所述单元。

在又一制造方法中，使用可膨胀制造工具或卷筒50形成开放式栅格复合点阵支撑结构。图11-图15描绘可用于形成本发明的栅格结构的可膨胀工具50的一种实施方式。图11描绘在预加载状态中的工具50的实施方式，从而准备接收围绕工具或卷筒50的圆周缠绕的细丝/纤维。可膨胀工具50包括连接到一个或多个线性凸轮54的多个导向板52。线性凸轮54由一个或多个凸轮导向装置56固定和引导，并可操作地连接到凸轮轴承58，线性凸轮54将导向板52推或拉到可膨胀工具50上的膨胀或收缩位置。在这个实施方式中，凸轮54和凸轮轴承58通过执行器60的操纵作向内和向外的往复运动。图11-图15显示了导向螺杆形式的执行器50的例子。然而，也可用其它适当的执行器将导向板从收缩位置移动到加载位置。用于使导向板收缩或膨胀的其它执行器包括但不限于导向螺杆、气动缸或液压缸、气囊或者通过所述工具的旋转运动而产生的离心力的使用。在操作中，包括细丝/纤维和树脂的复合材料缠绕在预加载卷筒（例如在图11中公开并如上所述的卷筒50）上，以产生支柱或结构构件的形状。如图12所示，预加载工具部分地膨胀至导向板52大体彼此齐平的状态，从而形成适当的平台来缠绕纤维/聚合物复合物。接着，工具或卷筒50膨胀或加载以从内部产生压力，从而将纤维/聚合物组分向外推，其中通过由执行器50（例如导向螺杆、气动或液压缸、气囊）直接施加到导向板上的机械动作或通过来自工具的旋转运动的离心力的作用实现所述膨胀或加载，。如图13所示的工具的向外运动和膨胀将导向板52从预加载位置进一步向外移动，从而提供所有缠绕的带子和/或纤维的拉直以用拉直/线性的方式定向纤维并在固化循环之前通过产生内部张力和预加压的成层进一步加载纤维。一旦纤维/聚合物复合物被加载，它就接着使用如上所述的一种或多种交联剂或方法（例如，紫外线（UV）、电子线（EB）、化学剂…）被固化，从而设定组分并使总栅格结构稳定化。接着通过如图13所示收缩工具50以将栅格结构从工具50中释放并移除。最后，图14和图15分别描绘加载和收缩的卷筒50的横截面侧视图。

其它的工具装置可包括如图16-图18所示的内部旋转机构或回旋运动卷筒核心（core）。在可膨胀制造装置或卷筒50的这个另一实施方式中，如图16描绘的处于预加载位置的可膨胀卷筒50包括连接到线性凸轮54的多个导向板52，线性凸轮54通过一个或多个凸轮滚柱64（例如，螺栓、四方螺帽或销…）可操作地连接到执行器轮62。凸轮滚柱64横穿位于执行器轮62上的槽66内。在一个方向上旋转轮62时，导向板52向外移动到如图17所示的加载状态，并在相反的方向上旋转轮时，导向板52向内移动到如图18所示的收缩位置。在操作中，可以以与上文描述的过程相似的过程在如图16-图18所示的可膨胀轮卷筒上生产开放式栅格复合点阵支撑结构卷筒卷筒。

如前面提到的，本发明的开放式栅格复合点阵支撑结构可形成为多种不同的结构、形状和尺寸以用于在各种产业或领域（包括但不限于可再生能源电力产生、能源/电力传输、远程通信、监视、照明、封锁栅栏和天线支柱）中使用的设备（例如，塔、杆、桅杆…）中。其它用途包括但不限于Wifi、蜂窝网络（cellular）、微波、卫星、高频波（UHF）-甚高频波（VHF）。

栅格结构可作为整体的支柱/构件生产或可作为可被连接以形成最终栅格结构产品的模块式支柱/构件生产。图19和图20描绘本发明的栅格结构68的实施方式，其中利用一个或多个圆柱形模块化支柱70而形成圆柱形塔。在图19和图20所示的实施方式中，支柱70逐渐变细，以使得第一端72比第二端74窄。这样的逐渐变细的结构允许通过将一个支柱70的较窄的第一端72插入相邻支柱70的较宽端74内来将一个支柱70套入相邻的支柱70内。这允许塔68的变长或变高以产生具有变化的高度的塔，同时由于塔68的模块化性质使得在建造过程中易于装配。注意，在本申请中关于用于生产栅格结构或塔的部件和过程的描述也可应用于用于生产杆、桅杆和其它结构支撑系统的设备和过程的描述。

本发明的栅格结构可以以多种结构、形状和尺寸形成。例如，本发明的栅格结构可采用多种形状，例如圆柱形、梯形、多边形、六角形、三角形或可被模制到栅格结构中的任何其它形状。图21和图22a-图22b描绘了包括具有梯形结构的单个支柱70的栅格结构68。可以看到，栅格结构68包括初级边界构件21，该初级边界构件21连接到横向构件12和次级边界构件22以形成梯形。注意，在本实施方式中的横向构件也可视为次级边界构件。交叉构件13在初级边界构件21之间交叉以形成如图21和图22a-图22b中描绘的梯形栅格结构。

图23-26描绘本发明的栅格结构的其它实施方式，其中支柱70采取八角形管或六角形管的形式。在图23a-图23b和图25中，实施方式包括形成有多个初级边界构件21、横向边界构件12和次级边界构件22以形成一系列正方形图案的八角形栅格结构，从而形成八角形结构。可选地，图26a-图26c中描绘的六角形结构68包括多个交叉构件以形成栅格结构。注意，正方形图案也可与六角形管状结构一起使用。然而，八角形或六角形管状结构可包括利用交叉构件、纵向构件、横向构件和本文公开的其它构件的其它图案。可选图案的另一例子是由图24中的交叉构件形成的菱形图案。

在本申请中公开或暗示的各种实施方式的中，支撑构件可交织或嵌入本发明的开放式栅格点阵支撑结构的栅格结构中。例如，图25和图26描绘本发明的栅格结构，其中多个支撑构件76（例如棒）嵌入栅格结构内。支撑构件76可包括帮助向总栅格结构（例如塔、杆、桅杆…）增加强度和稳定性的一种或多种结构材料。结构材料的例子包括但不限于钢、铝、钢筋混凝土、陶瓷或向总栅格结构增加强度和稳定性的任何其它固体材料。在各种实施方式中，支撑构件用于增强总结构的压缩强度。在各种实施方式中，支撑构件设置为纤维/聚合物复合材料的内壁和外壁之间的间隔件，且内壁和外壁设置成通过在压缩载荷下保持竖直以支撑所述支撑构件。这个复合双壁结构主要用于保持支撑构件直立以用于吸收压缩载荷。

在本发明的又一实施方式中，在图27描绘的实施方式中，栅格结构68形成为三角形管。在本实施方式中示出的栅格结构包括连接到多个次级边界构件22以形成三角形结构的边界的多个初级边界构件21。通过包括一系列和连接到初级边界构件21和次级边界构件22的横向构件12和交叉构件13来提供额外的支撑。

在生产开放式栅格点阵支撑结构时，可通过使多个支柱互锁以形成柱来提供额外的强度和稳定性。图28-图31描绘本发明的包括支柱70的不同结构（例如，三角形、八角形、梯形、六角形…）的各种实施方式，支柱70使用支柱连接器80连接在一起以形成总的塔或柱系统78。在操作中，两个或多个支柱70设置为彼此相邻并使用支柱连接器80连接在一起以形成总的柱78。如上所述，可以利用任何支柱结构或形状以用于形成柱，例如三角形支柱（图28）、八角形支柱（图29）、六角形支柱（图30）和梯形支柱（图31）。然而，注意，任何形状的支柱可用于形成本发明的柱。支柱连接器80可以是任何类型的连接装置以将单独的支柱合适地固定在一起以形成牢固的柱。例如，可在本发明中使用的支柱连接器包括但不限于固定绳索（例如，聚合的、复合的、橡胶和/或金属绳索）、固定棒、夹具、绳系统或任何其它固定装置或机构。

图34-图35描绘伸缩式结构（例如，塔、桅杆…）的实施方式，该伸缩式结构包括与一个或多个互锁连接器或摩擦固定嵌套零件邻接的两个或多个开放式点阵复合支柱。在各种实施方式中，为了易于运输和快速部署，栅格支撑结构或“塔”被设置为使连续节段或支柱套入彼此内部。图34描绘包括三个支柱70的伸缩式栅格结构82。这个实施方式的支柱70逐渐变细以套入或收容在相邻支柱70的所有或一部分内。在各种实施方式中，伸缩式结构使用可释放的锁定连接器保持在部署位置上，或可通过与相邻支柱的较大尺寸的端部的机械接触和摩擦而保持在部署位置上。图35示出完全竖起和部署的圆柱形伸缩式塔82，每个连续的节段从一个支柱70到另一支柱70直径逐渐减小。

更详细地，参考图36-图37的实施方式，示出了使用机械式或电机式绳索和滑轮绞车拉升系统（cable and pulley winching system）的自部署和/或自竖起伸缩式塔。图36和图37中描绘的绞车拉升系统包括可操作地连接到一个或多个绳索86的一个或多个滑轮84。不用手推部署而向上拉塔节段的复合绳索、复合滑轮和电或机械绞车的使用使得易于升高和降低塔。在很多实施方式中，滑轮84位于每个支柱上，并可操作地连接到一个或多个绳索。当拉导向绳索时，力施加到上支柱，从而向上拉支柱并延长塔82的长度，直到在两个相邻支柱70之间的锁定连接器80接合。绳索86和锥形连接器80的使用使得易于部署和稳定延长的塔。另一互锁连接器可与在连接器处启动的机械锁定一起使用，第二组绳索连接到系统。

在本发明的又一些其它实施方式中，气动、液压和/或机械力可用于部署本发明的伸缩式塔。伸缩式塔的自竖起系统的另一实施方式是气动泵和气囊。图38-图39描绘包括气动或液压泵88的自竖起系统，当工作时该气动或液压泵88使位于伸缩式塔结构82内的气囊90膨胀，从而升高或降低塔82。在操作中，气囊90放气并插入塔82内部并使用泵88向气囊90充气。当泵88启动时，开放式点阵复合结构通过向上推塔结构的支柱70的气囊的尺寸的增加而升高；气囊系统通常配置成连续地升高塔支柱。如图38-图39所示，与开放式点阵复合伸缩式塔一起使用的的自竖起或自调节机构的另一实施方式为使用电机液压-机械或气动-机械启动的螺旋起重器来升高塔。通常，导向螺杆由小齿轮箱驱动并拉固定到连接器的螺母，连接器将塔一直拉到展开。

在本发明的各种实施方式中，开放式栅格复合点阵支撑结构包括一个或多个锁或支柱连接器以将多个支柱固定在一起或将没有在伸缩结构中展开的多个支柱锁定到位。很多类型的连接器可用于将支柱邻接在栅格结构中。图40-图42描绘本发明的实施方式，其示出支柱连接器80，该支柱连接器80包括具有构件主体94的连接器构件92，构件主体94包括一个或多个销孔96，并且构件主体94邻接于凸缘端部98。支柱的一端通常构造成套在构件主体94上或位于构件主体94内，并通过将锁销100插入位于构件主体94上的销孔96中来进一步固定到连接器80。

图42和图43描绘本发明的锁连接器（lock connector）的另一实施方式。图42和图43中所示的锁连接器80通常包括母连接器构件92和公连接器构件102。母连接器构件92包括母构件主体94，该母构件主体94具有从母构件主体94向外延伸的一个或多个凸起的螺纹图案106。公连接器构件102包括比母构件主体尺寸稍小的公构件主体104，并且还包括从母构件主体94向外延伸的一个或多个凸起的螺纹图案106。母构件主体94和/或公构件主体104也可邻接于凸缘端部98。在操作中，支柱的端部通常构造为套入母构件92的构件主体94上并固定在母构件92的构件主体94上，且相邻的支柱构造为套入公构件主体104的内部内并固定到公构件主体104的内部。当两个支柱固定在其相应的连接器构件中时，它们可以如图43所示的通过将公构件主体94插入母构件主体94中并旋转公壳体和/或母壳体直到每个构件主体的螺纹图案彼此接触并互锁来固定在一起。

图44-图46描绘可在本发明的栅格结构中使用的锁连接器的其它类型的实施方式。类似于前面的段落中描述的螺纹连接器，图44-图46中描绘的连接器包括母连接器构件92和公连接器构件102。不同是在连接机制中，其中公构件主体104包括当旋转到位于母构件主体94内的槽（未示出）中时滑动的一个或多个凸起的平台108，从而将这两个连接器构件锁定在一起。

图47描绘本发明的锁连接器的另一实施方式，其类似于在图42和图43中描绘的实施方式。图47所示的锁连接器80主要包括母连接器构件92和公连接器构件102。母连接器构件92包括母构件主体94，该母构件主体94具有用于接纳从公构件主体104延伸的凸起的螺纹图案106的一个或多个凸起的螺纹图案106。公连接器构件102包括比母构件主体尺寸稍小的公构件主体104，并且包括从母构件主体94向外延伸的一个或多个凸起的螺纹图案106。注意，公构件主体104和/或母构件主体94在本实施方式中逐渐变细，从而易于将两个主体固定在一起并且使邻接的支柱构件更稳定的连接。母构件主体94和/或公构件主体104还可邻接到凸缘端部98。在操作中，支柱的端部通常配置成套入母构件92的构件主体94上并固定在母构件92的构件主体94上，且相邻的支柱配置成套入公构件主体104的内部内并固定到公构件主体104的内部。当两个支柱固定在其相应的连接器构件中时，它们可以通过将公构件主体94插入母构件主体94中并旋转公壳体和/或母壳体直到每个构件主体的螺纹图案彼此接触并互锁来固定在一起。

图48-图50描绘可与本发明的模块化支柱栅格结构一起利用的锁连接器的另一实施方式。图48描绘包括被保持平台114分开的上区段110和下区段112的锁连接器80。上区段110和下区段112包含用于接受紧固件的多个孔，紧固件用于接受多个锁定突耳（locking lugs）116。该实施方式的锁连接器80还可包括用于膨胀锁连接器80的缝隙118（例如，螺旋状缝隙），从而将它与套在上区段110和下区段112上的支柱70紧密地安装在一起。见缝隙。在固定支柱70时，支柱70被应用在连接器80的上区段110上，直到它向下延伸到保持平台114。接着另一支柱70被应用在下区段112上并向上延伸到平台114的下表面。连接器接着伸展，使得连接器的表面紧贴地接触每个支柱70的内表面。支柱70接着通过一个或多个锁突耳116固定到连接器80。在各种实施方式中，锁突耳116通常被成形为像栅格结构中的支柱孔；然而，它们通常具有比支柱孔稍大的尺寸。

更详细地，参考本发明的图51-图53，本发明的栅格支撑结构容易且牢固地固定（anchored）或安装到几乎任何表面。图51-图53描绘栅格结构T形条固定器（anchors）或支架（mounts）的实施方式。T形条固定器通常包括配置成接纳并固定支柱70的栅格壳体120。壳体120包括壳体主体122，其包括具有用于接纳T形条126的一个或多个孔的一个或多个壳体延伸部分（housing extensions）124；T形条提供固定器的连接和可释放特征。可选地，壳体120可包括如图54所示的钻穿壳体主体122的孔。这样的结构允许T形条126穿过壳体主体122，从而将壳体固定到固定器的其余部分。固定器还包括具有托架壳体130的托架128，托架壳体130包括具有用于接纳并固定T形条126的一个或多个孔的一个或多个托架延伸部（bracket extensions）132，从而将栅格支撑结构固定到固定器。在可选的实施方式中，如图52所示，支柱可通过T形条而不是使用栅格壳体直接固定到托架。固定器还包括底座134，该底座134提供用于将栅格结构固定到表面（例如混凝土、木材、地面或任何其它期望的表面）的平台。与本发明的栅格结构一起使用的固定器的实施方式还可包括允许栅格结构的旋转或下降的铰链136。

图55描绘可用于固定本发明的栅格结构的另一安装或固定设备。图55中描绘的支架或固定器包括邻接于托架130的底座134，托架130可操作地连接到凸缘支架（flange mount）138。凸缘支架138包括邻接到支墩凸缘142的栅格结构插入主体（insert body）140。在操作中，插入主体140插入支柱70的腔中，直到支柱的近端与凸缘142接触。接着，如果支柱70通过支柱70和凸缘138之间的充分的摩擦接触不能适当地固定到凸缘支架138，则可能必须使用一个或多个紧固件（例如夹子、螺钉、突耳、粘合剂或任何其它适当的紧固件）以将支架138固定到支柱70。

本发明的栅格结构可使用一个或多个不同的固定过程或设备稳定地固定到地面。例如，栅格结构可通过使用混凝土、掩埋栅格结构底座的一部分、掩埋的固定杆和设备、墩（pier）系统（例如，螺旋状墩系统、推式墩系统、板式墩系统…）来固定到地面。可与本发明的栅格结构一起使用的固定系统的一个实施方式是螺旋状墩系统（helical pier system）。在如图56-图59描绘的这样的实施方式中，螺旋状墩系统包括安装到固定器的支柱70，其包括邻接到托架128的栅格壳体120，托架128连接到底座134。固定棒（securingrod）144邻接到螺旋状墩146，其中棒144延伸穿过底座134并向上延伸到固定设备的托架128中。在操作中，螺旋状墩146被驱动到地面中，且栅格结构和安装固定器（包括栅格壳体120、托架128和底座134）固定到螺旋状墩，从而将栅格结构固定到期望位置上。注意，为了容易放下和抬升栅格结构，底座134可包括多个板148和底部铰链150。在各种实施方式中，如图58-图59所示，栅格壳体可逐渐变细以有效地接纳和保持支柱70。还注意到，在很多实施方式中，不考虑固定设备，支撑结构或“塔”可能需要绳索或绷索来完全固定结构。还注意到，在本发明中使用的连接器和固定和/或安装系统的结构可由纤维加强加工的或注塑模制塑料制成。这些连接器和固定和/或安装系统还可由任何金属（例如铝或钢）加工或铸造。然而，任何稳定的材料都可被使用。

明显地，存在对本发明的开放式栅格复合点阵支撑结构的很多应用。在整个说明书中给出了很多这样的应用，而图60-图69示出几个这样的应用。例如，图60描绘由本发明的栅格结构形成的电杆（power pole）160。图61-图63示出支撑太阳能电池板附件、太阳能电池板和通信盘166的伸缩式塔82。此外，图64-图68描绘可由本发明的栅格结构支撑的其它视频、监视、微波、卫星和远程通信应用。最后，本发明的塔、桅杆或栅格支撑结构可用作中小规模和大规模风力涡轮的如图69所示的风力涡轮支撑结构。

虽然本发明的前述书面描述和附图使普通技术人员能够完成并使用目前被认为是其最佳模式的内容，普通技术人员将理解并认识到本文的特定实施方式、方法和例子的变化、组合和等效形式的存在。本发明因此不应由上述实施方式、方法和例子但由在如所主张的本发明的范围和精神内的所有实施方式和方法限制。

Claims (76)

1.一种栅格复合点阵支撑结构，包括：

一个或多个支柱，该支柱包括具有多个细丝和/或纤维和一种或多种聚合材料的多个纤维/聚合物构件，所述构件以在多个节点处交叉的交织状态分层，以形成所述支柱；

通过在固化所述聚合材料时将所述多个纤维/聚合物构件和所述纤维/聚合物构件的细丝或纤维嵌入到所述一种或多种聚合材料内而使所述多个纤维/聚合物构件和所述纤维/聚合物构件的细丝或纤维置于稳定位置；

通过在固化所述聚合材料之前和/或在固化所述聚合材料期间向所述栅格结构施加向外的膨胀压力，从而使得所述细丝和/或纤维以大体上对齐的、拉直的和/或张紧的状态被预加载。

2.根据权利要求1所述的栅格结构，其中，所述聚合材料为辐射固化的聚合材料。

3.根据权利要求2所述的栅格结构，其中，所述辐射固化的聚合材料为通过辐射源固化的聚合材料，该辐射源选自由紫外线（UV）、红外线（IR）、电子线束（EB或E-束）和X射线组成的组中的一者或多者。

4.根据权利要求1所述的栅格结构，其中，通过使用可膨胀装置来施加所述向外的膨胀压力。

5.根据权利要求1所述的栅格结构，其中，所述向外的膨胀压力通过施加旋转离心力来获得。

6.根据权利要求4所述的栅格结构，其中，通过在所述纤维/聚合物构件被放置在位于所述可膨胀制造装置上的沟槽的情况下固化所述纤维/聚合物构件，以使所述构件位于所述栅格结构中。

7.根据权利要求4所述的栅格结构，其中，通过在所述纤维/聚合物构件被放置在所述装置表面上凸起的点到点位置上，以使得所述纤维在拉力作用下悬挂在大气中而固化所述纤维/聚合物构件，从而使所述构件位于所述栅格结构中。

8.根据权利要求1所述的栅格结构，所述栅格结构包括通过一个或多个连接器邻接的两个或多个支柱。

9.根据权利要求8所述的栅格结构，其中，每个所述支柱构造为套在或容纳在一个或多个其它邻接的支柱内，所述支柱同时与连接器邻接，所述连接器适合于允许邻接的支柱伸缩以从收缩状态伸展至展开状态，从而形成伸缩式支撑结构。

10.根据权利要求9所述的栅格结构，其中，所述伸缩式支撑结构包括系统以手动地或自动地将所述伸缩式结构从收缩状态部署至展开状态。

11.根据权利要求1所述的栅格结构，所述栅格结构还包括由所述栅格结构支撑的设备，该设备运用在选自由远程通信、可再生能源、能源/电力传输、监视和照明组成的组的应用中。

12.根据权利要求11所述的栅格结构，其中，所述栅格结构用于支撑远程通信设备，该远程通信设备选自由微波、UHF、VHF、卫星、蜂窝网络、Wifi和宽带组成的组中。

13.根据权利要求11所述的栅格结构，其中，所述栅格结构用于支撑可再生能源设备，该可再生能源设备用于风力发电或太阳能发电。

14.根据权利要求9所述的栅格结构，其中，所述伸缩式支撑结构部署有机电式或手动式绞盘绳索系统，该绞盘绳索系统用于通过经由绳索张紧施加的力将塔自动竖起。

15.根据权利要求14所述的栅格结构，其中，所述支柱上的绳索拉力迫使锥形或互锁连接器相互作用并保持刚性。

16.根据权利要求9所述的栅格结构，其中，所述伸缩式支撑结构部署有施加机械力以起升所述伸缩式结构的气动气囊或其它气动执行系统。

17.根据权利要求16所述的栅格结构，其中，所述气动气囊向所述支柱施加力，以迫使锥形或互锁连接器相互作用并保持刚性。

18.根据权利要求9所述的栅格结构，其中，所述伸缩式支撑结构部署有用于部署的水力机械式、气动机械式或电动机械式螺旋起重装置。

19.根据权利要求18所述的栅格结构，其中，所述螺旋起重装置向所述支柱施加力，以迫使锥形或互锁连接器相互作用并保持刚性。

20.根据权利要求1所述的栅格结构，其中，所述栅格结构部署有螺旋状墩基础系统。

21.根据权利要求1所述的栅格结构，其中，单个栅格结构能够通过机械装置互锁或固定以形成多个栅格结构的组合结构，从而形成一个大的柱状结构。

22.根据权利要求1所述的栅格结构，其中，所述聚合材料使用一种或多种化学剂来固化。

23.一种栅格复合点阵支撑结构，包括：

一个或多个支柱，该支柱包括具有多个细丝和/或纤维和一种或多种非热辐射固化的聚合材料的多个纤维/聚合物构件，所述构件以在多个节点处交叉的交织状态分层，以形成所述支柱；

通过在固化所述聚合材料时将所述多个纤维/聚合物构件和所述纤维/聚合物构件的细丝或纤维嵌入到所述一种或多种非热辐射固化的聚合材料内，而使所述多个纤维/聚合物构件和所述纤维/聚合物构件的细丝或纤维置于稳定位置。

24.根据权利要求23所述的栅格结构，其中，所述非热辐射固化的聚合材料为通过辐射源固化的聚合材料，该辐射源选自由紫外线（UV）、红外线（IR）、电子线束（EB或E-束）和X射线组成的组中的一者或多者。

25.根据权利要求23所述的栅格结构，所述栅格结构包括通过一个或多个连接器邻接的两个或多个支柱。

26.根据权利要求25所述的栅格结构，其中，每个所述支柱构造为套在或容纳在一个或多个其它邻接的支柱内，所述支柱同时与连接器邻接，所述连接器适合于允许邻接的支柱伸缩而从收缩状态伸展至展开状态，以形成伸缩式支撑结构。

27.根据权利要求26所述的栅格结构，其中，所述伸缩式支撑结构包括系统以手动地或自动地将所述伸缩式结构从收缩状态伸展至展开状态。

28.根据权利要求23所述的栅格结构，所述栅格结构还包括由所述栅格结构支撑的设备，该设备运用在选自由远程通信、可再生能源、能源/电力传输、监视和照明组成的组中的应用中。

29.根据权利要求28所述的栅格结构，其中，所述栅格结构用于支撑远程通信设备，该远程通信设备选自由微波、UHF、VHF、卫星、蜂窝网络、Wifi和宽带组成的组中。

30.根据权利要求28所述的栅格结构，其中，所述栅格结构用于支撑可再生能源设备，该可再生能源设备用于风力发电或太阳能发电。

31.根据权利要求26所述的栅格结构，其中，所述伸缩式支撑结构部署有机电式或手动式绞盘绳索系统，该绞盘绳索系统用于通过经由绳索张紧施加的力将塔自动竖起。

32.根据权利要求31所述的栅格结构，其中，所述支柱上的绳索拉力迫使锥形或互锁连接器相互作用并保持刚性。

33.根据权利要求26所述的栅格结构，其中，所述伸缩式支撑结构部署有气动气囊或其它气动执行系统，该气动气囊或其它气动执行系统施加机械力以起升所述伸缩式结构。

34.根据权利要求33所述的栅格结构，其中，所述气动气囊向所述支柱施加力，以迫使锥形或互锁连接器相互作用并保持刚性。

35.根据权利要求26所述的栅格结构，其中，所述伸缩式支撑结构部署有用于部署的水力机械式、气动机械式或电动机械式螺旋起重装置。

36.根据权利要求35所述的栅格结构，其中，所述螺旋起重装置向所述支柱施加力，以迫使锥形或互锁连接器相互作用并保持刚性。

37.根据权利要求23所述的栅格结构，其中，所述栅格结构部署有螺旋状墩基础系统。

38.根据权利要求23所述的栅格结构，其中，单个栅格结构能够通过机械装置互锁或固定以形成多个栅格结构的组合结构，从而形成一个大的柱状结构。

39.一种用于生产栅格复合点阵支撑结构的可膨胀工具，所述栅格复合点阵支撑结构包括连接到一个或多个线性凸轮的多个导向板；所述线性凸轮可操作地邻接到一个或多个凸轮轴承并由一个或多个凸轮导向装置固定和引导；所述线性凸轮和凸轮轴承配置成将所述导向板推或拉至所述可膨胀工具上的膨胀位置或收缩位置；所述凸轮和凸轮轴承通过执行器60的操纵进行向内和向外的往复运动。

40.根据权利要求39所述的可膨胀工具，其中，所述执行器选自由导向螺杆、气动缸或液压缸、空气气囊或者通过所述工具的旋转运动产生的离心力的使用所组成的组中。

41.一种生产栅格复合点阵支撑结构的方法，该方法包括：

将多个纤维/聚合物构件缠绕在可膨胀卷筒上以形成闭合的栅格结构，该闭合的栅格结构包括多个构件，该多个构件交叉以产生多个节点；所述纤维/聚合物构件包括多个细丝和/或纤维和一种或多种聚合材料；

使所述卷筒膨胀至预加载所述构件的加载位置，以使所述构件中的细丝和/或纤维对齐、拉直和/或产生张紧力；

固化所述聚合物以固定所述栅格支撑结构的结构；以及

使所述卷筒收缩以从所述卷筒释放并移除所述栅格结构。

42.一种生产栅格复合点阵支撑结构的方法，该方法包括：

将多个纤维/聚合物构件缠绕在可膨胀卷筒上以形成闭合的栅格结构，该闭合的栅格结构包括多个构件，该多个构件交叉以产生多个节点；所述纤维/聚合物构件包括多个细丝和/或纤维和一种或多种非热辐射固化的聚合材料；

固化所述聚合物以固定所述栅格支撑结构的结构；以及

从所述卷筒释放并移除所述栅格结构。

43.一种二维支撑结构，包括两个或多个初级边界构件，该两个或多个初级边界构件具有给定的厚度和横截面几何形状并且限定所述二维支撑结构的两个或多个外侧边，所述横截面形状包括轨迹限定到单个笛卡尔平面内的任何直线的或曲线的形状；所述初级边界构件通过沿着任意位置的一个或多个横向构件连接和分离，所述横向构件同样具有给定的厚度和横截面几何形状；所述连接形成多层节点，该多层节点包括来自各个参与构件的交叉纤维；在特定的实例中，如果所述连接从一个初级边界构件的角部延伸到第二个初级边界构件的角部，则所述横向构件优选地作为次级边界构件；在设置有多个横向构件的情况下，所述多个横向构件之间不重叠，并且当横向构件横跨初级边界构件之间的距离时，所述横向构件彼此平行；在存在树脂、一种或多种固化剂和/或交联剂或固化方法和/或交联方法以及整合力的情况下，所述支撑结构在限制到单个笛卡尔平面内的刚性二维模具的凹槽中固化和整合。

44.根据权利要求43所述的二维支撑结构，所述二维支撑结构包括定义为交叉构件的附加构件，所述交叉构件具有给定的厚度和横截面几何形状，并且所述交叉构件横跨初级边界构件之间的距离；所述交叉构件沿其轨迹大体以10°至89°的角度从所述横向构件偏移；当设置有多个交叉构件并限定有限制到单个笛卡儿平面内的二维栅格支撑结构时，该多个交叉构件能够沿轨迹或沿相反的方向平行地延伸；在存在树脂、一种或多种固化剂和/或交联剂或固化方法和/或交联方法以及整合力的情况下，所述支撑结构在限制到单个笛卡尔平面内的刚性二维模具的凹槽中固化和整合。

45.根据权利要求44所述的二维栅格支撑结构，其中，所述交叉构件中的一个或多个与至少一个横向构件交叉，产生一个或多个初级不等栅格多层节点，在存在树脂、一种或多种固化剂和/或交联剂或固化方法和/或交联方法以及整合力的情况下，所述初级不等栅格多层节点在限制到单个笛卡尔平面内的刚性二维模具的凹槽中整合。

46.根据权利要求44所述的二维栅格支撑结构，其中，所述交叉构件中的一个或多个与沿相反方向延伸的至少一个交叉构件交叉，产生一个或多个次级不等栅格多层节点，在存在树脂、一种或多种固化剂和/或交联剂或固化方法和/或交联方法以及整合力的情况下，所述次级不等栅格多层节点在限制到单个笛卡尔平面内的刚性二维模具的凹槽中整合。

47.根据权利要求43所述的二维栅格支撑结构，其中，具有给定的厚度和横截面几何形状的一个或多个所述纵向构件在所述初级边界构件之间延伸，而不与所述初级边界构件接触，所述初级边界构件限定限制到单个笛卡尔平面内的二维栅格支撑结构；所述纵向构件通过与横向构件交叉而保持在位置上，以沿着所述纵向构件产生一个或多个次级等栅格多层节点，在存在树脂、一种或多种固化剂和/或交联剂或固化方法和/或交联方法以及整合力的情况下，所述次级等栅格多层节点在限制到单个笛卡尔平面内的刚性二维模具的凹槽中整合。

48.根据权利要求44所述的二维栅格支撑结构，其中，一个或多个纵向构件在所述初级边界构件之间延伸，并且不与初级边界构件接触，所述初级边界构件限定限制到单个笛卡尔平面内的二维栅格支撑结构；所述纵向构件通过在所述纵向构件上的每个多层节点处与沿相反方向延伸的横向构件交叉而保持在位置上，以产生一个或多个第三级等栅格多层节点，在存在树脂、一种或多种固化剂和/或交联剂或固化方法和/或交联方法以及整合力的情况下，所述第三级等栅格多层节点在限制到单个笛卡尔平面内的刚性二维模具的凹槽中整合。

49.根据权利要求44所述的二维栅格支撑结构，其中，一个或多个纵向构件在所述初级边界构件之间延伸，并且不与初级边界构件接触，所述初级边界构件限定限制到单个笛卡尔平面内的二维栅格支撑结构；所述纵向构件通过在每个多层节点处与在单个横向构件交叉而保持在位置上，以产生一个或多个初级不等栅格多层节点，在存在树脂、一种或多种固化剂和/或交联剂或固化方法和/或交联方法以及整合力的情况下，所述初级不等栅格多层节点在限制到单个笛卡儿平面中的刚性二维模具的凹槽中整合。

50.根据权利要求48所述的二维支撑结构，其中，一个或多个纵向构件在与一个或多个交叉构件的交叉点相同的位置上与一个或多个横向构件交叉，其中所述一个或多个交叉构件包括一个或多个初级等栅格多层节点，在存在树脂、一种或多种固化剂和/或交联剂或固化方法和/或交联方法以及整合力的情况下，所述初级等栅格多层节点在限制到单个笛卡尔平面内的刚性二维模具的凹槽中整合。

51.根据权利要求44所述的二维栅格支撑结构，其中，所述构件在所述初级边界构件之间交叉以形成初级等栅格多层节点和次级等栅格多层节点，在存在树脂、一种或多种固化剂和/或交联剂或固化方法和/或交联方法以及整合力的情况下，所述初级等栅格多层节点和次级等栅格多层节点在限制到单个笛卡尔平面内的刚性二维模具的凹槽中整合。

52.根据权利要求44所述的二维栅格支撑结构，其中，所述构件在所述初级边界构件之间交叉以形成初级等栅格多层节点和第三级等栅格多层节点，在存在树脂、一种或多种固化剂和/或交联剂或固化方法和/或交联方法以及整合力的情况下，所述初级等栅格多层节点和第三级等栅格多层节点在限制到单个笛卡尔平面内的刚性二维模具的凹槽中整合。

53.根据权利要求44所述的二维栅格支撑结构，其中，所述构件在所述初级边界构件之间交叉以形成次级等栅格多层节点和第三级等栅格多层节点，在存在树脂、一种或多种固化剂和/或交联剂或固化方法和/或交联方法以及整合力的情况下，所述次级等栅格多层节点和第三级等栅格多层节点在限制到单个笛卡尔平面内的刚性二维模具的凹槽中整合。

54.根据权利要求44所述的二维栅格支撑结构，其中，所述构件在所述初级边界构件之间交叉以形成初级等栅格多层节点、次级等栅格多层节点和第三级等栅格多层节点，在存在树脂、一种或多种固化剂和/或交联剂或固化方法和/或交联方法以及整合力的情况下，所述初级等栅格多层节点、次级等栅格多层节点和第三级等栅格多层节点在限制到单个笛卡尔平面内的刚性二维模具的凹槽中整合。

55.根据权利要求44所述的二维栅格支撑结构，其中，所述构件在所述初级边界构件之间交叉以形成初级不等栅格多层节点和次级不等栅格多层节点，在存在树脂、一种或多种固化剂和/或交联剂或固化方法和/或交联方法以及整合力的情况下，所述初级不等栅格多层节点和次级不等栅格多层节点在限制到单个笛卡尔平面内的刚性二维模具的凹槽中整合。

56.根据权利要求44所述的二维栅格支撑结构，其中，所述构件在所述初级边界构件之间交叉以形成初级等栅格多层节点和初级不等栅格多层节点，在存在树脂、一种或多种固化剂和/或交联剂或固化方法和/或交联方法以及整合力的情况下，所述初级等栅格多层节点和初级不等栅格多层节点在限制到单个笛卡尔平面内的刚性二维模具的凹槽中整合。

57.根据权利要求44所述的二维栅格支撑结构，其中，所述构件在所述初级边界构件之间交叉以形成初级等栅格多层节点和次级不等栅格多层节点，在存在树脂、一种或多种固化和/或交联剂或固化方法和/或交联方法以及整合力的情况下，所述初级等栅格多层节点和次级不等栅格多层节点在限制到单个笛卡尔平面内的刚性二维模具的凹槽中整合。

58.根据权利要求44所述的二维栅格支撑结构，其中，所述构件在所述初级边界构件之间交叉以形成次级等栅格多层节点和初级不等栅格多层节点，在存在树脂、一种或多种固化剂和/或交联剂或固化方法和/或交联方法以及整合力的情况下，所述次级等栅格多层节点和初级不等栅格多层节点在限制到单个笛卡尔平面内的刚性二维模具的凹槽中整合。

59.根据权利要求44所述的二维栅格支撑结构，其中，所述构件在所述初级边界构件之间交叉以形成次级等栅格多层节点和次级不等栅格多层节点，在存在树脂、一种或多种固化剂和/或交联剂或固化方法和/或交联方法以及整合力的情况下，所述次级等栅格多层节点和次级不等栅格多层节点在限制到单个笛卡尔平面内的刚性二维模具的凹槽中整合。

60.根据权利要求44所述的二维栅格支撑结构，其中，所述构件在所述初级边界构件之间交叉以形成第三级等栅格多层节点和初级不等栅格多层节点，在存在树脂、一种或多种固化剂和/或交联剂或固化方法和/或交联方法以及整合力的情况下，所述第三级等栅格多层节点和初级不等栅格多层节点在限制到单个笛卡尔平面内的刚性二维模具的凹槽中整合。

61.根据权利要求44所述的二维支撑结构，其中，所述构件在所述初级边界构件之间交叉以形成第三级等栅格多层节点和次级不等栅格多层节点，在存在树脂、一种或多种固化剂和/或交联剂或固化方法和/或交联方法以及整合力的情况下，所述第三级等栅格多层节点和次级不等栅格多层节点在限制到单个笛卡尔平面内的刚性二维模具的凹槽中整合。

62.根据权利要求44所述的二维支撑结构，其中，所述构件在所述初级边界构件之间交叉以形成初级等栅格多层节点和次级等栅格多层节点以及初级不等栅格多层节点，在存在树脂、一种或多种固化剂和/或交联剂或固化方法和/或交联方法以及整合力的情况下，所述初级等栅格多层节点和次级等栅格多层节点以及初级不等栅格多层节点在限制到单个笛卡尔平面内的刚性二维模具的凹槽中整合。

63.根据权利要求44所述的二维支撑结构，其中，所述构件在所述初级边界构件之间交叉以形成初级等栅格多层节点和次级等栅格多层节点以及次级不等栅格多层节点，在存在树脂、一种或多种固化剂和/或交联剂或固化方法和/或交联方法以及整合力的情况下，所述初级等栅格多层节点和次级等栅格多层节点以及次级不等栅格多层节点在限制到单个笛卡尔平面内的刚性二维模具的凹槽中整合。

64.根据权利要求44所述的二维栅格支撑结构，其中，所述构件在所述初级边界构件之间交叉以形成次级等栅格多层节点和第三级等栅格多层节点以及初级不等栅格多层节点，在存在树脂、一种或多种固化剂和/或交联剂或固化方法和/或交联方法以及整合力的情况下，所述次级等栅格多层节点和第三级等栅格多层节点以及初级不等栅格多层节点在限制到单个笛卡尔平面内的刚性二维模具的凹槽中整合。

65.根据权利要求44所述的二维栅格支撑结构，其中，所述构件在所述初级边界构件之间交叉以形成次级等栅格多层节点和第三级等栅格多层节点以及次级不等栅格多层节点，在存在树脂、一种或多种固化剂和/或交联剂或固化方法和/或交联方法以及整合力的情况下，所述次级等栅格多层节点和第三级等栅格多层节点以及次级不等栅格多层节点在限制到单个笛卡尔平面内的刚性二维模具的凹槽中整合。

66.根据权利要求44所述的二维栅格支撑结构，其中，所述构件在所述初级边界构件之间交叉以形成初级等栅格多层节点、次级等栅格多层节点和第三级等栅格多层节点以及初级不等栅格多层节点，在存在树脂、一种或多种固化和/或交联剂或方法以及整合力的情况下，所述初级等栅格多层节点、次级等栅格多层节点和第三级等栅格多层节点以及初级不等栅格多层节点在限制到单个笛卡尔平面内的刚性二维模具的凹槽中整合。

67.根据权利要求44所述的二维支撑结构，其中，所述构件在所述初级边界构件之间交叉以形成初级等栅格多层节点、次级等栅格多层节点和第三级等栅格多层节点以及次级不等栅格多层节点，在存在树脂、一种或多种固化剂和/或交联剂或固化方法和/或交联方法以及整合力的情况下，所述初级等栅格多层节点、次级等栅格多层节点和第三级等栅格多层节点以及次级不等栅格多层节点在限制到单个笛卡尔平面内的刚性二维模具的凹槽中整合。

68.根据权利要求44所述的二维支撑结构，其中，所述构件在所述初级边界构件之间交叉以形成初级等栅格多层节点、次级等栅格多层节点和第三级等栅格多层节点以及初级不等栅格多层节点和次级不等栅格多层节点，在存在树脂、一种或多种固化剂和/或交联剂或固化方法和/或交联方法以及整合力的情况下，所述初级等栅格多层节点、次级等栅格多层节点和第三级等栅格多层节点以及初级不等栅格多层节点和次级不等栅格多层节点在限制到单个笛卡尔平面内的刚性二维模具的凹槽中整合。

69.根据权利要求43所述的栅格支撑结构，其中，所述纤维材料包括碳纤维。

70.根据权利要求43所述的栅格支撑结构，其中，所述纤维材料包括玻璃纤维。

71.根据权利要求43所述的栅格支撑结构，其中，所述纤维材料包括硼纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维中的至少一者。

72.根据权利要求43所述的栅格支撑结构，其中，所述纤维材料合成有树脂。

73.根据权利要求43所述的栅格支撑结构，其中，所述刚性模具为表面平整且带有凹槽的卷筒。

74.根据权利要求43-73中的任一项所述的栅格支撑结构，其中，所述一种或多种固化剂和/或交联剂或固化方法和/或交联方法为加热或化学剂，以及所述整合力为压力。

75.根据权利要求1-74所述的栅格结构和方法，其中，所述栅格结构还包括一个或多个支撑构件。

76.根据权利要求76所述的栅格结构，其中，所述支撑构件用作位于纤维/聚合复合材料的内壁和外壁之间的间隔件，且所述内壁和外壁设置为通过在压缩负载状态下使得所述支撑构件保持平直来支撑所述支撑构件。