CN106320160B - 一种可展拱桥结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可展拱桥结构，由折叠桁架以及位于折叠桁架上的面板结构组成，折叠桁架包括两榀折叠桁架单元、连接两榀折叠桁架单元之间的横梁以及将每榀折叠桁架单元进行折叠和展开的拉索；每榀折叠桁架单元由若干折杆剪式单元在结构跨度方向相连组成，在折叠桁架下部具有由所述折杆剪式单元相铰接形成的下弦节点；面板结构由刚性桥面板子单元组成；刚性桥面板子单元通过四个角与所述矩形安装区的四个下弦节点铰接。本发明在开合过程中，机构之间是运动相容的，不会产生额外的内力，其受力性能优越；本发明单自由度体系，减小了驱动装置的数量；本发明便于移动和搬迁，可重复使用，且构造合理、设计和施工简单，特别适合中小跨度的桥梁。

Description

一种可展拱桥结构
技术领域
本发明涉及一种新型可展结构,尤其是一种新型可展拱桥结构。
背景技术
自上世纪60年代西班牙建筑师Pinero首先成功地将可展结构的概念应用于“可移动剧院”的设计，可开启式屋盖在大跨度空间结构中的应用得以迅速增加。另一方面，随着人们探索外太空步伐的加快，可展结构受到了广泛的关注，相关研究成果已应用到空间的太阳能帆板、卫星天线中。而当前应用最为广泛的主要是基于折杆剪式单元(scissor likeelement)的可展结构。从几何学角度来考虑，这类可展结构的基本原理是每对连杆通过一个柱铰相连，每对连杆仅能绕垂直与该对连杆所在平面的轴线作相对转动，而其它自由度完全受到了限制；同时折杆剪式单元间的连接是通过单元端部节点铰接实现。剪式单元相连组成折叠桁架。可展结构的展开通常是利用折杆剪式单元杆件间的相对转动来实现的，而剪式单元的构成总体来讲有直杆和折杆两大类。由折杆单元替代直杆单元，使构造更为简单，展开过程运动轨迹更直观，为此种结构在大跨度结构中的应用迈出了重要一步。
现有的可动结构，其几何形状大多只考虑“开始”和“结束”两个状态，也即折叠状态和展开状态。这两个状态之间的转换方式大致为：水平移动式、水平旋转移动式、空间移动式、中枢轴转动式、折叠移动式和组合移动式等。但是这些可开启式屋盖结构只有平动或者转动的能力，事实上整个屋盖结构的外形并没有改变。所以这些可动结构并不是真正意义上的几何可变结构。
可展结构的展开通常是利用折杆剪式单元杆件间的相对转动来实现的，其具有工期短、易搬迁和可重复利用等优点，已引起了现代工程师的极大兴趣。但因节点涉及复杂，刚度差等原因其在大跨结构中使用较少。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，而提供一种连接节点少、结构刚度高的可展拱桥结构，具有设计和施工方便等优点,能较好地满足临时性桥梁方便搭建和移动及大跨度桥梁对折叠功能的要求。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案:
一种可展拱桥结构，由折叠桁架以及位于折叠桁架上的面板结构组成，其特征在于：所述折叠桁架包括两榀折叠桁架单元、连接两榀折叠桁架单元之间的横梁以及将每榀折叠桁架单元进行折叠和展开的拉索；所述每榀折叠桁架单元由若干折杆剪式单元在结构跨度方向相连组成，在所述折叠桁架上部具有由所述折杆剪式单元相铰接形成的上弦节点，在所述折叠桁架下部具有由所述折杆剪式单元相铰接形成的下弦节点；所述折杆剪式单元由折杆组成，弯折处两边杆长相等，两根折杆在杆件弯折处销接连接；一榀折叠桁架单元上两个相邻的下弦节点与另一榀折叠桁架单元相应位置上两个相邻的下弦节点成一矩形安装区；所述面板结构由刚性桥面板子单元组成；所述刚性桥面板子单元由六块折叠刚性板单元组成且展开后为矩形；所述刚性桥面板子单元通过四个角与所述矩形安装区的四个下弦节点铰接；所述六块折叠刚性板单元两两共线并相交于一顶点，按照逆时针分别为第一三角形板、第二三角形板、第三三角形板、第四三角形板、第五三角形板和第六三角形板，他们之间的公共边分别为第一公共边、第二公共边、第三公共边、第四公共边、第五公共边和第六公共边；所述第一三角形板、第六三角形板、第五三角形板和第二三角形板、第三三角形板、第四三角形板是关于第一公共边和第四公共边形成的平面对称；所述第二公共边、第三公共边、第五公共边和第六公共边为峰线，第一公共边和第四公共边为谷线，相邻的三角形板沿着峰线向外折叠，沿着谷线向内折叠，所述向外折叠是指相邻的三角形板的外法线之间的夹角变大，向内折叠是指相邻的三角形板的外法线之间的夹角变小。
所述第一三角形板在第一公共边两侧的边线与第一公共边的夹角分别为第一夹角和第二夹角；在第四公共边两侧的边线与第四公共边的夹角分别为第三夹角和第四夹角；第一夹角和第四夹角相等且均为90°，第二夹角与第三夹角为相等。
所述折杆为平面杆或空间结构的杆件。
本发明的有益效果是，在开合过程中，机构之间是运动相容的，不会产生额外的内力，其受力性能优越；而且本发明的折叠桁架为单自由度体系，减小了驱动装置的数量；另外，由于本发明构成的构件数远少于一般的折叠结构，因此给人们一种简洁明快的效果，克服了结构感观上杆件繁多凌乱的缺点；其便于移动和搬迁，可重复使用，且构造合理、设计和施工简单，特别适合中小跨度的桥梁。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明进一步详细说明：
图1是折杆剪式单元的结构示意图；
图2是一榀折叠桁架单元的结构示意图；
图3是刚性桥面板单元完全展开的结构示意图；
图4是刚性桥面板单元半展开的结构示意图；
图5是布索的两榀折叠桁架的结构示意图；
图6是整体结构展开的结构示意图；
图7是整体结构半展开的结构示意图。
具体实施方式
下面参照说明书附图，对本发明的具体实施方式作出更为详细的说明：
折叠桁架的基本单元是折杆剪式单元1，如图1所示，一个折杆剪式单元由两根折杆21和22在两杆中点处销接而成，弯折处两边杆长相等，两根折杆在杆件弯折处销接连接。如图2，折杆剪式单元1在结构长度方向相连组成一榀折叠桁架单元4。
结构展开拉索3拉紧，一榀折叠桁架单元4上下缘布置拉索3，如图5所示。
面板结构5由刚性桥面板子单元6组成相连组成。刚性桥面板子单元6布置在折叠桁架单元4下。刚性桥面板子单元6完全展开如图3所示，半展开如图4所示。每个刚性桥面板子单元6由六个三角形板组成且展开后为矩形，六个三角形板两两共线并相交于一顶点，按照逆时针分别为第一三角形板71、第二三角形板72、第三三角形板73、第四三角形板74、第五三角形板75和第六三角形板76，他们之间的公共边分别为第一公共边77、第二公共边78、第三公共边79、第四公共边710、第五公共边711和第六公共边712；在运动过程中，第一三角形板71、第六三角形板76、第五三角形板75和第二三角形板72、第三三角形板73、第四三角形板74是关于第一公共边77和第四公共边710形成的平面对称的。第二公共边78、第三公共边79、第五公共边711和第六公共边712为峰线，第一公共边77和第四公共边710为谷线，相邻的三角形板沿着峰线向外折叠，沿着谷线向内折叠，所述向外折叠是指相邻的三角形板的外法线之间的夹角变大，向内折叠是指相邻的三角形板的外法线之间的夹角变小。第一三角形板71在第一公共边77两侧的边线与第一公共边77的夹角分别为第一夹角713和第二夹角714；在第四公共边710两侧的边线与第四公共边710的夹角分别为第三夹角715和第四夹角716；第一夹角713和第四夹角716相等且均为90°，第二夹角714与第三夹角715为相等。
每个刚性桥面板子单元6的四个节点717～720与下面的折叠桁架单元4下弦处四个节点41～44(如图5所示)铰接。运动过程中，结构可沿跨度方向展开和收缩，整体结构结构展开时如图6所示。一榀折叠桁架单元4上下缘布置拉索，展开时拉索3拉紧，收缩时拉索3松弛(如图7)。横梁8布置在上弦增强结构刚度。整体单自由度运动。

Claims (3)

1.一种可展拱桥结构，由折叠桁架以及位于折叠桁架上的面板结构组成，其特征在于：所述折叠桁架包括两榀折叠桁架单元、连接两榀折叠桁架单元之间的横梁以及将每榀折叠桁架单元进行折叠和展开的拉索；所述每榀折叠桁架单元由若干折杆剪式单元在结构跨度方向相连组成，在所述折叠桁架上部具有由所述折杆剪式单元相铰接形成的上弦节点，在所述折叠桁架下部具有由所述折杆剪式单元相铰接形成的下弦节点；所述折杆剪式单元由折杆组成，弯折处两边杆长相等，两根折杆在杆件弯折处销接连接；一榀折叠桁架单元上两个相邻的下弦节点与另一榀折叠桁架单元相应位置上两个相邻的下弦节点成一矩形安装区；所述面板结构由刚性桥面板子单元组成；所述刚性桥面板子单元由六块折叠刚性板单元组成且展开后为矩形；所述刚性桥面板子单元通过四个角与所述矩形安装区的四个下弦节点铰接；所述六块折叠刚性板单元两两共线并相交于一顶点，按照逆时针分别为第一三角形板、第二三角形板、第三三角形板、第四三角形板、第五三角形板和第六三角形板，他们之间的公共边分别为第一公共边、第二公共边、第三公共边、第四公共边、第五公共边和第六公共边；所述第一三角形板、第六三角形板、第五三角形板和第二三角形板、第三三角形板、第四三角形板是关于第一公共边和第四公共边形成的平面对称；所述第二公共边、第三公共边、第五公共边和第六公共边为峰线，第一公共边和第四公共边为谷线，相邻的三角形板沿着峰线向外折叠，沿着谷线向内折叠，所述向外折叠是指相邻的三角形板的外法线之间的夹角变大，向内折叠是指相邻的三角形板的外法线之间的夹角变小。
2.根据权利要求1所述的可展拱桥结构，其特征在于：所述第一三角形板在第一公共边两侧的边线与第一公共边的夹角分别为第一夹角和第二夹角；在第四公共边两侧的边线与第四公共边的夹角分别为第三夹角和第四夹角；第一夹角和第四夹角相等且均为90°，第二夹角与第三夹角为相等。
3.根据权利要求1或2所述的可展拱桥结构，其特征在于：所述折杆为平面杆或空间结构的杆件。
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