CN106351109B - 一种折叠式拱桥结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种折叠式拱桥结构，由折叠桁架、刚性板桥面、拉索和横梁构成，折叠桁架由两榀折叠桁架单元组成；每榀折叠桁架单元由若干级线剪式单元在结构跨度方向相连组成，在折叠桁架上部具有由所述级线剪式单元相铰接形成的下弦节点；在折叠桁架下部具有由所述级线剪式单元相铰接形成的下弦节点；刚性桥面板由刚性桥面板子单元组成；刚性桥面板子单元由六块折叠刚性板单元组成且展开后成矩形，且每个刚性桥面板子单元外侧的四个节点与所述矩形安装区的四个下弦节点铰接。本发明折叠桁架为单自由度体系，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

一种折叠式拱桥结构
技术领域
本发明涉及一种折叠式结构,尤其是一种折叠式拱桥结构。
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。当连接两根直杆的柱铰位于杆件的中部时，形成的是平行剪式单元，如图1所示；当连接两根直杆的柱铰不是位于杆件的中部时，形成的是级线剪式单元，如图2所示。
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，已引起了现代建筑师的极大兴趣。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、结构刚度好的折叠式拱桥结构，具有设计和施工方便等优点,能较好地满足临时性和功能性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:
一种折叠式拱桥结构，其特征在于：由折叠桁架、刚性桥面板、拉索和横梁构成，所述折叠桁架由两榀折叠桁架单元组成；每榀所述折叠桁架单元由若干级线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级线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级线剪式单元相铰接形成的下弦节点；所述级线剪式单元由两根长度相等直杆在各自非中点处销接而成；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；所述刚性桥面板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成矩形，且每个刚性桥面板子单元外侧的四个节点与所述矩形安装区的四个下弦节点铰接；所述的拉索布置在折叠桁架的上弦节点和下弦节点上；所述横梁布置在两榀折叠桁架单元之间的上弦节点上；所述刚性桥面板子单元由六个三角形板组成且展开后为矩形，所述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、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；在运动过程中，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的；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。
所述直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是平行剪式单元的结构示意图；
图2是级线剪式单元的结构示意图；
图3是刚性桥面板单元的结构完全展开示意图；
图4是刚性桥面板单元的结构半展开示意图；
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：
结构跨中的级线剪式单元1如图2所示，一个剪式单元由两根直杆21和22在两杆非中点处销接而成。如图5，级线剪式单1在结构跨度方向相连，形成曲拱形，组成一榀折叠桁架单元4。
结构展开拉索拉紧，一榀折叠桁架单元4上下缘布置拉索3，布索的折叠桁架如图5所示。
刚性桥面板5由刚性桥面板子单元6组成相连组成。刚性桥面板子单元布置在两榀折叠桁架单元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，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外侧的四个节点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)

1.一种折叠式拱桥结构，其特征在于：由折叠桁架、刚性桥面板、拉索和横梁构成，所述折叠桁架由两榀折叠桁架单元组成；每榀所述折叠桁架单元由若干级线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级线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级线剪式单元相铰接形成的下弦节点；所述级线剪式单元由两根长度相等直杆在各自非中点处销接而成；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；所述刚性桥面板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成矩形，且每个刚性桥面板子单元外侧的四个节点与所述矩形安装区的四个下弦节点铰接；所述的拉索布置在折叠桁架的上弦节点和下弦节点上；所述横梁布置在两榀折叠桁架单元之间的上弦节点上；所述刚性桥面板子单元由六个三角形板组成且展开后为矩形，所述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、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；在运动过程中，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的；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所述的折叠式拱桥结构，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所述的折叠式拱桥结构，其特征在于：所述直杆为平面杆或空间结构的杆件。
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