CN106702878B - 一种双向折叠桁架拱桥结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双向折叠桁架拱桥结构，由支撑结构以及位于支撑结构上的面板结构组成，支撑结构为折叠桁架，该折叠桁架包括在跨度方向相连的四棱锥单元及将折叠桁架进行折叠和展开的拉索；四棱锥单元由四个折杆剪式单元在首尾环向相连组成，四个折杆剪式单元首尾相连后形成有四个上弦节点和四个下弦节点；面板结构由刚性桥面板单元组成；刚性桥面板单元由四块刚性折叠板组成，每块刚性折叠板通过四个自由节点与四棱锥单元的四个上弦节点连接。本发明构成的构件数远少于一般的折叠结构，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。

Description

一种双向折叠桁架拱桥结构
技术领域
本发明涉及一种折叠桁架拱桥结构,尤其是一种双向折叠桁架拱桥结构。
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、结构刚度高的一种双向折叠桁架拱桥结构。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案:
一种双向折叠桁架拱桥结构，由支撑结构以及位于支撑结构上的面板结构组成，其特征在于：所述支撑结构为折叠桁架，该折叠桁架包括在跨度方向相连的四棱锥单元及将所述折叠桁架进行折叠和展开的拉索；所述四棱锥单元由四个折杆剪式单元在首尾环向相连组成，四个折杆剪式单元首尾相连后形成有四个上弦节点和四个下弦节点，在组成所述折叠桁架的每个四棱锥单元的上弦节点和下弦节点上分别设置一条拉索；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；所述面板结构由刚性桥面板单元组成；所述刚性桥面板单元由四块刚性折叠板组成，所述四块刚性折叠板两两共线并相交于一顶点，每块刚性折叠板剩余一个端部自由节点；每块刚性桥面板单元通过四个自由节点与所述四棱锥单元的四个上弦节点连接；所述刚性折叠板按照逆时针分别为第一四边形板、第二四边形板、第三四边形板和第四四边形板，他们之间的公共边分别为第一公共边、第二公共边、第三公共边和第四公共边，第一四边形板与第二四边形板关于第二公共边对称，第三四边形板与第四四边形板关于第四公共边对称；所述第一公共边、第二公共边和第三公共边为峰线，第四公共边为谷线，相邻的四边形板沿着峰线向外折叠，沿着谷线向内折叠，所述外折叠是指相邻的平行四边形板的外法线之间的夹角变大，向内折叠是指相邻的平行四边形板的内法线之间的夹角变大。
所述第三四边形板在第四公共边两侧的边线与第四公共边的夹角分别为第一夹角和第二夹角；所述第一四边形板在第二公共边两侧的边线与第二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互为补角，第二夹角与第三夹角互为补角；且第二夹角和第四夹角不相等。
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是剪式单元的结构示意图；
图2是四棱锥单元的结构示意图；
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。每个折杆剪式单元1由两根折杆21和22组成，弯折处在折杆中点，虚线为折杆剪式单元运动界线。四个折叠展开运动方向相同的折杆剪式单元1通过环向相连组成一个可折叠展开的四棱锥单元，如图2所示。
结构展开拉索3拉紧，布拉索3的折叠桁架4如图5所示。
面板结构5由刚性桥面板单元6组成相连组成。其中四块刚性折叠板可折叠。刚性桥面板单元6布置在折叠桁架4上。刚性桥面板单元6完全展开时如图3所示，半展开如图4所示。每个刚性桥面板单元6由由四块刚性折叠板组成，四块刚性折叠板两两共线并相交于一顶点，按照逆时针分别为第一四边形板71、第二四边形板72、第三四边形板73和第四四边形板74，他们之间的公共边分别为第一公共边75、第二公共边76、第三公共边77和第四公共边78；在运动过程中，第一四边形板71、第二四边形板72和第三四边形板73、第四四边形板74是关于第二公共边76和第四公共边78形成的平面对称的。
第一公共边75、第二公共边76和第三公共边77为峰线，第四公共边78为谷线，相邻的四边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平行四边形板的外法线之间的夹角变大，向内折叠是指相邻的平行四边形板的内法线之间的夹角变大。第三四边形板73在第四公共边78两侧的边线与第四公共边78的夹角分别为第一夹角79和第二夹角710；第二四边形板72在第二公共边76两侧的边线与第二公共边76的夹角分别为第三夹角711和第四夹角712；第一夹角79和第四夹角712互为补角，第二夹角710与第三夹角711互为补角；且第二夹角710和第四夹角712不相等。
每个中间跨刚性桥面板单元外侧的四个自由节点713～716与下面的折叠桁架4上弦四个上弦节点41～44(如图5所示)铰接。运动过程中，结构可沿跨度方向和垂直于跨度方向两个方向展开和收缩，整体结构结构展开时如图6所示。一榀折叠桁架4的每个四棱锥单元上弦节点和下线节点布置拉索3，展开时拉索3拉紧且固定在边跨处，收缩时拉索3松弛。整体单自由度运动。

Claims (3)

1.一种双向折叠桁架拱桥结构，由支撑结构以及位于支撑结构上的面板结构组成，其特征在于：所述支撑结构为折叠桁架，该折叠桁架包括在跨度方向相连的四棱锥单元及将所述折叠桁架进行折叠和展开的拉索；所述四棱锥单元由四个折杆剪式单元在首尾环向相连组成，四个折杆剪式单元首尾相连后形成有四个上弦节点和四个下弦节点，在组成所述折叠桁架的每个四棱锥单元的上弦节点和下弦节点上分别设置一条拉索；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；所述面板结构由刚性桥面板单元组成；所述刚性桥面板单元由四块刚性折叠板组成，所述四块刚性折叠板两两共线并相交于一顶点，每块刚性折叠板剩余一个端部自由节点；每块刚性桥面板单元通过四个自由节点与所述四棱锥单元的四个上弦节点连接；所述刚性折叠板按照逆时针分别为第一四边形板、第二四边形板、第三四边形板和第四四边形板，他们之间的公共边分别为第一公共边、第二公共边、第三公共边和第四公共边，第一四边形板与第二四边形板关于第二公共边对称，第三四边形板与第四四边形板关于第四公共边对称；所述第一公共边、第二公共边和第三公共边为峰线，第四公共边为谷线，相邻的四边形板沿着峰线向外折叠，沿着谷线向内折叠，所述外折叠是指相邻的平行四边形板的外法线之间的夹角变大，向内折叠是指相邻的平行四边形板的内法线之间的夹角变大。
2.根据权利要求1所述的双向折叠桁架拱桥结构，其特征在于：所述第三四边形板在第四公共边两侧的边线与第四公共边的夹角分别为第一夹角和第二夹角；所述第二四边形板在第二公共边两侧的边线与第二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互为补角，第二夹角与第三夹角互为补角；且第二夹角和第四夹角不相等。
3.根据权利要求1或2所述的双向折叠桁架拱桥结构，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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