CN110258296B - 模块化装配式蜂窝桥梁结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了模块化装配式空间蜂窝桥梁结构，该蜂窝桥梁由多个仿天然蜂窝结构的空间蜂窝单元结构采用模块化的拼接方式组装构成；空间蜂窝单元结构为由两个左右对称设置的六边形骨架和连接该两六边形骨架的六根连接杆组成的空间六边形蜂窝框架，并且每个六边形骨架中均设置有用于提高六边形骨架承载强度的支撑架；空间蜂窝单元结构纵向拼接形成了桥梁的跨度，空间蜂窝单元结构横向拼接拓展了桥梁的宽度，空间蜂窝单元结构叠置形成了桥梁的多层形式。本发明的模块化装配式蜂窝桥梁采用仿天然蜂窝空间六边形结构，整体造型新颖美观，错落有致，符合城市内桥梁设计理念，更能融入城市建筑景观。

Description

模块化装配式蜂窝桥梁结构

技术领域

本发明涉及桥梁技术领域，特别是涉及一种模块化装配式蜂窝桥梁结构。

背景技术

目前国内外现有的桥梁形式大致可分为梁式桥（简支梁、连续梁、刚构桥）、拱式桥（简单体系拱即受力为裸拱、组合体系拱）、吊桥（即悬索桥）、组合桥梁（斜拉桥、组合体系拱桥等）等几种结构形式。但是，这几种结构形式的桥梁都没有能真正的形成模块化配装，因此施工工期相对较长。

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现状，而提供采用单元模块装配、整体美观、施工效率高、工期短、空间利用率高的一种模块化装配式蜂窝桥梁结构。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

模块化装配式蜂窝桥梁结构，该蜂窝桥梁由多个仿天然蜂窝结构的空间蜂窝单元结构采用模块化的拼接方式组装构成；空间蜂窝单元结构为由两个左右对称设置的六边形骨架和连接该两六边形骨架的六根连接杆组成的空间六边形蜂窝框架，并且每个六边形骨架中均设置有用于提高六边形骨架承载强度的支撑架；空间蜂窝单元结构纵向拼接形成了桥梁的跨度，空间蜂窝单元结构横向拼接拓展了桥梁的宽度，空间蜂窝单元结构叠置形成了桥梁的多层形式。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的支撑架为由两个竖向支撑和一个斜向支撑固定相连组成的N形支撑架。

上述的六边形骨架由六根骨架杆依次首尾相连组成；六根骨架杆顺时针依次包括上水平骨架杆、后上斜骨架杆、后下斜骨架杆、下水平骨架杆、前下斜骨架杆和前上斜骨架杆；上水平骨架杆与下水平骨架杆对应相平行，后上斜骨架杆与前下斜骨架杆对应相平行，后下斜骨架杆与前上斜骨架杆对应相平行。

六根连接杆分别连接在六边形骨架的六个相应顶角处，该六根连接杆按顺时针依次包括第一连接杆、第二连接杆、第三连接杆、第四连接杆、第五连接杆和第六连接杆。

上述的第一连接杆、第二连接杆和两个六边形骨架的上水平骨架杆构成了空间蜂窝单元结构的上水平矩形框，第二连接杆、第三连接杆和两个六边形骨架的后上斜骨架杆构成了空间蜂窝单元结构的后上斜矩形框，第三连接杆、第四连接杆和两个六边形骨架的后下斜骨架杆构成了空间蜂窝单元结构的后下斜矩形框，第四连接杆、第五连接杆和两个六边形骨架的下水平骨架杆构成了空间蜂窝单元结构的下水平矩形框，第五连接杆、第六连接杆和两个六边形骨架的前下斜骨架杆构成了空间蜂窝单元结构的前下斜矩形框，第六连接杆、第一连接杆和两个六边形骨架的前上斜骨架杆构成了空间蜂窝单元结构的前上斜矩形框。

上述的N形支撑架的竖向支撑垂直于上水平骨架杆和下水平骨架杆安装；竖向支撑的上端与上水平骨架杆固定相连接，竖向支撑的下端与下水平骨架杆固定相连接。

在蜂窝桥梁中每一个空间蜂窝单元结构的上水平矩形框和下水平矩形框均与水平面相平行，每一个空间蜂窝单元结构中的竖向支撑均垂直于水平面。

上述的空间蜂窝单元结构叠置为位于上方的空间蜂窝单元结构的下水平矩形框与位于下方的空间蜂窝单元结构的上水平矩形框对应相连接。

上述的空间蜂窝单元结构纵向拼接为位于前一个空间蜂窝单元结构的后上斜矩形框与位于后一个空间蜂窝单元结构的前下斜矩形框对应相连接，或位于前一个空间蜂窝单元结构的后下斜矩形框与位于后一个空间蜂窝单元结构的前上斜矩形框对应相连接。

上述的空间蜂窝单元结构横向拼接为两个空间蜂窝单元结构的六边形骨架对应相连接。

与现有技术相比，本发明相比传统桥梁结构具有以下优势：

1、本发明的蜂窝桥梁采用仿天然的蜂窝结构，由于空间蜂窝单元结构内部中空，因此能极大地减轻自身的重量，自重小质量轻。并且蜂窝结构的桥梁抗拉压及抗剪能力好，耐疲劳，具有良好的抗震效果及较大的力学性能优势。

2、本发明的蜂窝桥梁利用空间蜂窝单元结构采用模块化配装建造，能根据实际施工要求调整空间蜂窝单元结构的组合方式，通过纵向拼接，横向拼接和叠加等不同的连接方法，以满足于桥梁跨度和宽度及支撑强度的要求。

3、本发明的空间蜂窝单元结构可以提前在工厂进行预制，从而大幅度缩短施工工期，可实现安全耐久、低碳环保等建设目标，可大幅减少建筑垃圾和建筑污水，降低建筑噪声，提高施工质量，是国家大力提倡的绿色环保节能建筑。

4、本发明的空间蜂窝单元结构内部中空，跨越河流侵占行洪面积小,河道行洪顺畅的同时，能避免桥梁结构遭到破坏，防洪效果显著。

5、本发明的蜂窝桥梁空间利用率高，能建成双层或多层桥面，既有效解决了城市通行问题，又在一定程度上弥补了城市占地紧张的缺陷，是商业、运动和通行融为一体的高利用率结构。

6、本发明的空间蜂窝单元结构采用仿天然蜂窝六边形结构，整体造型新颖美观，错落有致，更符合城市内桥梁设计理念，更能融入城市建筑景观。

附图说明

图1是采用本发明蜂窝单元装配的一种蜂窝桥梁的立体结构示意图；

图2是图1的正视结构示意图；

图3是发明蜂窝单元的立体结构示意图；

图4是本发明蜂窝单元的正视结构图

图5是本发明蜂窝单元的纵向及叠置连接示意图；

图6是本发明蜂窝单元模块的横向连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

其中的附图标记为：空间蜂窝单元结构A、上水平矩形框a、后上斜矩形框b、后下斜矩形框c、下水平矩形框d、前下斜矩形框e、前上斜矩形框f、六边形骨架1、上水平骨架杆11、后上斜骨架杆12、后下斜骨架杆13、下水平骨架杆14、前下斜骨架杆15、前上斜骨架杆16、连接杆2、第一连接杆21、第二连接杆22、第三连接杆23、第四连接杆24、第五连接杆25、第六连接杆26、N形支撑架3、竖向支撑31、斜向支撑32。

图1至图6为本发明的结构示意图，如图所示，本发明公开了一种模块化装配式蜂窝桥梁结构，该蜂窝桥梁由多个仿天然蜂窝结构的空间蜂窝单元结构A采用模块化的拼接方式组装构成；多个空间蜂窝单元结构A可以通过螺栓连接、焊接或双头锥等常用的连接方式进行连接装配。空间蜂窝单元结构A为由两个左右对称设置的六边形骨架1和连接该两六边形骨架1的六根连接杆2组成的空间六边形蜂窝框架。六边形骨架1具有六个顶角，六根连接杆2分别连接在六边形骨架1的六个相应顶角处，即六边形骨架1的每个顶角都连接有一根连接杆2，两个六边形骨架1通过连接杆2固定相连成一体组合成空间六边形蜂窝框架。为了进一步提高空间六边形蜂窝框架的承载能力，每个六边形骨架1中均设置有支撑架，通过支撑架增强六边形骨架1的机械强度，来提高空间六边形蜂窝框架的承载强度。空间蜂窝单元结构A为在工厂批量生产的模块成品件，能在建桥施工现场直接利用螺栓、焊接等方式进行模块式装配，快速完成蜂窝桥梁的组装，因此建桥速度快，施工工期短。

空间蜂窝单元结构A间纵向拼接形成了桥梁的跨度，也就是说多个空间蜂窝单元结构A纵向连接决定了桥梁的跨度，纵向连接的空间蜂窝单元结构A越多则桥梁的跨度就越大，反之则桥梁的跨度小。空间蜂窝单元结构A横向拼接拓展了桥梁的宽度，也就是说多个空间蜂窝单元结构A的横向连接决定了桥梁的宽度，横向连接的空间蜂窝单元结构A越多则桥梁就越宽，反之就窄。空间蜂窝单元A叠置形成了桥梁的多层形式。空间蜂窝单元结构A叠置能够增加桥梁的高度，从而增加整个蜂窝桥梁的承载能力。

图1公开了一种蜂窝桥梁的结构，当然通过空间蜂窝单元结构A不同的拼接，可组成多种不同跨度、不同宽度和不同层高的蜂窝桥梁。现以图1中的蜂窝桥梁为例，图1为上下两个空间蜂窝单元结构A叠置的设计结构，如图所示，当整个蜂窝桥梁中具有两个空间蜂窝单元结构A叠置时，则能构成双层的蜂窝桥梁结构。在单层的蜂窝桥梁结构中，可仅在上层的空间蜂窝单元结构A上能构成桥面的部分上铺设作为桥面的高强新型板材或透明阳光板（即根据情况在上水平矩形框a以及后上斜矩形框b或前上斜矩形框f上铺设高强新型板材或透明阳光板）。而在双层桥式的蜂窝桥梁结构中，在上层的空间蜂窝单元结构A上铺设的高强新型板材和透明阳光板为上层桥的桥面，而在下层空间蜂窝单元A的能构成桥面的部分上铺设高强新型板材或透明阳光板，则能构成下层桥的桥面。此时，在双层的蜂窝桥梁结构中，中空的下层空间蜂窝单元结构A的内部空间则可作为通行的通道。采用高强新型板材和透明阳光板作为桥面，能够保证上层桥面商业区和艺术长廊的采光度。

本发明的蜂窝桥梁在实际施工中，能根据实际地形条件和功能需要设计空间蜂窝单元结构A的尺寸大小，根据运输需求可以选择空间蜂窝单元结构A与板材分开运输。本发明的空间蜂窝单元结构由多个作为骨架杆的杆件组成，由于空间蜂窝单元结构占有很大的运输空间，因此为了方便运输，骨架杆和支撑杆最佳施工方式是车间预制结合现场拼接。

本发明的蜂窝桥梁结构采用仿天然六边形蜂窝的空间蜂窝单元结构A建造成型，桥梁整体美观，并可根据不同的拼接方法在一定程度上更改桥梁的整体外形。蜂窝本身就具有良好的力学优势：其强度和刚度都较高，耐疲劳性能好，质量轻自重小，具有良好的抗震效果。作为桥梁单元结构，有较大的力学性能优势。

从图3和图4中可以看出，支撑架为由两个竖向支撑31和一个斜向支撑32固定相连组成的N形支撑架3。该N形支撑架3最佳是焊接安装在六边形骨架1中。

实施例中，六边形骨架1由六根骨架杆依次首尾相连组成；六根骨架杆顺时针依次包括上水平骨架杆11、后上斜骨架杆12、后下斜骨架杆13、下水平骨架杆14、前下斜骨架杆15和前上斜骨架杆16；上水平骨架杆11与下水平骨架杆14对应相平行，后上斜骨架杆12与前下斜骨架杆15对应相平行，后下斜骨架杆13与前上斜骨架杆16对应相平行。本发明的骨架杆和支撑架均为采用相同的轻型高强材料制的成杆件，本发明以轻型材料制成的杆件构成空间蜂窝单元结构A的骨架，再辅以作为桥面的高强新型板材、透明阳光板，能使整个桥梁质量轻自重小，不仅具有良好的抗震效果，并且美观新颖。

实施例中，六根连接杆2按顺时针依次包括第一连接杆21、第二连接杆22、第三连接杆23、第四连接杆24、第五连接杆25和第六连接杆26。

实施例中，从图5和图6中可以看出，第一连接杆21、第二连接杆22和两个六边形骨架1的上水平骨架杆11构成了空间蜂窝单元结构A的上水平矩形框a，第二连接杆22、第三连接杆23和两个六边形骨架1的后上斜骨架杆12构成了空间蜂窝单元结构A的后上斜矩形框b，第三连接杆23、第四连接杆24和两个六边形骨架1的后下斜骨架杆13构成了空间蜂窝单元A的后下斜矩形框c，第四连接杆24、第五连接杆25和两个六边形骨架1的下水平骨架杆14构成了空间蜂窝单元结构A的下水平矩形框d，第五连接杆25、第六连接杆26和两个六边形骨架1的前下斜骨架杆15构成了空间蜂窝单元结构A的前下斜矩形框e，第六连接杆26、第一连接杆21和两个六边形骨架1的前上斜骨架杆16构成了空间蜂窝单元结构A的前上斜矩形框f。上水平矩形框a、后上斜矩形框b、后下斜矩形框c、下水平矩形框d、前下斜矩形框e和前上斜矩形框f构成了空间蜂窝单元结构A周边的六个镂空面。本发明的空间蜂窝单元结构A在拼接组装完成后，可以根据实际建桥需要，在上水平矩形框a中、后上斜矩形框b中、后下斜矩形框c中、下水平矩形框d中、前下斜矩形框e中或前上斜矩形框f中的任意矩形框中铺设高强新型板材和透明阳光板以作为通行的桥面。

实施例中，N形支撑架3的竖向支撑21垂直于上水平骨架杆11和下水平骨架杆14安装；竖向支撑31的上端与上水平骨架杆11固定相连接，竖向支撑31的下端与下水平骨架杆14固定相连接。

实施例中，在本发明的蜂窝桥梁结构中每一个空间蜂窝单元结构A的上水平矩形框a和下水平矩形框b均与水平面相平行，每一个空间蜂窝单元结构A中的竖向支撑31均垂直于水平面。也就是说组成蜂窝桥梁的每一个空间蜂窝单元结构A，其上水平矩形框a和下水平矩形框b均平行与水平面，同理，每一个空间蜂窝单元结构A中的竖向支撑31均垂直于水平面。

实施例中，空间蜂窝单元结构A间的叠置为位于上方的空间蜂窝单元结构A的下水平矩形框d与位于下方的空间蜂窝单元结构A的上水平矩形框a对应相连接。上方的空间蜂窝单元结构A和下方的空间蜂窝单元结构A通过下水平矩形框d和上水平矩形框a相连成一体。

实施例中，空间蜂窝单元结构A间的纵向拼接为位于前一个空间蜂窝单元结构A的后上斜矩形框b与位于后一个空间蜂窝单元结构A的前下斜矩形框e对应相连接，或位于前一个空间蜂窝单元结构A的后下斜矩形框c与位于后一个空间蜂窝单元结构A的前上斜矩形框f对应相连接。

实施例中，空间蜂窝单元结构A间的横向拼接为两个空间蜂窝单元结构A间的六边形骨架1对应相连接。

本发明是在拱形桥的基础上利用空间蜂窝单元结构A模块化地装配构成的一种蜂窝式桥梁结构，它不仅具有装配式结构的节能、环保、节省模板、缩短工期的优势，同时还结合了来源于自然蜂窝结构体系的单元模块化形式的特点。由于蜂窝形式力学性能的优势，此类结构逐渐在桥梁结构中采用。本发明蜂窝桥梁结构可适用于人行桥、景观桥以及中小跨度桥梁，针对不同地形及人文因素可以采用拱桥或箱梁桥等不同构造形式。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.模块化装配式蜂窝桥梁结构，其特征是：所述的蜂窝桥梁由多个仿天然蜂窝结构的空间蜂窝单元结构(A)采用模块化的拼接方式组装构成；所述的空间蜂窝单元结构(A)为由两个左右对称设置的六边形骨架(1)和连接该两六边形骨架(1)的六根连接杆(2)组成的空间六边形蜂窝框架，并且每个所述的六边形骨架(1)中均设置有用于提高六边形骨架(1)承载强度的支撑架；所述的空间蜂窝单元结构(A)纵向拼接形成了桥梁的跨度，所述的空间蜂窝单元结构(A)横向拼接拓展了桥梁的宽度，所述的空间蜂窝单元结构(A)叠置形成了桥梁的多层形式，所述的空间蜂窝单元结构(A)横向拼接为两个空间蜂窝单元结构(A)的六边形骨架(1)对应相连接。

2.根据权利要求1所述的模块化装配式蜂窝桥梁结构，其特征是：所述的支撑架为由两个竖向支撑(31)和一个斜向支撑(32)固定相连组成的N形支撑架(3)。

3.根据权利要求2所述的模块化装配式蜂窝桥梁结构，其特征是：所述的六边形骨架(1)由六根骨架杆依次首尾相连组成；六根所述的骨架杆顺时针依次包括上水平骨架杆(11)、后上斜骨架杆(12)、后下斜骨架杆(13)、下水平骨架杆(14)、前下斜骨架杆(15)和前上斜骨架杆(16)；所述的上水平骨架杆(11)与下水平骨架杆(14)对应相平行，所述的后上斜骨架杆(12)与前下斜骨架杆(15)对应相平行，所述的后下斜骨架杆(13)与前上斜骨架杆(16)对应相平行。

4.根据权利要求3所述的模块化装配式蜂窝桥梁结构，其特征是：六根所述的连接杆(2)分别连接在六边形骨架(1)的六个相应顶角处，该六根连接杆(2)按顺时针依次包括第一连接杆(21)、第二连接杆(22)、第三连接杆(23)、第四连接杆(24)、第五连接杆(25)和第六连接杆(26)。

5.根据权利要求4所述的模块化装配式蜂窝桥梁结构，其特征是：所述的第一连接杆(21)、第二连接杆(22)和两个六边形骨架(1)的上水平骨架杆(11)构成了空间蜂窝单元结构(A)的上水平矩形框(a)，所述的第二连接杆(22)、第三连接杆(23)和两个六边形骨架(1)的后上斜骨架杆(12)构成了空间蜂窝单元结构(A)的后上斜矩形框(b)，所述的第三连接杆(23)、第四连接杆(24)和两个六边形骨架(1)的后下斜骨架杆(13)构成了空间蜂窝单元结构(A)的后下斜矩形框(c)，所述的第四连接杆(24)、第五连接杆(25)和两个六边形骨架(1)的下水平骨架杆(14)构成了蜂窝单元(A)的下水平矩形框(d)，所述的第五连接杆(25)、第六连接杆(26)和两个六边形骨架(1)的前下斜骨架杆(15)构成了空间蜂窝单元结构(A)的前下斜矩形框(e)，所述的第六连接杆(26)、第一连接杆(21)和两个六边形骨架(1)的前上斜骨架杆(16)构成了空间蜂窝单元结构(A)的前上斜矩形框(f)。

6.根据权利要求4所述的模块化装配式蜂窝桥梁结构，其特征是：所述的N形支撑架(3)的竖向支撑(21)垂直于上水平骨架杆(11)和下水平骨架杆(14)安装；所述的竖向支撑(31)的上端与上水平骨架杆(11)固定相连接，所述的竖向支撑(31)的下端与下水平骨架杆(14)固定相连接。

7.根据权利要求6所述的模块化装配式蜂窝桥梁结构，其特征是：在所述的蜂窝桥梁中每一个空间蜂窝单元结构(A)的上水平矩形框(a)和下水平矩形框(b)均与水平面相平行，每一个空间蜂窝单元结构(A)中的竖向支撑(31)均垂直于水平面。

8.根据权利要求7所述的模块化装配式蜂窝桥梁结构，其特征是：所述的空间蜂窝单元结构(A)叠置为位于上方的空间蜂窝单元结构(A)的下水平矩形框(d)与位于下方的空间蜂窝单元结构(A)的上水平矩形框(a)对应相连接。