CN106498839B - 一种双向折叠桁架桥结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向折叠桁架桥结构，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柱单元及将折叠桁架进行折叠和展开的拉索；在组成折叠桁架的每个四棱柱单元的上弦节点和下弦节点上分别设置一条拉索；八块折叠刚性板单元展开后为矩形并在矩形的四个角形成四个边缘节点；刚性桥面板单元的四个边缘节点与四棱柱单元的四个上弦节点铰接。本发明的折叠穹顶机构为单自由度体系，减小了驱动装置的数量；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

一种双向折叠桁架桥结构

技术领域

本发明涉及一种折叠桁架结构,尤其是一种双向折叠桁架桥结构。

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。

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的不足，而提供一种连接节点少、结构刚度好的一种双向折叠桁架桥结构，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:

一种双向折叠桁架桥结构，由支撑结构以及位于支撑结构上的刚性桥面板组成，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柱单元及将所述折叠桁架进行折叠和展开的拉索；所述四棱柱单元由四个剪式单元在首尾环向相连组成；所述剪式单元由两根长度相等直杆在各自中点处销接而成；四个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柱单元的上弦节点和下弦节点上分别设置一条所述拉索；

所述刚性桥面板由刚性桥面板单元组成；所述刚性桥面板单元由八块折叠刚性板单元组成，八块折叠刚性板单元展开后为矩形并在矩形的四个角形成四个边缘节点；所述刚性桥面板单元的四个边缘节点与所述四棱柱单元的四个上弦节点铰接；所述八块折叠刚性板单元分为四个三角形板和四个五边形板，按照顺时针分别为第一三角形板、第一五边形板、第二五边形板、第二三角形板、第三三角形板、第三五边形板、第四五边形板和第四三角形板，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、第六公共边，此外第一三角形板和第四三角形板公共边为第七公共边，第一五边形板和第四五边形板公共边为第八公共边，其中第二五边形板和第三五边形板公共边为第九公共边；在运动过程中，第一公共边至第三公共边相互平行，第四公共边至第六公共边相互平行，第七公共边至第九公共边共面；第一三角形板、第一五边形板、第二五边形板、第二三角形板和第三三角形板、第三五边形板、第四五边形板、第四三角形板是关于第七公共边至第九公共边形成的平面始终保持对称的。

所述第一公共边、第三公共边、第四公共边、第六公共边和第八公共边为峰线，第二公共边、第五公共边、第七公共边和第九公共边为谷线，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七公共边两侧的边线与第七公共边的夹角分别为第一夹角和第二夹角；在第一五边形板的两侧边线第一公共边与第二公共边和第八公共边夹角分别为第三夹角和第四夹角；在第二五边形板两侧边线与第九公共边的夹角分别为第五夹角和第六夹角；第一夹角和第三夹角相等，第二夹角和第五夹角为90°；第一夹角和第四夹角互补，第三夹角和第六夹角互补。

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是四棱柱单元的结构示意图；

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剪式单元，如图1所示，一个剪式单元由两根直杆21和22在两杆中点处销接而成，剪式单元1两根直杆21和22长度相等且在杆中点处销接。如图2，剪式单元1首尾环向相连形成四棱柱单元4。

结构展开拉索3拉紧，布索3的折叠桁架4如图5所示。

刚性桥面板5由刚性桥面板单元6组成相连组成。其中八块折叠刚性板单元可折叠。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由四个三角形板和四个五边形板组成，按照顺时针分别为第一三角形板71、第一五边形板72、第二五边形板73、第二三角形板74、第三三角形板75、第三五边形板76、第四五边形板77和第四三角形板78。他们之间的公共边分别为第一公共边79、第二公共边710、第三公共边711、第四公共边712、第五公共边713、第六公共边714，此外第一三角形板和第四三角形板公共边为第七公共边715，第一五边形板和第四五边形板公共边为第八公共边716，其中第二五边形板和第三五边形板公共边为第九公共边717；在运动过程中，第一公共边79至第三公共边711相互平行，第四公共边712至第六公共边714相互平行，第七公共边715至第九公共边717共面。第一三角形板71、第一五边形板72、第二五边形板73、第二三角形板74和第三三角形板75、第三五边形板76、第四五边形板77、第四三角形板78是关于第七公共边715至第九公共边717形成的平面对称的。两个相邻剪式单元的两个上层公共节点与刚性桥面板外缘铰接。

第一公共边79、第三公共边711、第四公共边712、第六公共边714和第八公共边716为峰线，第二公共边710、第五公共边713、第七公共边715和第九公共边717为谷线，相邻的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板的外法线之间的夹角变大，向内折叠是指相邻的板的外法线之间的夹角变小。第一三角形板在第七公共边两侧的边线与第七公共边的夹角分别为第一夹角718和第二夹角719；在第一五边形板72的两侧边线第一公共边79与第二公共边710和第八公共边716的夹角分别为第三夹角720和第四夹角721；在第二五边形板73两侧边线与第九公共边717的夹角分别为第五夹角722和第六夹角723；第一夹角718和第三夹角720相等，第二夹角719和第五夹角722为90°；第一夹角和718第四夹角721互补，第三夹角720和第六夹角723互补。

每块折叠刚性板单元外侧的四个节点724～727与下面的折叠桁架4上弦四个节点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。折叠桁架4上下缘布置拉索，展开时拉索3拉紧且固定在边跨处，收缩时拉索3松弛(如图7)。整体单自由度运动。

Claims (3)

1.一种双向折叠桁架桥结构，由支撑结构以及位于支撑结构上的刚性桥面板组成，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柱单元及将所述折叠桁架进行折叠和展开的拉索；所述四棱柱单元由四个剪式单元在首尾环向相连组成；所述剪式单元由两根长度相等直杆在各自中点处销接而成；四个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柱单元的上弦节点和下弦节点上分别设置一条所述拉索；

所述刚性桥面板由刚性桥面板单元组成；所述刚性桥面板单元由八块折叠刚性板单元组成，八块折叠刚性板单元展开后为矩形并在矩形的四个角形成四个边缘节点；所述刚性桥面板单元的四个边缘节点与所述四棱柱单元的四个上弦节点铰接；所述八块折叠刚性板单元分为四个三角形板和四个五边形板，按照逆时针分别为第一三角形板、第一五边形板、第二五边形板、第二三角形板、第三三角形板、第三五边形板、第四五边形板和第四三角形板，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、第六公共边，此外第一三角形板和第四三角形板公共边为第七公共边，第一五边形板和第四五边形板公共边为第八公共边，其中第二五边形板和第三五边形板公共边为第九公共边；在运动过程中，第一公共边至第三公共边相互平行，第四公共边至第六公共边相互平行，第七公共边至第九公共边共面；第一三角形板、第一五边形板、第二五边形板、第二三角形板和第三三角形板、第三五边形板、第四五边形板、第四三角形板是关于第七公共边至第九公共边形成的平面始终保持对称的；

所述第一公共边、第三公共边、第四公共边、第六公共边和第八公共边为峰线，第二公共边、第五公共边、第七公共边和第九公共边为谷线，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所述的双向折叠桁架桥结构，其特征在于：所述第一三角形板在第七公共边两侧的边线与第七公共边的夹角分别为第一夹角和第二夹角；在第一五边形板的两侧边线第一公共边与第二公共边和第八公共边夹角分别为第三夹角和第四夹角；在第二五边形板两侧边线与第九公共边的夹角分别为第五夹角和第六夹角；第一夹角和第三夹角相等，第二夹角和第五夹角为90°；第一夹角和第四夹角互补，第三夹角和第六夹角互补。

3.根据权利要求1或2所述的双向折叠桁架桥结构，其特征在于：所述直杆为平面杆或空间结构的杆件。