[发明专利]基于剪式铰单元的快速可展拱桥

说明书

本发明公开了一种基于剪式铰单元的快速可展拱桥，包括主体拱结构和设置在所述主体拱结构上侧的倒V形折叠桥面板；所述主体拱结构包括M榀平行设置的可展拱单元，其中M不小于2；所述可展拱单元包括N组沿着桥梁的跨度方向依次相连的剪式铰单元、连接首尾两个剪式铰单元的拉索。本发明快速可展拱桥通过桥面板受弯、主体拱受压、下部拉索受拉的组合作用，形成稳定的自平衡体系。本发明为单自由度快速可展结构体系，可由铝合金等金属材料、钢绞线等制作而成，构造和传力合理，驱动方式简单，造型美观，便于快速折叠、展开或转移，能重复使用，特别适用于临时、半永久性或功能性桥梁。

技术领域

本发明属于土木工程领域，交通运输方面，涉及机构与可展结构，尤其涉及一种基于剪式铰单元的快速可展拱桥。

背景技术

可展结构可由紧凑的折叠状态快速展开成型，引起设计师和工程师的广泛关注，并已逐渐在航空航天领域的太阳能帆板、卫星天线，机械领域的先机机构与机器人，土木工程领域的可开启屋盖、快速可展桥梁等诸多领域得到了工程应用。例如，近年来，中国西部地区地震灾害频发，地震直接造成了桥梁断裂、道路损坏，给灾区救援工作造成极大的影响。快速可展桥梁可迅速恢复受灾地区的受阻交通，打开救援的生命线。因此，开发新型高效、可靠、经济的快速可展桥梁具有非常重要的意义。

目前已经出现了几种类型的可展机构单元，其中剪式铰单元是可展结构中较为常见的基本单元。目前也出现了一些基于剪式铰单元设计的桥梁。但是，现阶段基于剪式铰单元设计的桥梁的桥面多为平面梁桥形式，也有较少的几个简单的下承式拱桥或桁架桥形式，但尚未出现综合设置有拉索、折叠桥面板的可展拱桥形式。为此，设计一种新型的基于剪式铰单元的可展拱桥对于丰富可展桥梁的多样性将具有重要的意义。

发明内容

技术问题：本发明提供一种展开折叠方式简单、驱动便捷、跨越能力较好的基于剪式铰单元的快速可展拱桥，具备设计和安装制作方便等优势，以便较好地满足临时性、半永久性、或特种桥梁对快速展开、折叠功能的要求。

技术方案：本发明的基于剪式铰单元的快速可展拱桥，包括主体拱结构和设置在所述主体拱结构上侧的倒V形折叠桥面板；所述主体拱结构包括M榀平行设置的可展拱单元，其中M不小于2；所述可展拱单元包括N组沿着桥梁的跨度方向依次相连的剪式铰单元、连接首尾两个剪式铰单元的拉索，其中N不小于4，所述剪式铰单元由交叉连接的第三梁杆和第四梁杆组成，所述第三梁杆和第四梁杆交叉连接处设置有枢轴节点，两相邻剪式铰单元件之间通过第三梁杆端部与第四梁杆端部连接，其中第三梁杆上侧端部与第四梁杆上侧端部的连接点为上弦节点，第三梁杆下侧端部与第四梁杆下侧端部的连接点为下弦节点，M榀可展拱单元中的对应枢轴节点分别通过第一横向连杆连接，每个剪式铰单元中，连杆的上弦节点至枢轴节点的距离与该连杆由枢轴节点至下弦节点的距离的比值范围为大于等于1至小于等于3；所述拉索与可展拱单元中首尾两个剪式铰单元外侧的上弦节点铰接。所述倒V形折叠桥面板包括沿着桥梁的跨度方向依次相连的桥面板单元，每组桥面板单元均由两块刚性板单元通过仅可单方向折叠的铰链连接而成，使每组桥面板单元只能够倒V形折叠，且桥面板单元完全展开后通过在折叠铰链上表面设置的限位装置形成一块矩形面板，每个桥面板单元两侧的四个节点均与主体拱结构的上弦节点铰接。

进一步的，本发明快速可展拱桥中，V形折叠桥面板包括N组依次连接的桥面板单元，所述主体拱结构包括M*N组剪式铰单元，2N-1根横向连杆，以及M根拉索，每一榀可展拱单元中，包括N+1个上弦节点，N个枢轴节点，N-1个下弦节点。

进一步的，本发明快速可展拱桥中，剪式铰单元为极线剪式单元，即两根连杆交点不在连杆中点的剪式铰单元，每个剪式铰单元中，连杆的上弦节点至枢轴节点的距离与该连杆由枢轴节点至下弦节点的距离的比值为24：23。