本發(fā)明涉及一種折疊桁架結(jié)構(gòu),尤其是一種雙向折疊桁架橋結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

自上世紀60年代西班牙建筑師Pinero首先成功地將可展結(jié)構(gòu)的概念應(yīng)用于“可移動劇院”的設(shè)計，可開啟式屋蓋在大跨度空間結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用得以迅速增加。另一方面，隨著人們探索外太空步伐的加快，可展結(jié)構(gòu)受到了廣泛的關(guān)注，相關(guān)研究成果已應(yīng)用到空間的太陽能帆板、衛(wèi)星天線中。而當前應(yīng)用最為廣泛的主要是基于剪式單元（scissor like element）的可展結(jié)構(gòu)。從幾何學(xué)角度來考慮，這類可展結(jié)構(gòu)的基本原理是每對連桿通過一個柱鉸相連，每對連桿僅能繞垂直與該對連桿所在平面的軸線作相對轉(zhuǎn)動，而其它自由度完全受到了限制；同時剪式單元間的連接是通過單元端部節(jié)點鉸接實現(xiàn)。剪式單元相連組成折疊桁架。

現(xiàn)有的可動結(jié)構(gòu)，其幾何形狀大多只考慮“開始”和“結(jié)束”兩個狀態(tài)，也即折疊狀態(tài)和展開狀態(tài)。這兩個狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換方式大致為：水平移動式、水平旋轉(zhuǎn)移動式、空間移動式、中樞軸轉(zhuǎn)動式、折疊移動式和組合移動式等。但是這些可開啟式屋蓋結(jié)構(gòu)只有平動或者轉(zhuǎn)動的能力，事實上整個屋蓋結(jié)構(gòu)的外形并沒有改變。所以這些可動結(jié)構(gòu)并不是真正意義上的幾何可變結(jié)構(gòu)。

可展結(jié)構(gòu)的展開通常是利用剪式單元桿件間的相對轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)的，其具有工期短、易搬遷和可重復(fù)利用等優(yōu)點，已引起了現(xiàn)代工程師的極大興趣。但因節(jié)點涉及復(fù)雜，剛度差等原因其在大跨結(jié)構(gòu)中使用較少。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種連接節(jié)點少、結(jié)構(gòu)剛度好的一種雙向折疊桁架橋結(jié)構(gòu)，具有設(shè)計和施工方便等優(yōu)點,能較好地滿足臨時性橋梁方便搭建和移動及大跨度橋梁對折疊功能的要求。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:

一種雙向折疊桁架橋結(jié)構(gòu)，由支撐結(jié)構(gòu)以及位于支撐結(jié)構(gòu)上的面板結(jié)構(gòu)組成，其特征在于：所述支撐結(jié)構(gòu)為折疊桁架，該折疊桁架包括在跨度方向相連的四棱柱單元及將所述折疊桁架進行折疊和展開的拉索；所述四棱柱單元由四個剪式單元在首尾環(huán)向相連組成；所述剪式單元由兩根長度相等直桿在各自中點處銷接而成；四個剪式單元首尾相連后形成有四個上弦節(jié)點和四個下弦節(jié)點，在組成所述折疊桁架的每個四棱柱單元的上弦節(jié)點和下弦節(jié)點上分別設(shè)置一條所述拉索；

所述面板結(jié)構(gòu)由剛性橋面板單元組成；所述剛性橋面板單元由八塊折疊剛性板單元組成，八塊折疊剛性板單元展開后為矩形并在矩形的四個角形成四個邊緣節(jié)點；所述剛性橋面板單元的四個邊緣節(jié)點與所述四棱柱單元的四個上弦節(jié)點鉸接；所述八塊折疊剛性板單元分為四個三角形板和四個五邊形板，按照逆時針分別為第一三角形板、第一五邊形板、第二五邊形板、第二三角形板、第三三角形板、第三五邊形板、第四五邊形板和第四三角形板，他們之間的公共邊分別為第一公共邊、第二公共邊、第三公共邊、第四公共邊、第五公共邊、第六公共邊，此外第一三角形板和第四三角形板公共邊為第七公共邊，第一五邊形板和第四五邊形板公共邊為第八公共邊，其中第二五邊形板和第三五邊形板公共邊為第九公共邊；在運動過程中，第一公共邊至第六公共邊相互平行，第七公共邊至第九公共邊共線；第一三角形板、第一五邊形板、第二五邊形板、第二三角形板和第三三角形板、第三五邊形板、第四五邊形板、第四三角形板是關(guān)于第七公共邊至第九公共邊形成的平面始終保持對稱的。

所述第一公共邊、第三公共邊、第四公共邊、第六公共邊和第八公共邊為峰線，第二公共邊、第五公共邊、第七公共邊和第九公共邊為谷線，相鄰的三角形板沿著峰線向外折疊，沿著谷線向內(nèi)折疊，所述向外折疊是指相鄰的三角形板的外法線之間的夾角變大，向內(nèi)折疊是指相鄰的三角形板的外法線之間的夾角變小。

所述第一三角形板在第一公共邊兩側(cè)的邊線與第七公共邊的夾角分別為第一夾角和第二夾角；在第二公共邊兩側(cè)的邊線與第八公共邊的夾角分別為第三夾角和第四夾角；在第二公共邊兩側(cè)的邊線與第九公共邊的夾角分別為第五夾角和第六夾角；第一夾角和第三夾角相等，第二夾角和第五夾角為90°；第一夾角和第四夾角互補，第三夾角和第六夾角互補。

所述直桿為平面桿或空間結(jié)構(gòu)的桿件。

本發(fā)明的有益效果是，在開合過程中，機構(gòu)之間是運動相容的，不會產(chǎn)生額外的內(nèi)力，其受力性能優(yōu)越；而且本發(fā)明的折疊桁架為單自由度體系，減小了驅(qū)動裝置的數(shù)量；另外，由于本發(fā)明構(gòu)成的構(gòu)件數(shù)遠少于一般的折疊結(jié)構(gòu)，因此給人們一種簡潔明快的效果，克服了結(jié)構(gòu)感觀上桿件繁多凌亂的缺點；其便于移動和搬遷，可重復(fù)使用，且構(gòu)造合理、設(shè)計和施工簡單，特別適合中小跨度的橋梁。

附圖說明

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進一步詳細說明：

圖1是剪式單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是四棱柱單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是剛性橋面板單元的結(jié)構(gòu)完全展開示意圖；

圖4是剛性橋面板單元的結(jié)構(gòu)半展開示意圖；

圖5是布索的折疊桁架的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是整體結(jié)構(gòu)展開的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是整體結(jié)構(gòu)半展開的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面參照說明書附圖，對本發(fā)明的具體實施方式作出更為詳細的說明：

折疊桁架的基本單元是剪式單元，如圖1所示，一個剪式單元由兩根直桿21和22在兩桿中點處銷接而成，剪式單元1兩根直桿21和22長度相等且在桿中點處銷接。如圖2，剪式單元1首尾環(huán)向相連形成四棱柱單元4。

結(jié)構(gòu)展開拉索3拉緊，布索3的折疊桁架4如圖5所示。

剛性橋面板5由剛性橋面板單元6組成相連組成。其中八塊折疊板7可折疊。剛性橋面板單元6布置在折疊桁架4上。剛性橋面板單元6完全展開時如圖3所示，半展開如圖4所示。每個剛性橋面板單元6由四個三角形板和四個五邊形板組成，按照逆時針分別為第一三角形板71、第一五邊形板72、第二五邊形板73、第二三角形板74、第三三角形板75、第三五邊形板76、第四五邊形板77和第四三角形板78。他們之間的公共邊分別為第一公共邊79、第二公共邊710、第三公共邊711、第四公共邊712、第五公共邊713、第六公共邊714，此外第一三角形板和第四三角形板公共邊為第七公共邊715，第一五邊形板和第四五邊形板公共邊為第八公共邊716，其中第二五邊形板和第三五邊形板公共邊為第九公共邊717；在運動過程中，第一公共邊79至第六公共邊714相互平行，第七公共邊715至第九公共邊717共線。第一三角形板71、第一五邊形板72、第二五邊形板73、第二三角形板74和第三三角形板75、第三五邊形板76、第四五邊形板77、第四三角形板78是關(guān)于第七公共邊715至第九公共邊717形成的平面對稱的。兩個相鄰剪式單元的兩個上層公共節(jié)點與剛性橋面板外緣鉸接。

第一公共邊79、第三公共邊711、第四公共邊712、第六公共邊714和第八公共邊716為峰線，第二公共邊710、第五公共邊713、第七公共邊715和第九公共邊717為谷線，相鄰的板沿著峰線向外折疊，沿著谷線向內(nèi)折疊，所述向外折疊是指相鄰的板的外法線之間的夾角變大，向內(nèi)折疊是指相鄰的板的外法線之間的夾角變小。第一三角形板在第一公共邊兩側(cè)的邊線與第七公共邊的夾角分別為第一夾角718和第二夾角719；在第一五邊形板72的兩側(cè)邊線第一公共邊79與第二公共邊710和第八公共邊716的夾角分別為第三夾角720和第四夾角721；在第二五邊形板73兩側(cè)邊線與第九公共邊717的夾角分別為第五夾角722和第六夾角723；第一夾角718和第三夾角720相等，第二夾角719和第五夾角722為90°；第一夾角和718第四夾角721互補，第三夾角720和第六夾角723互補。

每個中間跨剛性橋面板單元7外側(cè)的四個節(jié)點723~726與下面的折疊桁架4上弦四個節(jié)點41~44（如圖5所示）鉸接。運動過程中，結(jié)構(gòu)可沿跨度方向和垂直于跨度方向兩個方向展開和收縮，整體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)展開時如圖6所示。折疊桁架4上下緣布置拉索，展開時拉索3拉緊且固定在邊跨處，收縮時拉索3松弛（如圖7）。整體單自由度運動。