一种基于折纸结构的新型可展桥梁结构 |
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| 申请号 | CN202011265030.7 | 申请日 | 2020-11-12 | 公开(公告)号 | CN112458870A | 公开(公告)日 | 2021-03-09 |
| 申请人 | 汕头大学; | 发明人 | 喻莹; 董淑钦; 郭书瑜; | ||||
| 摘要 | 本 发明 实施例 公开了一种基于折纸结构的新型可展 桥梁 结构，包括 桥面 板、可展结构，所述若干第一菱形单元的各 顶点 为共顶点，所述第二菱形单元连接上下左右相临的所述第一菱形单元；上下相临所述第二菱形单元中的 水 平对称轴上均设置有凸顶点或凹顶点，左右相临所述第二菱形单元中的水平对称轴上分别设置有凸顶点、凹顶点，所述凸顶点与所述凹顶点处形成的折叠结构之间具有间隙。本发明中的折纸结构可以完全折叠和展开为二维平面，因此由此发展的可展结构具有较大的收缩率；本发明中的可展结构为多 自由度 体系，采用拉索进行控制，易于实现 变形 协调，不易发生折展过程中的 锁 死现象；本发明能够实现全桥的整体展开和闭合，施工速度快。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于折纸结构的新型可展桥梁结构，其特征在于，包括桥面板、由若干第一菱形单元、若干第二菱形单元构成呈“Z”形成可展结构，所述若干第一菱形单元的各顶点为共顶点，所述第二菱形单元连接上下左右相临的所述第一菱形单元；上下相临所述第二菱形单元中的水平对称轴上均设置有凸顶点或凹顶点，左右相临所述第二菱形单元中的水平对称轴上分别设置有凸顶点、凹顶点，所述凸顶点与所述凹顶点处形成的折叠结构之间具有间隙，所述桥面板铺设于所述可展结构上。 |
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| 说明书全文 | 一种基于折纸结构的新型可展桥梁结构技术领域[0001] 本发明涉及一种可展桥梁结构，尤其涉及一种基于折纸结构的新型可展桥梁结构。 背景技术[0002] 可展桥储存方便、运输占用空间小、施工速度快，具有很好的应用前景，近年来更是得到了国内、外桥梁界的普遍重视。为保证野战、救灾、户外勘察以及桥梁新建和改建时交通运输通畅，需要能在短期内通过快速施工建成满足使用要求的桥梁，可展桥能满足该要求。一般可展桥桥身采用特殊的结构形式，在工厂内制作完成，经合龙、折叠运送至现场后，只需伸展桥身，再以自锁及其它紧固措施加强节点，即可快速实现从机构向结构的转变以承担荷载，满足通行要求。装配式桥梁因其构件高度分散化，现场组装时构件数量多、节点连接繁琐，施工速度仍受到一定制约。目前大部分可展桥梁为单自由度体系，展开过程易发生卡死现象，且其折叠主要针对单个桥节，收缩后节约的空间有限。 [0003] 近年来折纸提供的丰富造型给工业设计很多灵感。许多研究人员专门进行折纸的科学研究，为许多领域带来新的技术突破，如机械、力学、材料、控制等，但现有设计中并没有一种切实可行的方便使用的可展桥梁结构。 发明内容[0004] 本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于折纸结构的新型可展桥梁结构。能够快速实现从机构向结构的转变以承担荷载，上部架设桥面板后能够满足通行要求，全桥展开具有多自由度，结构变形协调性好，不易卡死，易于控制，方便运输，施工速度快，刚度好。 [0005] 为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于折纸结构的新型可展桥梁结构，包括桥面板、由若干第一菱形单元、若干第二菱形单元构成呈“Z”形成可展结构，所述若干第一菱形单元的各顶点为共顶点，所述第二菱形单元连接上下左右相临的所述第一菱形单元；上下相临所述第二菱形单元中的水平对称轴上均设置有凸顶点或凹顶点，左右相临所述第二菱形单元中的水平对称轴上分别设置有凸顶点、凹顶点，所述凸顶点与所述凹顶点处形成的折叠结构之间具有间隙，所述桥面板铺设于所述可展结构上。 [0006] 其中，所述凸顶点与所述水平对称轴上的第一顶点之间形成第一折脊、与所述水平对称轴上的第二顶点之间形成第一折谷、与所述第二菱形单元上下两顶点形成第二折脊、第三折脊，所述第一折脊的长度小于所述第一折谷的长度，所述第一顶点两边为折谷，所述第二顶点两边为折脊，所述凹顶点的形成方式与所述凸顶点相反。 [0007] 其中，所述第一菱形单元的四边与同一线上的所述第二菱形单元的边同为折脊或折谷。 [0008] 其中，所述第一顶点为锐角。 [0009] 其中，所述第一菱形单元、第二菱形单元为相同边长。 [0010] 其中，所述可展结构在展开状态下两侧面板之间通过拉索锚固。 [0011] 其中，所述可展结构之间的翻转处设置有合页，所述合页上设置有环形构件，用于固定所述拉索。 [0012] 实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明中的折纸结构可以完全折叠和展开为二维平面，因此由此发展的可展结构具有较大的收缩率；本发明中的可展结构为多自由度体系，采用拉索进行控制，易于实现变形协调，不易发生折展过程中的锁死现象；本发明能够实现全桥的整体展开和闭合，施工速度快。附图说明 [0013] 图1为折纸结构基本原型结构平面展开图； [0014] 图2为图1中A处放大图； [0015] 图3为本发明中折纸结构平面展开图； [0016] 图4为图3中B处放大图； [0017] 图5为折纸结构的三维结构示意图(连通孔隙较小)； [0018] 图6为折纸三维结构示意图(连通孔隙较大)； [0019] 图7是本发明的整体结构示意图； [0020] 图8是折脊处设置合页的结构示意图。 具体实施方式[0021] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。 [0022] 为帮助理解并实施本发明，本发明实施例使用如图1的原型进行辅助说明，原结构为由若干交替的平行四边形结构单元构成“Z”字形多层折叠结构。具有若干个指向本发明周期性的折纸结构3外侧的凸顶点3E和若干指向折纸结构3内侧的凹顶点3I。 [0023] 参照图2所示，凸顶点3E由第一、第二、第三、第四凸顶点折边3E1、3E2、3E3、33汇集于一点构成(第一、第二、第三、第四凸顶点折边3E1、3E2、3E3、33即为第一边a、第二边b、第三边c、第四边d)，第一、第三、第四折边3E1、3E3、33折边为峰折，第二凸顶点折边3E2为谷折，第二凸顶点折边3E2与第一、第三凸顶点折边3E1、3E3之间的夹角分别为α、第四凸顶点折边33与第一、第三凸顶点折边3E1、3E3之间的夹角分别为180°-α。 [0024] 凹顶点3I由第一、第二、第三、第四凹顶点折边3I1、33、3I3、3I4汇集于一点构成，本发明实施例优选将凸顶点3E的第四凸顶点折边33作为凹顶点3I的第二凹顶点折边，使得凸顶点3E和凹顶点3I排列更密集，第一、第三、第四凹顶点折边3I1、3I3、3I4为谷折，第二凹顶点折边33为峰折，第二凹顶点折边33与第一、第三凹顶点折边3I1、3I3之间的夹角分别为α、第四凹顶点折边3I4与第一、第三凹顶点折边3I1、3I3之间的夹角分别为180°-α。 [0025] 在图1和图2所述结构的基础上，在上述凸顶点3E、凹顶点3I处构造带间隙结构的菱形单元，参照图3、图4所示。 [0026] 由此形成了两类菱形单元，一类如单元aJ和aK，内部不具有间隙结构，另一类如单元aE和aI，内部具有间隙结构。两类菱形结构单元间隔排列。 [0027] 取凸顶点3E交汇处四条边3E1上的中点、3E3上的中点以及33、3E2上的两个点相连成第二菱形单元ABCD，取凹顶点3I交汇处四条边3I1上的中点、3I3上的中点，以及33、3I4上的两个点相连成相临的第二菱形单元FDGH，而凸顶点3E、凹顶点3I形成方式相反，且两者的对称轴为多层折叠结构中各层的边界，第一菱形单元JADF则位各层之中，且与第二菱形单元为共顶点，连接上下左右相临的第二菱形单元。 [0028] 凸顶点与凹顶点处形成的折叠结构之间具有间隙，具体而言，参照图4，取a边和c边中点作为菱形单元的顶点A和C。点B和点D在b边和d边上选取，使AB连线，BC连线，CD连线，AD连线的长度都相等，构成一个带间隙的菱形单元ABCD(即为第二菱形单元)。AB连线和BC连线为折峰，CD连线和AD连线为折谷。菱形的边长大于AE连线的长度。 [0029] 参照图4所示，AB、BC连线与第二凸顶点折边3E2的钝角夹角均为α1，CD、DA连线与第四凸顶点折边33的钝角夹角均为α1，AB连线与第一凸顶点折边3E1的夹角为180°－α1+α，BC连线与第三凸顶点折边3E3的夹角为180°－α1+α，AB、AE之间的夹角和BC、CE之间的夹角均为α1-α，AE、CE与ED之间的夹角均为180°-α，180°>α1>90°。 [0030] 在第一、第二、第三、第四凹顶点折边3I1、33、3I3、3I4上分别取F、D、G、H点，FDGH连线构成带间隙的菱形单元FDGH(即为相临的第二菱形单元)。点F和点G取折边3I1和3I3的中点。点D和点H在33边和3I4边上选取，使FD连线，DG连线，GH连线，HF连线的长度都相等，构成一个带间隙的菱形单元FDGH。FD连线和DG连线为折谷，FH连线和GH连线为折峰。菱形的边长大于AE连线的长度。 [0031] 参照图4所示，FD、DG连线与第二凹顶点折边33的钝角夹角均为α1，HG、HF连线与第四凹顶点折边3I4的钝角夹角均为α1，FD连线与第一凹顶点折边3I1的夹角为180°－α1+α，GD连线与第三凹顶点折边3I3的夹角为180°－α1+α，FD、FI之间的夹角和GD、GI之间的夹角均为α1-α，FI、IG与HI之间的夹角均为180°-α，180°>α1>90°。 [0032] 通过此种方式则在原构型的基础上构造出交替排列的菱形单元。新的构型折叠后形成更多层的折叠结构，且侧面能够形成孔隙，且具有更多的耗能板件。 [0033] 本发明通过需设定夹角α、α1人参数即可达到所需的折叠孔隙大小。参照图5所示，本发明可形成侧面孔隙较小的折纸结构。参照图6所示，本发明也可形成侧面孔隙较大的折纸结构。 [0034] 如图7、8所示，本发明在实施时，将上述可展结构进行展开，结构板件可采用材料及尺寸按照受力性能确定，节点连接需要特殊设计，峰折处的合页4安装在板件上部，合页处带有环状构件固定拉索2，谷折处的合页安装在板件上部，合页处不设环状构件5，将若干个桥面板铺设于所固定展开的结构表面。 |
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