一种快速架设的充气式桥梁
阅读说明：本技术 一种快速架设的充气式桥梁 (Inflatable bridge that erects fast ) 是由 张立乾 闫晶 陈红 李兵 吴星 郭宏云 孟良 孙崇华 贾佳 王新波 田海娇 冯 于 2020-11-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种快速架设的充气式桥梁,包括充气环组件及桥面承载板；充气环组件设置在山谷内作为竖向支撑；桥面承载板沿山谷跨度方向安装在充气环组件上,充气环组件自身以及充气环组件和两侧山谷之间形成填充嵌锁关系。本发明能够快速拼装、快速架设。(The invention discloses a rapidly-erected inflatable bridge, which comprises an inflatable ring assembly and a bridge deck bearing plate, wherein the inflatable ring assembly is arranged on the bridge deck bearing plate; the inflatable ring assembly is arranged in the valley to be used as a vertical support; the bridge floor loading board is installed on aerifing the ring subassembly along valley span direction, aerifys ring subassembly self and aerifys and form between ring subassembly and the both sides valley and fill the interlocking relation. The invention can be assembled and erected quickly.)
技术领域
本发明涉及桥梁结构的技术领域，具体涉及一种快速架设的充气式桥梁。
背景技术
充气支撑环是一种气胀式结构，具有一定的承载能力，气胀式结构的承载原理是：膜囊在充气后得到较大内压，内压使膜面产生张力，膜的张力连同内压可抵抗外载荷，从而实现承力的作用。它具有重量轻、承载能力强的优点。目前充气式结构多用于航空航天、近空间飞行器和大型建筑领域。在桥梁领域尤其是满足应急快速架设桥梁领域则未见报道。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种快速架设的充气式桥梁，能够快速拼装、快速架设。
本发明采用的技术方案如下：
一种快速架设的充气式桥梁，包括充气环组件及桥面承载板；
所述充气环组件设置在山谷内作为竖向支撑；所述桥面承载板沿山谷跨度方向安装在充气环组件上，充气环组件自身以及充气环组件和两侧山谷之间形成填充嵌锁关系。
进一步地，所述充气环组件包括1个以上充气环单元，所述充气环单元由2个以上充气环并列拼装而成，且所有充气环轴线重合；
当充气环单元在竖直方向为单层时，在山谷跨度方向，充气环单元线接触排布构成充气模块；
当充气环单元在竖直方向为多层时，上层充气环单元同时与下层的两个充气环单元线接触构成充气模块。
进一步地，填充棒填充在充气环之间，同时，相邻两个充气环通过缠绕带缠绕将填充棒缠绕在内。
进一步地，所述充气模块在垂直于桥梁跨径方向间隔排布。
进一步地，充气环单元通过固定装置和地面固定。
进一步地，垂直于桥梁跨径方向的充气模块之间通过连接构件固定连接。
进一步地，每个充气环内压为0.2Mpa～0.7Ma。
进一步地，充气环为三层结构，分别为密闭内胆、受力层及外套；密闭内胆采用高韧橡胶材料；受力层采用碳纤维、聚酯纤维或在密闭内胆外复合高强钢丝；外套采用帆布。
进一步地，充气环厚度在5mm～10mm之间。
有益效果：
1、本发明充气环组件作为竖向支撑基本受力构件，可以大幅降低桥面承载板的单跨跨径，也为桥面承载板实现快速拼装提供了可能，而且充气环质量很轻，一般能控制在150Kg之内，为实现快速拼接提供了方便。其次，充气环组件自身以及充气环组件和两侧山谷之间形成填充嵌锁关系，能够形成横向稳定结构，共同受力，避免侧向失稳。
2、本发明充气环组件在组合方面比较灵活，既可以在跨度方向组合，又可以在垂直于桥梁跨径方向组合，从而可以较好适应不同的跨越地形；其次，充气环单元在山谷跨度方向组合，可以进一步减少桥面沿跨度方向支撑点的距离，从而减小桥面承载板的厚度，实现快速拼装、快速架设的目的。
3、本发明充气环为三层结构，密闭内胆主要提供封闭不漏气的环境，受力层由高抗拉强度的材料构成，外套主要提供表面必要的摩阻力和抗磨耗的能力，能够满足应力、结构竖向承载强度及刚度需求。
附图说明
图1为跨向单个充气环单元支撑平面图；
图2为跨向单个充气环单元支撑三维示意图；
图3为多个充气环单元单层支撑平面图；
图4为多个充气环单元单层支撑三维示意图；
图5为多个充气环单元双层支撑平面图；
图6为多个充气环单元双层支撑三维示意图；
图7为三个充气环并列拼装而成的充气环单元的结构示意图；
其中，1-充气环，2-桥面承载板。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种快速架设的充气式桥梁，包括充气环组件及桥面承载板2。
充气环组件设置在山谷内作为竖向支撑，桥面承载板2沿山谷跨度方向安装在充气环组件上，充气环组件自身以及充气环组件和两侧山谷之间形成填充嵌锁关系。
在一个优选实施例中，充气环组件的投影圆与山谷跨度方向在同一水平面。
充气环组件包括1个以上充气环单元，充气环单元由2个以上充气环1并列拼装而成，且所有充气环1轴线重合。如图7所示，本实施例中，充气环单元由三个充气环1并列拼装而成。
充气环1为三层结构，分别为密闭内胆、受力层及外套；密闭内胆采用高韧橡胶材料；受力层采用碳纤维、聚酯纤维或在密闭内胆外复合高强钢丝；外套采用帆布。三层叠合后的充气环1厚度在5mm～10mm之间。每个充气环1内压为0.2Mpa～0.7Ma。
实施例一，采用单个充气环单元独自形成支撑，充气环单元的投影圆与山谷跨度方向在同一水平面，如图1、图2所示，可将单跨跨度减小至二分之一。
实施例二，采用四个充气环单元单层支撑，如图3、图4所示，可将单跨跨度减少至三分之一。在山谷跨度方向，两个充气环单元线接触排布构成充气模块，根据山谷深度大小选择充气模块的个数，山谷深度方向即垂直于桥梁跨径方向。本实例中采用两个充气模块。两个充气模块在垂直于桥梁跨径方向间隔排布，也可以直接接触。填充棒填充在充气环1之间，同时，相邻两个充气环1通过缠绕带缠绕将填充棒缠绕在内形成填充嵌锁关系，充气环1和两侧山谷之间设置窝槽。
充气环单元也可以通过固定装置和地面固定；或者在垂直于桥梁跨径方向的充气模块之间通过连接构件固定连接形成填充嵌锁关系。
实施例三，采用十个充气环单元双层支撑，如图5、图6所示，上层充气环单元同时与下层的两个充气环单元线接触构成充气模块，根据山谷深度大小选择充气模块的个数。本实例中采用两个充气模块。两个充气模块在垂直于桥梁跨径方向间隔排布，也可以直接接触。填充棒填充在充气环1之间，同时，相邻两个充气环1通过缠绕带缠绕将填充棒缠绕在内形成填充嵌锁关系，充气环1和两侧山谷之间设置窝槽。
充气环单元也可以通过固定装置和地面固定；或者在垂直于桥梁跨径方向的充气模块之间通过连接构件固定连接形成填充嵌锁关系。
桥面承载板、山谷底部及两侧的山体以及充气环均采用三维壳单元进行分析。基于ABAQUS分析软件建立模型，模型物理力学参数见表1所示。
表1物理力学指标表
Tab.1 Physical mechanics indicator
针对实施例一承载力分析，充气环加压后的Mises应力峰值为70.6Mpa；桥面加载后Mises应力峰值为72.1Mpa，变化仅为1.5Mpa，可见在桥面施加总重102.3吨的均布载荷后，充气膜的应力并没有大幅提高，说明了充气膜在受力的均衡性方面有着明显优势。膜体应力均在膜体材料允许应力范围之内。
充气环加压后的竖向位移在桥面跨中峰值为43.9mm，呈上拱形态；桥面加载后竖向位移在桥面跨中峰值为-47.3mm，二者之和即为桥跨在桥面载荷作用下的竖向位移，即91.1mm，为跨度26600mm的1/292，可见在桥面施加总重102.3吨的均布载荷后，跨中垂向位移在允许的范围之内，说明了充气环结构在刚度方面能满足要求。
针对实施例二承载力分析，充气环加压后的Mises应力峰值为41.3Mpa；桥面加载后Mises应力峰值为60.7Mpa，应力增加19.4Mpa，膜体应力均在膜体材料允许应力范围之内。
充气环加压后的竖向位移在桥面跨中峰值为8.1mm，呈上拱形态；桥面加载后竖向位移在桥面跨中峰值为-20.6mm，二者之和即为桥跨在桥面载荷作用下的竖向位移，即28.7mm，为跨度18800mm的1/655，可见在桥面施加总重72.3吨的均布载荷后，跨中垂向位移在允许的范围之内，说明了充气环结构在刚度方面能满足要求。
针对实施例三承载力分析，充气环加压后的Mises应力峰值为52.3Mpa；桥面加载后Mises应力峰值为58.4Mpa，应力增加6.1Mpa，膜体应力均在膜体材料允许应力范围之内。
充气环加压后的竖向位移在桥面跨中峰值为10.1mm，呈上拱形态；桥面加载后竖向位移在桥面跨中峰值为-33.6mm，二者之和即为桥跨在桥面载荷作用下的竖向位移，即43.7mm，为跨度25100mm的1/574，可见在桥面施加总重96.5吨的均布载荷后，跨中垂向位移在允许的范围之内，说明了充气环结构在刚度方面能满足要求。
基于以上分析可知，充气环在强度及刚度两个方面都能满足桥梁承载要求，且具有较大的安全储备。膜体应力控制在几十兆帕之内，跨中竖向挠度控制在跨径的1/290之内，整体上是科学可行的。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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