一种充气膜体与桥面板底耦合的组合受力桥梁的制作方法

本发明属于桥梁结构设计，具体涉及一种充气膜体与桥面承载板底耦合的组合受力桥梁。

背景技术：

1、桥梁装备是伴随任务行动，特别是强渡江河、跨越峡谷和壕沟等障碍，实现快速机动的重要工程保障器材。传统的桥梁装备存在重量大、体积大、架设速度慢、承载能力低、保障人员多和运输车辆多等问题，严重影响了装备的机动性能。研制轻型、快速架设、承载能力强和高机动性的新型桥梁装备具有重要的现实意义。

2、充气结构以其独特的优势在广大的工程领域中备受关注，在航空航天、近空间飞行器和大型建筑领域中展示了广阔的应用前景。充气结构是一种特殊的结构形式，利用压缩空气使充气织物形成预定的形状并达到预定的功能。与传统的钢结构和铝结构相比，充气结构具有自身重量轻、贮存运输体积小、架设速度快、结构阻尼大的特点。随着充气结构相关工业技术的发展，特别是高性能纤维及织物的出现，为充气结构的进一步发展创造了条件。

3、充气结构通过气囊内压使薄膜产生拉应力，并使结构达到相当的刚度，从而使结构具有抵抗外载的强度和刚度。其承载能力取决于内压的大小，提高气囊内压在一定程度上可以提高结构的承载力，但不能实现大的突破，过大的内压将使薄膜产生过大的应力，容易引发安全问题。因此，为减少充气结构的局限性而充分发挥其优势，研发充气结构和其他刚性结构的组合型式是必要的。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种充气膜体与桥面板底耦合的组合受力桥梁，充气膜体既作为充气膜的封闭膜，又等效为和膜体耦合的张拉密索，通过膜体充气变形实现膜体膨胀、张紧，实现对桥面承载板的上托，同时在加压充气过程配以自动充气功能，可大大缩短架设时间，从而实现桥梁快速拼装。

2、一种充气膜体与桥面板底耦合的组合受力桥梁，包括桥面承载板和充气模体；

3、所述充气模体为具有几何外形的封闭模体，所述充气模体的顶部与桥面承载板的底面进行耦合，充气模体内进行中低压充气，内压为60kpa～100kpa。

4、进一步地，所述充气模体边缘到底部均为圆弧形过渡。

5、进一步地，所述充气膜体跨中的矢高取桥面承载板跨径的1/15～1/4。

6、进一步地，所述充气膜体由密闭内胆、受力层和外套三层叠合构成，密闭内胆的材料采用高韧橡胶材料；受力层的材料采用碳纤维、聚酯纤维或在橡胶层外复合高强钢丝材料；外套的材料采用帆布；三层叠合的厚度在3mm～6mm之间。

7、进一步地，所述桥面承载板截面采用三角形多腔桁架型式，即上下面板加中间三角斜撑组成的夹心板结构型式，斜撑夹角为60°，铝合金桥面承载板总厚度为150mm，上下面板和斜撑板以及端部竖向支撑板均为5mm。

8、进一步地，所述充气膜体的长度小于桥面承载板的长度，充气模体的宽度等于桥面承载板的宽度。

9、进一步地，所述充气膜体从结构上分为顶膜和底膜，顶膜顶面和桥面承载板底面粘合，顶膜和底膜在边缘一定宽度内叠合后通过钢夹板夹住，钢夹板通过高强螺栓对叠合后的膜体施加竖向应力从而实现顶膜和底模的结合固定，同时钢夹板通过高强螺栓穿透桥面承载板固定，实现桥面承载板和充气膜体的结合固定，所述顶膜和底膜的结合处内部设有衬膜，衬膜在平面上沿顶膜四周连续布设，衬膜采用高强胶体和顶膜、底膜进行粘合。

10、有益效果：

11、1、本发明基于充气膜的受力原理，将充气膜体和桥面承载板组合，充气膜体顶部直接和承载桥面承载板连接，膜体既作为充气膜的封闭膜，又等效为和膜体耦合的张拉密索，通过膜体充气变形实现膜体膨胀、张紧，实现对桥面承载板的上托，全桥质量能控制在1700kg以内，加压充气过程配以自动充气功能，可大大缩短架设时间，从而实现桥梁快速拼装。

12、2、本发明的充气模体边缘到底部均为圆弧形过渡，使得充气模体内压为60kpa～100kpa 之间时，充气模体膨胀时产生对桥面承载板的上托力与内压力达到最佳的匹配。

13、3、本发明的充气膜体由密闭内胆、受力层和外套三层叠合构成，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，可采用碳纤维、聚酯纤维或在橡胶层外复合高强钢丝等材料；外套采用帆布材料，能够提供表面必要的摩阻力和抗磨耗的能力。

14、4、本发明的组合受力桥梁经数值计算证明能满足强度和刚度的需要，充气膜体应力能控制在250mpa之内，活荷载挠度控制在跨径的1/200之内，同时，桥面承载板能满足整体和局部稳定。

15、5、本发明的桥面承载板耦合受力机制中充气膜体的底膜可等效为类似张弦梁中柔性密索，膜体内的气体可等效为撑杆，桥面承载板可等效为刚性上弦，因此形成了一种双向自平衡结构体系，充气膜体跨中的矢高取桥面承载板跨径的1/15～1/4，能够使膜体和桥面承载板耦合受力达到最佳的效果。

16、6、本发明的充气膜体由相对独立的顶膜和底膜组合而成，顶膜和底膜的结合处内部设有衬膜，平面上沿顶膜四周连续布设，衬膜采用高强胶体和顶膜、底膜粘合，能够改善顶、底膜结合处的膜体应力；同时还能形成顶膜和底膜之间的封闭空间，防止漏气，延长充气模体的使用时间和寿命。

技术特征：

1.一种充气膜体与桥面板底耦合的组合受力桥梁，其特征在于，包括桥面承载板和充气模体；

2.如权利要求1所述的充气膜体与桥面板底耦合的组合受力桥梁，其特征在于，所述充气模体边缘到底部均为圆弧形过渡。

3.如权利要求2所述的充气膜体与桥面板底耦合的组合受力桥梁，其特征在于，所述充气膜体跨中的矢高取桥面承载板跨径的1/15～1/4。

4.如权利要求2所述的充气膜体与桥面板底耦合的组合受力桥梁，其特征在于，所述充气膜体由密闭内胆、受力层和外套三层叠合构成，密闭内胆的材料采用高韧橡胶材料；受力层的材料采用碳纤维、聚酯纤维或在橡胶层外复合高强钢丝材料；外套的材料采用帆布；三层叠合的厚度在3mm～6mm之间。

5.如权利要求4所述的充气膜体与桥面板底耦合的组合受力桥梁，其特征在于，所述桥面承载板截面采用三角形多腔桁架型式，即上下面板加中间三角斜撑组成的夹心板结构型式，斜撑夹角为60°，铝合金桥面承载板总厚度为150mm，上下面板和斜撑板以及端部竖向支撑板均为5mm。

6.如权利要求5所述的充气膜体与桥面板底耦合的组合受力桥梁，其特征在于，所述充气膜体的长度小于桥面承载板的长度，充气模体的宽度等于桥面承载板的宽度。

7.如权利要求5或6所述的充气膜体与桥面板底耦合的组合受力桥梁，其特征在于，所述充气膜体从结构上分为顶膜和底膜，顶膜顶面和桥面承载板底面粘合，顶膜和底膜在边缘一定宽度内叠合后通过钢夹板夹住，钢夹板通过高强螺栓对叠合后的膜体施加竖向应力从而实现顶膜和底模的结合固定，同时钢夹板通过高强螺栓穿透桥面承载板固定，实现桥面承载板和充气膜体的结合固定，所述顶膜和底膜的结合处内部设有衬膜，衬膜在平面上沿顶膜四周连续布设，衬膜采用高强胶体和顶膜、底膜进行粘合。

技术总结
本发明公开了一种充气膜体与桥面板底耦合的组合受力桥梁，属于桥梁结构设计技术领域，组合受力桥梁包括桥面承载板和充气模体；充气模体为具有几何外形的封闭模体，充气模体的顶部与桥面承载板的底面进行耦合，充气模体内进行中低压充气，内压为60kPa～100kPa。本发明的充气膜体既作为充气膜的封闭膜，又等效为和膜体耦合的张拉密索，通过膜体充气变形实现膜体膨胀、张紧，实现对桥面承载板的上托，同时在加压充气过程配以自动充气功能，可大大缩短架设时间，从而实现桥梁快速拼装。

技术研发人员：张立乾,闫晶,陈红,李兵,孟良,吴星,王卉,李泽,王永强,贾佳
受保护的技术使用者：中国人民解放军63921部队
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19