一种由充气驱动的双稳态折叠梁可用于临时桥梁

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1月18日，西安建筑科技大学力学技术研究院孙博华院士团队在折纸及其启发结构的力学特性方面取得进展，研究成果发表在《工程结构》上。

重量轻、运输方便、部署快捷是应用于紧急情况下临时桥梁的必要要求。将折纸结构的多稳性与充气结构的可自主展开特性相结合，可以得到一种由充气驱动的双稳态折叠梁。与一般充气结构依靠腔内气压进行承载不同，双稳态折叠梁可视为一种刚性可充气结构，其具有折叠和展开两种稳态，可通过气泵提供正压和负压进行快速驱动的展开和折叠，在展开后无需维持梁内气压就可保持展开稳定状态且具备一定承载能力。

研究将折纸结构的多稳性与充气结构的可自主展开特性相结合。（课题组供图）

考虑到新型折叠梁与以往可展开梁的结构形式有很大不同，因此团队对折叠梁的力学性能进行了研究。利用平面激光切割技术，制造了折叠梁原型，并进行了三点弯曲试验，以分析其弯曲特性。评估范围涵盖梁内气压、支撑约束、折叠循环以及几何参数等因素的影响。研究发现，梁的可折叠特性会削弱其结构强度，然而，通过增加支撑端约束、增加上部板和调整基本单元角度等措施可提高其抗弯性能。团队所研究的充气驱动双稳态折叠梁在实际应用中可根据需求调整结构的几何尺寸和单元角度，在应急抢险及大型商业活动等领域具有潜在的应用前景。