承壓舟浮橋許用V型坡度研究

趙慶亮++鄭培培++裴志勇

摘 要：V型坡度是影響承壓舟浮橋安全營運的一個重要因素，本文對第四代承壓舟浮橋不同V型坡度引起的軸重變化進行了研究，進行了V型坡實橋試驗和V型坡模型試驗，得到了六軸大載重掛車在V型坡度分別為1%，2%，3%和4%時軸重變化情況。根據承壓舟浮橋長期營運經驗，分析并確定了承壓舟浮橋安全營運時的許用V型坡度。

關鍵詞：承壓舟浮橋；浮橋安全；V型坡試驗；許用V型坡度

中圖分類號：U664 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2016）12-0049-03

1 研究背景

承壓舟浮橋是我國黃河流域應用較為廣泛的一型特種制式舟橋器材。承壓舟浮橋建造周期短，經濟性好，易拆卸，適合在水位、泥沙沖淤變化大的江、海、湖中搭設，而且可通過改變承壓舟結構尺寸來適應建造地區河床特點。因此，承壓舟浮橋在人口密集、經濟發展迅速、跨河交通需求大而通航受限的水域有著很好的應用前景。

隨著經濟的快速發展，社會車輛的承載能力大幅提升，載重量超過150t的大載重掛車日漸增多，由此對承壓舟的設計和安全營運提出了更高的要求。承壓舟浮橋多采用帶舷伸結構的雙體船鉸接而成，當重載掛車前后車輪落在不同承壓舟上時可能造成V型坡，導致前部車輪懸空不承重，相應重量由其它車軸分擔，從而造成部分車軸的軸重急劇增加，易造成車輛爆胎或斷軸等嚴重事故，影響承壓舟橋的安全運營。因此，研究承壓舟浮橋V型坡度引起車輛軸重的變化對于提高承壓舟浮橋通行能力和安全保障能力有著重要意義。本研究中除了對山東省胡家岸千噸級雙向四車道承壓舟浮橋V型坡引起的車輛軸重變化進行了實橋試驗外，還對車輪不同位置時不同縱坡度引起車輪軸重變化進行了模型試驗研究。

2 V型坡引起軸重變化試驗研究

2.1 V型坡實橋試驗

為研究重載掛車在不同V型坡度下軸重變化情況，在承壓舟浮橋上進行了V型坡實橋試驗。試驗時將一輛150t的六軸載重掛車停在兩承壓舟鉸接區域，前三輪在一承壓舟上，后三輪在另一承壓舟上，如圖1所示。在各輪胎下布置傳感器，此時承壓舟在支耳處會形成V型坡。通過其它不同重量重載掛車停在支耳附近的鄰車道不同位置，來調整V型坡度，如圖2所示，分別測量不同坡度下掛車各軸的軸重并記錄數據。試驗時通過承壓舟兩側吃水差與船寬的比值來確定V型坡度，測得了V型坡度分別約為0.5%、1.0%和1.5%時各軸的軸重。

2.2 V型坡模型試驗

由于受現場條件限制，V型坡實橋試驗時V型坡度很難調整到理想角度，尤其在坡度較大時，試驗實施起來非常困難，隨后在實驗室進行了V型坡模型試驗，選用的模型是按六軸載重掛車24：1縮放而成，仿真度接近真車，掛車車軸仿真減震，大載重掛車模型示意圖如圖3所示。試驗時通過砝碼來調節車身整體的重量分布，通過電子秤來測量各車軸的軸重，試驗時將掛車模型放置在如圖4中所示的試驗臺上，試驗臺由兩塊板鉸接而成，通過兩端的旋鈕調節端部高度造成不同的V型坡度。車輛處于不同位置時，車輛軸重變化也會不同，模型試驗時考慮了八種典型車輛位置，分別如表1所示。試驗時，首先在水平的木板上布置電子秤，將掛車模型放置在木板上，使各輪胎都置于電子秤上，測量各軸的軸重，通過旋鈕調整V型坡度，分別記錄坡度為1%、2%、3%和4%時各軸的軸重。

八種工況位置說明如下：工況1中車輛的5軸位于接頭處，V型坡度增加時，4軸和5軸軸重減小，6軸軸重增加但變化較小；工況2中車輛的4軸位于接頭處，V型坡度增加時，4軸和5軸軸重減小，3軸和6軸軸重增加；V型坡度較大時，4軸不承載，6軸軸重變化很大；工況3中車輛的3軸和4軸之間但靠近4軸部位位于接頭處，V型坡度增加時，4軸軸重減小，2軸和6軸軸重增加，且6軸軸重變化很大；工況4中車輛的3軸和4軸正中間部位位于接頭處，V型坡度增加時，3軸和4軸軸重減小，2軸和6軸軸重增加，且6軸軸重變化較大；工況5中車輛的3軸和4軸之間但靠近3軸部位位于接頭處，V型坡度增加時，3軸和4軸軸重減小，2軸和6軸軸重增加，且6軸軸重變化較大；工況6中車輛的3軸位于接頭處，V型坡度增加時，3軸和4軸軸重減小，2軸和6軸軸重增加，但軸重變化較小；工況7中車輛的2軸和3軸中間部位位于接頭處，V型坡度增加時，3軸和4軸軸重減小，2軸和5軸軸重增加，但軸重變化較小；工況8中車輛的2軸位于接頭處，V型坡度增加時，2軸軸重減小，3軸軸重增加；V型坡度較大時，2軸不承載，3軸軸重變化很大。

3 試驗結果及分析

3.1 V型坡實橋試驗結果

采用140t六軸載重掛車，分別測量了V型坡度為0.5%、1.0%和1.5%時各軸的軸重變化情況，總結于表1。隨著V型坡度增加，3軸、4軸和5軸的軸重減小，1軸、2軸和6軸的軸重增加。本次實橋試驗時，V型坡度增加1%，1軸、2軸和6軸的軸重分別增加了2.8%、5.9%和6.8%。

3.2 V型坡模型試驗結果

V型坡度為3%時各典型工況掛車軸重變化情況如表2所示。同一坡度下，不同工況車輛位置不同，軸重變化會不同。掛車處于不同位置時，其1軸、2軸、3軸、5軸和6軸的軸重都可能會增加，而4軸的軸重只可能減小，因為4軸處于貨箱中間部位，隨著V型坡度增加，4軸的負荷減小，相應重量由其它車軸承擔。

當掛車的4軸處于承壓舟連接部位時（工況2），在V型坡度較大時4軸容易懸空，5軸負荷也迅速減小，相應重量大部分由6軸重承擔，此時6軸的軸重增加很多，易引發事故，較為危險。該工況下，V型坡度為1%時，6軸的軸重增加20.7%；V型坡度為2%時，6軸的軸重增加28.9%；V型坡度為3%時，6軸的軸重增加43.6%；V型坡度為4%時，4軸車輪懸空，6軸的軸重增加58.4%。當掛車的2軸處于承壓舟連接部位時較為危險（工況8），在V型坡較大時2軸容易懸空，3軸的軸重變化較大。該工況下，V型坡度為1%時，3軸的軸重增加15.8%；V型坡度為2%時，3軸的軸重增加36.6%；V型坡度為3%時，3軸的軸重增加47.4%%；V型坡度為4%時，2軸車輪懸空，3軸的軸重增加54.7%。

3.3 實橋試驗與模型試驗結果比較

V型坡實橋試驗時車輛位置與模型試驗工況5車輛位置類似，3軸和4軸之間但靠近3軸部位位于承壓舟連接處。通過對工況5的數據分析，各軸在V型坡度變化1%時軸重平均變化分別為2.2%、4.5%、-4.2%、-10.6%、-1.2%和7.4%，V型坡度實橋試驗各軸在V型坡度變化為1%時軸重平均改變為2.8%、5.9%、-8.6%、-9.2%、-1.7%和6.8%，二者數據相差較小，V型坡實橋試驗和模型試驗結果較好吻合。

4 許用V型坡度研究

承壓舟浮橋實際營運時，V型坡度不宜過大，否則可能會引起個別軸重過大，導致爆胎甚至斷軸等重大事故發生，會帶來巨大經濟損失甚至人員傷亡，影響承壓舟浮橋安全營運。根據多年承壓舟浮橋營運經驗，重載掛車車軸的軸重增加50%，重載時較易發生爆胎甚至斷軸事故。為了保證重載掛車安全通行及承壓舟浮橋安全營運，根據試驗結果，V型坡度為3%時，車輛在不同位置3軸和6軸最大會分別增加47.4%和43.6%，而V型坡度為4%時，3軸和6軸的軸重將會分別增加54.7%和58.4%。因此，從保證承壓舟浮橋安全營運角度出發，V型坡度建議不要超過3%。

5 結論

本文對第四代承壓舟浮橋V型坡引起的軸重變化進行了研究，首先進行了實橋試驗，由于實橋試驗時V型坡度很難超過2%，隨后在實驗室進行了V型坡模型試驗。根據承壓舟浮橋營運經驗，分析了承壓舟浮橋許用V型坡度，通過本文研究，可得出以下結論：

（1）對于六軸載重掛車，隨著V型坡度增加，3軸、4軸和5軸的軸重減小，1軸、2軸和6軸的軸重增加。實橋試驗時V型坡度增加1%，1軸、2軸和6軸的軸重分別增加2.8%、5.9%和6.8%。

（2）V型坡度模型試驗考慮了車輪處于不同位置時軸重變化，其中掛車的2軸和4軸處于承壓舟連接部位時較為危險。掛車的2軸處于承壓舟連接部位時，在V型坡達到4%時，掛車2軸懸空。掛車的4軸處于承壓舟連接部位時，在V型坡達到4%時，掛車4軸懸空。六軸重載掛車的3軸和6軸在V型坡度變化時軸重變化較大，在V型坡度為2%時，分別增加36.6%和28.9%，在V型坡度為3%時，分別增加47.4%和43.6%，在V型坡度為4%時，分別增加54.7%和58.4%。

（3）V型坡實橋試驗時，車輛的3軸和4軸之間但靠近3軸部位位于承壓舟連接處，車輛位置與試驗工況5基本相同。V型坡度實橋試驗時各軸在V型坡度變化1%時軸重改變分別為2.8%、5.9%、-8.6%、-9.2%、-1.7%和6.8%，相應的模型試驗時各軸軸重變化量分別為2.2%、4.5%、-4.2%、-10.6%、-1.2%和7.4%，實橋試驗與模型試驗結果較好吻合。

（4）為了承壓舟浮橋安全營運，避免重載掛車在浮橋上行駛時出現爆胎甚至斷軸等嚴重事故，建議承壓舟浮橋營運時最大V型坡度不超過3%。

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