承壓舟的結構改進及設計原則探討

何恩新 焦玉春 張朋

摘 要：載重車輛輪印寬度300mm左右，主車道板格寬度采用1/3m，確保多輪胎的輪印負荷分布在不同的板格內，避免載荷集中在同一板格內。隨著重載車輛不斷增多，雙向兩車道承壓舟的通行能力已經嚴重滯后于社會發展，創新設計的儲備浮力1000t的雙向四車道承壓舟，大幅提高了雙向通行能力和單向極限通行能力。凸起的聯接裝置使車輛的駕駛舒適度大幅降低，同時降低了輪胎的使用年限，新設計內凹式聯接裝置大幅改善了這個問題，同時甲板平整美觀。承壓舟聯接組成的浮橋，在遇到凌汛期時，從安全角度出發，有關部門都會要求對部分承壓舟進行拆除，常規拆除費時又費力。最新設計的門橋結合升降裝置，大幅縮短了拆搭橋的時間，也節省了人力物力財力，安全性能也得到了保障。

關鍵詞：承壓舟;主車道;甲板板格;雙向四車道;聯接裝置;門橋;升降裝置;快速拆搭

中圖分類號：U663? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）09-0063-03

1 前言

承壓舟自1985年在山東省首次研制并成功架設浮橋以來，在沿黃流域得到了迅猛發展。截至2017年年底，黃河628公里山東段共有承壓舟浮橋59座（承壓舟1200余艘），使得黃河山東段成為了全國乃至全世界民用舟橋最為集中的區域。承壓舟浮橋已成為山東跨越黃河的主要通道之一，據測算，2017年山東浮橋總通車量超過了4000萬車次，為促進區域經濟社會發展發揮了重要作用。目前，承壓舟浮橋已在河南、陜西、寧夏、山西、內蒙古、黑龍江、吉林等多個省份得到了推廣應用。

承壓舟的設計由最先的87 式、95 式、96 式、97 式、2000 式、2006 式承壓舟，95（A）、95（B）大型防凌舟，發展為現在的第四代承壓舟，歷經30余年。在實踐經驗總結以及理論研究探索的基礎上，研制出了新一代大型承壓舟組成的適合車輛通行的承壓舟浮橋。

承壓舟系指集舟、桁、板于一體，甲板結構直接承受集中動載，能在水中及淺灘構架舟橋的特種舟橋裝備。按有無過水通道分為分置式和帶式兩種。

分置式承壓舟，一般為帶舷伸結構的雙體船或單體船，通道沿船寬方向布置，有明顯過水通道。帶式承壓舟，一般為單體船，通道沿船長方向布置，無明顯過水通道。

2 承壓舟的設計原則

承壓舟設計過程中，對其結構進行了不斷改進和創新，在設計原則和發展方向上進行了多方面探討。

2.1遵循科學性原則

老式承壓舟的橫梁間距為1/2m，車輛通行一段時間后，甲板上就出現了較為明顯的輪印凹陷，甲板及其構件損壞比較嚴重，導致承壓舟頻繁維修更新，使用壽命比較短。根據承壓舟的載荷特點、工況要求，在系統總結承壓舟30余年實踐經驗的基礎上，結合車輛的軸重、軸距、輪印等技術特征，將橫梁間距由原來的1/2m改進為1/3m，縮小了甲板板格寬度，車輛甲板單個板格上承受的車輛負荷符合降低了50%，改善了由于多個輪印集中在同一板格內造成的單個板格集中受力情況，該結構的改進實踐效果明顯，甲板橫梁損壞數量和頻率降低了90%以上。

（1）在連接橋大跨距強橫梁設計時，參考了承壓舟的試驗成果，車輛沖擊帶來的動載系數約為1.2倍，車輛載荷引起的垂向最大加速度不會超過0.2g，連接橋的總橫彎矩Mbx不會超過1.2倍靜水總橫彎矩Mbx0，可取Mbx=1.2Mbx0;

（2）承壓舟有滾裝船的特點，靜水總橫彎矩引用了《海上高速船入級與建造規范》的規定，對公式進行整理得。此公式的計算結果與實踐應力測試結果非常吻合，較好的解決了大跨距強橫梁計算選取不當的問題。

通過以上改進，甲板結構更加合理，具體形式如下：

2.2從安全性角度出發

承壓舟不僅要考慮結構強度安全，也要考慮行人和車輛的安全，為有效提高承壓舟浮橋裝備的安全保障水平，從承壓舟的安全性因素綜合考慮出發，需要對承壓舟的設計理念進行改變。第四代承壓舟出現之前，多數承壓舟的主車道，人車并未分流，事故多發，安全隱患較多，同時降低了車輛通行速度和效率，在通行的快捷性和浮橋的經濟性上都產生了不良影響。隨著社會發展的不斷進步，社會通行的車輛也在不斷增加，由原來的普通農用車已經發展到現在的三軸重型半掛車輛，經調查發現，最大載重達到近200噸，80噸左右的載重車通過承壓舟時，需要單放行，客車單放行，行人及非機動車輛禁止通行，原來設計的承壓舟已經遠遠不能滿足現在通行車輛的需求，為實現重型載重車輛雙向行駛，客車以及行人、非機動車輛自由通行，最大限度的為兩岸居民提供方便，設計研發了第四代承壓舟。

從行人和行車安全角度出發，根據公路護欄的設計理念，對防護、防撞措施分別設計。防撞裝置對車輛撞擊的高度作了明確要求，最低值為0.35m，這個高度大概為重型汽車輪胎直徑的1/3，這個高度可以有效防止車輛失控越出橋外，計算值是以重點保護的大型客車為設計對象，按整車質量20t、車速30km/h、撞擊角度15 ?、安全系數1.25考慮。

在考慮了人車分流后，在主車道兩側各增加一個邊車道，作為農用車、三輪車和摩托車的通道，不僅實現了客車以及行人、非機動車輛分流通行，而且實現了雙向四車道的車輛通行，較好地解決了重型車輛通行受限的問題，使兩岸居民出行更加便利。

綜合第四代承壓舟的設計特點，改進后的車道布置：

2.3以實用性原則為主

以往的聯接裝置設計為凸起狀，安裝后凸起部分高于甲板板40mm，凸起部分寬度為50mm或60mm，車輛通過聯接裝置時，車輪會從凸起部分通過，車輛顛簸嚴重，行駛不平穩，會對車輪造成一定程度的損壞，致使車輪使用壽命大大降低，嚴重的情況下會對車軸的平衡度造成影響，損壞車輛，車輛的顛簸會對浮橋造成沖擊，降低浮橋的使用壽命。

在考慮到以上因素造成的不利影響下，對承壓舟聯接裝置進行了改進，包括縱向部分和橫向部分的本體，本體上帶有銷孔，所述的橫向部分下表面至少一部分為斜面，斜面自靠近橫向部分根部的部分向端部方向右下向上傾斜，向上橫向部分的上表面至少一部分為平面，該改進裝置使支耳上表面與橋面在同一平面，能夠實現浮橋橋面的平整，不僅實現了通行車輛的平穩，而且也能夠減少車輛顛簸對浮橋的沖擊，從而延長浮橋的使用壽命，從甲板上實現了橋面的規范平整。

在聯接裝置的改進過程中有以下幾個方面的考慮：

（1）是在連接銷的設計過程中，考慮其兩側受剪，假定耳銷承受軸負荷全部轉換為剪力，則有：

式中：F—最大剪應力，N，Pc—軸重，t;S—軸銷截面積，mm;[τ]—許用剪切應力，取81.6N/mm（見《鋼內規》規定）;d—軸銷直徑，mm。整理可得：

《鋼內規》給出的軸銷計算公式，基于僅在跳板兩端設置連接裝置，故僅考慮了單側受剪。若考慮雙側受剪，并帶入材料換算系數，則會得出上式。

（2）在單支耳和雙支耳的設計過程中，根據《小船法規》的規定，至少設置3個如圖所示的聯接裝置的要求判斷，與承壓舟存在多個聯接裝置且車輛通行時至少3點受力的情況吻合，故對單支耳和雙支耳借鑒了《小船法規》的規定。

改進后的聯接裝置以及安裝示意圖為：

2.4遵從便利節約的原則

每年的凌汛期，河道管理部門從行洪和泄淩的角度出發，考慮到舟橋的安全，都會要求拆除浮橋的部分承壓舟，待流速和架設條件具備后再重新搭建，這種情況每年有2～3次，特殊年份甚至有5～6次。承壓舟浮橋在拆搭時（在夜間拆搭時還得配備燈光和小船等），都需要20余人參與，大型機械設備3臺（套），耗時約1～3小時，耗資2～3萬。拆搭浮橋的同時要求封橋，禁止車輛通行，因封橋造成的損失也不是小數目。綜合以上考慮，從便利性原則出發，對相鄰2組承壓舟進行了改進，這2組承壓舟采用鋼絲繩軟聯接，在承壓舟中體部分，設計2個相對的內凹槽口，槽口從主車道最外側向外延伸1米，從舷側向內凹3米，從甲板向下凹1米。槽口的里端安裝聯接裝置，通過跳板補平承壓舟內凹部分。在跳板下方和承壓舟內凹部分之間安裝液壓驅動升降裝置。需要拆解時，升降裝置將跳板抬高，使跳板脫離承壓舟，從而快速拆除浮橋。搭建時過程相反。升降裝置安裝簡單，耗資較低，為浮橋的快速拆搭提供了簡單易行、安全可靠、省工省力的一種新方式。

3 結論

根據當前浮橋承壓舟的成本收益情況、舟體易壞易損部位以及當前交通路網的最新要求，我們總結出了幾點當前比較實用的原則，以提高浮橋承壓舟的設計水平。

（1）科學性原則：橫梁間距的改進增加了甲板結構的強度，橫骨架式的特點使得甲板受力得到更好地分解;

（2）安全性原則：雙向四車道的出現緩解了通行壓力，做到人車分流，在安全方面得到了極大提高;

（3）實用性原則：內嵌式聯接裝置使車輛避免了為減少顛簸而變道所形成的潛在安全事故，也降低了由于車輛的沖擊造成承壓舟結構的損壞，既提高了承壓舟浮橋通行的舒適度，又減少了交通事故發生率。

（4）便利式原則：升降裝置的設計，使浮橋的拆搭變得極為快捷方便，同時又降低了拆搭浮橋的成本。

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