登機橋力學性能分析及其結構優化的探究

韋飛鵬

摘 要：作為一種稱重機械，登機橋的結構力學性能一旦出現問題，便會導致該產品的結構安全出現較大的問題，甚至會影響到當前旅客的生命安全問題。但是就現階段而言，我國對于登機橋的研究分析探究，還處于初級階段，可以進行查閱的資料有限，致使研究出現較大的難度。本文將登機橋的定義作為切入點，分析登機橋力學性能結構的穩定性，進一步提出登機橋的結構優化探究，希望可以進一步推動我國登機橋得到較好的發展。

關鍵詞：登機橋;穩定性;結構優化;力學分析

引言

登機橋固定端其為航站樓和飛機的聯系通道，其不僅會和飛機以及旅客橋法還是能關系，和航站樓之間也有著密切的關系。因此對于乘客的安全以及航站中心的安全，都需要加強對于登機橋穩定性的重視，一旦當其出現安全性問題時，便會導致乘客的生命安全，以及公共財產受到較大的損失。

一、登機橋的定義

登機橋其具體分成固定橋以及活動橋，其中固定橋又會被成為登機橋固定端，或者固定登機橋，是航站樓登機門，想室外進行延伸的固定性的廊橋、其盡端會和活動橋進行連接，航站樓一般進行設計的登積橋都是指代固定橋。

活動橋，則又被稱之為旅客登機橋，其橋體的一段會和固定橋進行連接，該部分無法進行移動，另外一端，會和飛機的艙門進行連接，旅客便是利用該端口，最終進行登記。旅客橋在進行伸縮、旋轉以及移動時，都存在固定的軸，其會和固定短的圓形旋轉平臺相臨近。相對來說，旅客橋是屬于更加專業的設備，是通過專業的旅客橋廠家來進行設計以及安裝完成的。

二、登機橋力學性能結構的穩定性

（一）建立力學模型

在進行登機橋力學性能結構穩定性分析時，可以根據圖一登機橋的結構簡圖了解其結構內部的大致情況。在圖一之中可以看出其主要的結構為旋轉平臺、升降以及行走系統、活動通道和進行接機的平臺。其中旋轉平臺主要是利用軸承以及下部的立柱所連接起來的，并且其能夠依照下部立柱進行轉動。旅客在進行飛機上下的時候，主要會通過活動通道，其和旋轉平臺相連接，主要是由升降系統帶動活動通道繞鉸接點O3、O4做俯仰運動，實現與飛機艙門的對接。行走系統通過短粗柱體O1O2，將其和升降系統進行鏈接。其在O1點可以選擇繞y1軸進行相應的轉動，在O2點和短粗柱O1O2一起，繞Z1軸完成轉動。其可以在行走系統的帶動之下，整個橋體跟繞O5O6軸進行相應的轉動。經過了解可知，升降系統主所受到的荷載主要來自于，通道自身的自重，乘客重量、以及風雪載重等等。

如果是將通道以及行走系統當做框架結構分析，那么其中A、F兩點，便是框架立柱和下面橫梁的兩點連接點。而B、C、D、E則是活動通道和立柱框架的整體連接點。

（二）立柱框架穩定性分析

當前對于主框架穩定承載能力進行分析時，工作人員需要考慮最惡劣的問題——即，當前登機橋已經全部的伸出，并且表現為水平狀態，接機平臺和橋通道的軸線夾角表現出0°目前為了提高登機橋的穩定性時會選擇增加一根到兩根的輔助梁。一般情況下，登機橋立柱框架，屬于側傾鋼架，也就是說在側向風載的作用之下，其框架結構變有可能會出現側向位移的情況。

（三）兩側立柱各自穩定承載能力的探究

在進行登機橋使用的過程之中，一旦一側的立柱出現失效的問題時，另一側立柱的承載能力穩定性會呈現何種情況，本章節對此進行探究分析。

1.左柱穩定承載能力

如果登機橋行走系統的右柱油缸出現故障，沒有油壓的時候，登機橋前部分的壓力便會全部由做主進行承擔。登機橋行走系統左柱的結構主要有以下部分構成，內、外導管以及滾珠絲。其中滾珠絲杠的上部分會和外導管進行栓接，而內導管則會通過利用絲杠螺母副的形式和滾珠絲杠進行連接。內導管和外導管之間的滑動，這組要是通過利用點擊帶動四缸的轉動而實現的。

一般情況下，外導管只會承受彎矩。這主要是因為滾珠絲杠和外導管之間會存在的一定的間隙，當結構彎曲較小，出現變形的時候，滾珠絲杠便會只收到豎向的垂直載荷。二滾珠絲杠在完全伸出的時候，左柱的承載能力為最小的狀態，在該狀態之下，左柱所可以承受的載荷，便稱為結構的屈曲載荷。對于外導管來說，其在對滾珠絲杠的變形呈現限制作用時，滾珠絲杠和內導管，達到臨界的載荷之后，結構并不會完全的出現失穩情況，還可以進行承載。但是需要注意的是，該情況之下，變形較大，所以一般會認為其結構已經處于市消狀態。

2.右柱穩定承載能力

當登機橋行走系統的左柱出現失效的情況下，登機橋壓在立柱之上的力，便需要右柱進行全部承擔。右柱同左柱一般，主要有內導管以及外導管，與其不同的是，其內部并非滾珠絲，而是液壓缸。

對于右柱來說，其內導管以及外導管進行伸縮運動，主要是由液壓缸所帶動的。即右柱出現小變形的時候，內外套管會承受彎矩，而液壓缸則會承受豎向的載荷。因此右柱出現屈曲載荷的時候，可以按照液壓缸的屈曲載荷進行結算。在液壓缸處于失穩狀態之后，由于內導管以及外導管對于液壓缸變形的限制作用，右柱雖然依舊可以繼續承受豎向載荷，但是這是液壓缸的變形處于較大的狀態，因此認為該結構處于失效的情況。

三、登機橋的結構優化探究

（一）登機橋桁架結構選型的優化

如果登機橋選擇使用Q345鋼，其自身的重量便可以達到近50噸，而如果選擇使用Q235鋼，那么結構便會更重。當結構的重量有所增加的時候，其不僅僅會使材料存在浪費的情況，會導致成本有所增加，還會導致結構的安全性有所降低。因此需要對于結構的選型進行優化，選擇一種更加合理的結構形式，從而解決上述的問題。目前在進行研究時，主要選擇為V式、K式以及具有直腹桿的V式這三種結構，進行有限元建模。在進行建模的過程之中，其結構不僅要有人的載荷、結構的自重之外，還需要有風雪載重對于結構的影響。

根據表一可以了解到，其中V式以及K式結構登機橋受力較小，并且為以最小。在進行分析之后，可以了解到V式活動的通道不僅受力以及變形最小，并且重量最輕。而對于K式來說，其活動通道雖然整倆會略遜色于V式的力學性能，但是卻遠遠好于具有直腹桿的V式，并且重量和其相似。所以在進行登機橋活動通道結構形式選擇的時候，首選V式結構，其次為K式結構，最后則是具有直腹桿的V式結構。

（二）登機橋桁架結構尺寸的優化

當前對于登機橋機構進行尺寸優化，是一種最為簡單的優化方式，并且在當前已經有較為成熟的理論，因此在我國很多領域之中已經成功地使用該方式，尤其是在航空以及汽車領域之中。而對于登機橋的活動通道機構進行尺寸優化的時候，其最主要的是使用神經網絡的算法，編制相關的程序，但是其中卻還存在較多的問題，需要進行解決。

當前工作人員需要根據工程的實際情況進行分析了解，需要保障計算結構的可靠性，還要將研發的設計時間進行縮短。因此可以選擇使用最承建的 ANSYS優化涉及模塊，并且工作人員還應該利用APDL程序對于登機橋完成有限元的建模，從而實現對活動通道的構件截面尺寸實現優化。

目前，我國登機橋在進行尺寸優化時，還處于機構設計的初期階段，所以需要在杜宇結構總體的尺寸以及結構形式進行確定后，才能夠得到結構所允許的最大撓度。并且工作人員還需要按照實際要求的安全系數，對于結構所允許的最大承載力進行確定。如果還需要考慮結構局部的穩定性能的時候則需要將最大的承載力和穩定系數進行相乘。在對于尺寸結構進行優化設計的時候，便需要將其作為約束條件，從而保障登機橋的質量不會受到影響。但是需要注意的是，由于活動通道之中，內衣中桿件類型的穩定系數各不相同，所以咋進行優化的時候，其最大應力的位置上也并不一致。因此在進行優化設計的時候，如果要保障結構桿件的局部穩定性，還存在較為困難的情況。因此在進行綜合分析之后，對于登機橋尺寸進行優化的時候，工作人員可以優先選擇使用 ANSYS 程序進行優化尺寸設計。

四、結束語

對于機場來說，登機橋具有十分重要的意義，只有保障登機橋的穩定性，才可以進一步保障機場乘客的人身安全，以及公共財產設施不受損害，進一步推動登機橋的優化發展。

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