登機橋結構分析及安全性研究進展

羅良清 顧曉勤

（1.灝博生態科技＜廣東＞有限公司，廣東 中山528400；2.電子科技大學中山學院，廣東 中山528402）

美國杰特威（Jetways）公司于20世紀70年代率先生產登機橋，此外登機橋生產的企業還有美國的斯通（Stearns），德國的蒂森克虜伯（ThyssenKrupp），日本的三菱重工（Mitsubishi）和川崎重工（Kawasaki）等。我國對于登機橋的設計生產已有多年的歷史，研發、設計、生產登機橋的主要有中集天達、蒂森克虜伯機場系統中山有限公司等。國內對于登機橋有研究的單位還包括天津工程機械研究院、西北機電工程研究所、西北工業大學、武漢理工大學、電子科技大學等。

登機橋是連接候機樓和飛機機身的可移動橋梁設備，旅客通過活動通道上下飛機。登機橋按通道個數分為兩通道式（見圖1）和三通道式（見圖2），包括固定立柱、旋轉平臺、活動通道、升降系統、行走系統、接機平臺和服務梯等。登機橋所受載荷主要來自通道自重、人載、雪載和風載，其結構必須滿足強度、穩定性要求，達到設計使用壽命且經濟合理。三通道登機橋，如圖2所示，從內到外分為通道A、通道B、通道C三部分，內外通道之間通過滾輪或者滑塊在鋼軌道上滾動或滑行，實現伸縮運動，通道B移動速度為通道C的一半。一般通道的頂部與底部為折彎鋼板，左右兩側由桁架、玻璃或者鋼板組成。

登機橋強度計算依據為MH/T 6028—2016《旅客登機橋》[1]、GB 50017—2003《鋼結構設計規范》[2]。王鵬將有限元法應用到登機橋結構設計中[3]，對其進行靜力計算分析，運用有限元分析軟件強大的前后處理功能，得到每一種工況下的應力、位移分布情況，另外對登機橋的模態進行了計算。為方便快捷地對其進行有限元分析，梁秋榮采用UIDL結合TCL/TK技術建立其參數化分析系統的人機交互界面[4]。

朱新朝等對登機橋在工作條件下升降系統立柱框架結構的穩定性進行研究[5]，得出結構所受內力和屈曲載荷，并進行立柱框架穩定性校核。對登機橋升降系統一側結構失效時，結構的穩定承載能力進行探討，得出此時結構的穩定承載力。

模塊化設計可將登機橋的各個部分分解為一個個較小的標準模塊，以裝入集裝箱運輸，節省運輸成本，提高生產效率。彭恒等探討登機橋的模塊化設計方案，并與當前的登機橋進行了成本比較分析，表明對運輸線路較遠的項目，模塊化設計具有明顯的優勢[6]。

登機橋預應力交叉斜拉桿玻璃側壁是一種新穎的設計技術，以其結構輕巧、通透性好、外觀精致。然而，相關規范對于預應力大小的施加并沒有明確規定。牛福維等[7]采用數值模擬方法，分析斜拉桿在服務工況下的受力，以確定其預應力大小以及材料，在此基礎上對拉桿尺寸進行優化，并降低了預應力大小和對材料性能的要求。

嚴仁軍等對登機橋地震響應進行了研究[8]，羅益群總結某機場航站樓登機橋鋼結構設計，得到地震低烈度區鋼結構體系側向位移為風荷載控制，柱子間宜采用箱型鋼梁剛接，并設置斜撐[9]，桁架上下弦于腹桿交叉節點亦采用梁剛接，且水平面內設置斜桿增加平面剛度。單層登機橋豎向自振頻率必須大于3 Hz。湯婧等[10]以45 m登機橋為研究對象，基于瞬態動力分析理論，運用有限元法建立了橋體主結構的瞬態振動模型，得到了登機橋在人群載荷下的動力響應，并針對計算結果采用調頻質量阻尼器（TMD）進行減振處理。

圖1 二通道登機橋

圖2 三通道旅客登機橋

登機橋作為一種機械產品可采用現代設計方法。武漢理工大學的楊蔚華[11]以模糊理論和人工神經網絡理論為基礎，對引入模糊綜合評價方法和人工神經網絡方法解決登機橋的結構方案的問題進行研究。建立登機橋的結構方案評價方法，為登機橋的結構設計和方案優選提供參考依據。張哲則采用神經網絡算法對登機橋的結構進行了優化[12]。朱新朝對這兩種方法做了進一步完善[13]，對登機橋的結構優化設計進行探討。

江子旺、馮櫻等基于Adams/View建立登機橋多體動力學模型，并依據行業標準進行登機橋路徑規劃[14]。模擬登機橋連接飛機艙門全運動過程，實現了登機橋的行走運動、升降運動以及對接艙門和遮篷的伸張運動。鄧覽提出利用雙目機器視覺技術和數字圖像處理技術[15]，與登機橋運動控制系統一起完成登機橋自動靠接飛機艙門。通過圖像處理技術從采集的圖像中提取出飛機艙門信息，并對其進行定位跟蹤，實時解算登機橋的接機口與飛機艙門的相對位置信息，并生成登機橋運動控制指令編碼，發送至登機橋控制系統執行。

為防止登機橋碰撞飛機，王峰[16]介紹了機械式柔性觸須防碰撞裝置、超聲波傳感器探測、激光傳感器技術。李旭研究登機橋碰撞飛機發動機的問題，指出限止登機橋輪位的轉向角度，可以從根本上杜絕的事故發生[17]。登機橋下俯狀態立柱下降時，有時出現通道向上收縮的現象，與人們的經驗判斷正好相反，嚴重的將導致事故。文[18]推導登機橋運動方程，通過力學分析找出其原因，得到驅動裝置抱閘力矩計算公式，提出設計準則。胡克明提出將超聲波傳感器、視頻技術應用于登機橋行走的安全防護方案[19]。韓彩艷則研究了登機橋安全穩定性影響因素[20]，提出在結構設計優化、施工方法、PLC控制、運行維護管理等方面對登機橋安全穩定運行的主要影響。

登機橋作為一種承重機械設備、可移動橋梁，涉及工程機械、建筑鋼結構二個領域。設計、制造工程師往往需要獲得兩方面的資質。計算校核登機橋設計，進一步深入分析、細化計算，是登機橋研發的重中之重，同時作為機電產品，成熟穩定的控制技術必不可少，防止登機橋碰撞飛機，是登機橋研發等環節中必須慎重考慮的。跟蹤已經售出的登機橋的使用情況，及時解決用戶反饋的問題，是登機橋企業發展的必經之路。