承壓舟浮橋車輛動載荷系數(shù)試驗研究

婁聯(lián)棟 趙慶亮 裴志勇

摘 要：承壓舟浮橋以其通行能力強、搭建快捷、成本低廉等優(yōu)異特性對黃河兩岸的通行及交流起到了非常必要的補充作用。車輛在通過承壓舟浮橋時是一個行進中的動載荷，要確定合理的動載荷系數(shù)以確保浮橋安全營運。在本研究中，在千噸級雙向四車道承壓舟浮橋上進行了車輛不同速度通行時的動載荷測試，以獲取合適的動載荷系數(shù)，對承壓舟浮橋安全營運具有重要指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：承壓舟浮橋;安全營運;動載荷測試;動載荷系數(shù)

中圖分類號：U448.19? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）04-0103-02

1研究背景

我國建造浮橋的歷史十分悠久，《詩經(jīng)》[1]中曾記述周朝周文王為娶妻而在渭水上架起一座舟橋，離今已有三千多年歷史。現(xiàn)存的著名古代浮橋有高安浮橋、惠民橋、廣濟橋、中津橋等[2]。承壓舟浮橋系指集舟、桁、板于一體，甲板結(jié)構(gòu)直接承受集中動載，是一種既能滿足漂浮又能滿足落灘及半落灘狀態(tài)使用的舟橋裝備，在人口密集、經(jīng)濟發(fā)展迅速、跨河交通需求大的非通航水域有著較為廣泛的應(yīng)用。

為確保承壓舟浮橋營運本質(zhì)安全，新一代承壓舟往往儲備浮力較大，車輛通行時浮橋總體變形不大，這為車輛以較高速度通行提供了可能。橋面凸出的結(jié)構(gòu)物、防滑條以及通行速度的變化，都會引起作用于承壓舟浮橋的車輛載荷的變化，這是一個復(fù)雜的動載荷作用，一般都是通過考慮動載荷系數(shù)來進行。為了確定合適的動載荷系數(shù)，在胡家岸千噸級雙向四車道承壓舟浮橋上進行了重載車輛以不同車速行駛時的動應(yīng)力測試，得到各典型測點的動應(yīng)力隨時間變化規(guī)律，以此為基礎(chǔ)制定合理的動載荷系數(shù)。

2承壓舟浮橋簡介

在胡家岸千噸級雙向四車道承壓舟浮橋上進行測試，該浮橋由12艘承壓舟通過支耳鉸接而成。承壓舟為鋼質(zhì)單甲板雙體承壓舟，主車道甲板按舟橋設(shè)計，除船底中部為縱骨架式外，其余均為橫骨架式。雙片體通過連接橋有效連接起來，車輛沿船寬方向在承壓舟上通行，在連接橋與片體連接處往往應(yīng)力較大，故在該處布置了測點，典型橫剖面及測點（測點5）示意圖如圖1所示。

3 測試原理

在進行動應(yīng)力測試時，將電阻應(yīng)變片固定在被測的承壓舟浮橋相應(yīng)結(jié)構(gòu)上，當構(gòu)件發(fā)生變形時，貼敷的應(yīng)變片電阻值會有所變化，通過動態(tài)應(yīng)變儀，便可將應(yīng)變片電阻值的變化量測量出來，輸出與應(yīng)變成正比的電壓信號，用記錄儀記錄下來，通過對相應(yīng)數(shù)據(jù)的分析處理，可得到車輛通行時各測點的動載荷系數(shù)。動應(yīng)力測試原理見圖2。

典型測點的動應(yīng)力隨時間變化如圖3所示，動載系數(shù)定義為最大應(yīng)力與相應(yīng)靜力效應(yīng)的比值，可按下式計算：

式中，λ為動載系數(shù);σa是測點在某時間段內(nèi)測得的最大應(yīng)力值，σb為最大應(yīng)力值所在時間點對應(yīng)的應(yīng)力平均值。

4測試結(jié)果及分析

進行了載重車輛以不同車速單向通行時的動應(yīng)力測試，得到各測點應(yīng)力隨時間變化關(guān)系，典型測點（測點5）的時歷動應(yīng)力如圖4所示。

按上節(jié)的方法可得到各測點不同車速下的動載荷系數(shù)，如圖5所示。一般而言，隨著車速的增加，動載荷系數(shù)會增大;當車速較高時，動載荷系數(shù)反而隨車速增大而減小。一般承壓舟橋面上布置有防滑條，車輛通行時會產(chǎn)生一定的動載荷，而且承壓舟結(jié)構(gòu)自身也有一定的固有頻率;當車輛通行速度引起的動載荷頻率與承壓舟結(jié)構(gòu)固有頻率接近時，將會導(dǎo)致較大的動載荷系數(shù)。不同車速的最大動載荷系數(shù)如表1所示。

各不同載重車輛、不同航速通行時測得的最大動載荷系數(shù)為1.115，再考慮到橋面的不平整、凸出的支耳等結(jié)構(gòu)、防滑條、車輛加速或者緊急情況急剎車等各種因素的影響，把動載荷系數(shù)適當放寬設(shè)定為1.2，即在承壓舟浮橋結(jié)構(gòu)強度計算時，把車輛通行的動載荷以1.2倍靜載荷的形式加以考慮。

5結(jié)論

重載車輛在承壓舟甲板上行駛時，由于橋面的防滑條、發(fā)動機振動以及車輛速度不均勻等原因，會引起承壓舟結(jié)構(gòu)的振動，從而會造成結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力增大。當前的計算都是引入動載荷系數(shù)來考慮車輛載荷的動態(tài)效應(yīng)，將動載荷轉(zhuǎn)化為等效靜載荷。在本文研究中，通過在胡家岸千噸級雙向四車道承壓舟浮橋上進行動載荷系數(shù)測試，得到各典型測點位置的動載荷系數(shù)。現(xiàn)場試驗得到的最大動載荷系數(shù)為1.115，考慮到安全系數(shù)及其他不確定性因素，綜合分析確定承壓舟浮橋的動載荷系數(shù)取1.20。本研究為承壓舟浮橋安全營運提供可靠技術(shù)支撐。

參考文獻：

[1]王秀梅譯.詩經(jīng)[M].北京：中華書局，2015.

[2]裴志勇，趙慶亮，盧夢棣，吳衛(wèi)國.承壓舟舟橋[M].北京：科學(xué)出版社，2019.

[3]裴志勇，鄭培培等.千噸級雙向四車道承壓舟應(yīng)力測試研究報告[Z].武漢理工大學(xué)，2016.

[4]高偉，趙慶亮等.承壓舟及承壓舟檢驗規(guī)定研究[J].中國科技成果，2011，12（3）.

[5]鄭培培.承壓舟浮橋結(jié)構(gòu)強度衡準研究[D].武漢理工大學(xué)，2018.

[6]趙慶亮，吳英照等.山東省鋼質(zhì)內(nèi)河浮橋承壓舟建造規(guī)范[S].山東省市場監(jiān)督管理局DB37/T3487，2019.