【doc】汽车渡船的“无扭矩”组合桥设计

【doc】汽车渡船的“无扭矩”组合桥设计 汽车渡船的“无扭矩”组合桥设计 199o年2月*j姓第1期 汽车渡船的"无扭矩"组合掺设计 南京长江油运,^\司金荣牟 评述了汽车渡船用的常规整体式组合桥之后,着者提出无扭矩组合桥殳计,以适应 各种操作 状况包括如谤船有横倾,船头与码头斜交等工况,本文提供了设计基本概念和等浩, 用本方法设甘的 '无扭矩'组合桥已通过实践证明其可行性. 一 , 月U喜.合状态.桥的一角翘起内高度h为t =B血0(1) 目前的汽车渡船吊桥均采用整体式这种 整体式桥在长宽比很小的情况下,对上下汽车 是不利的.因为船体在受风浪和汽车等动荷作 用下将产生横摇和横倾,通过船桥间铰链带动 桥体作与船体等角横倾,从而使桥的岸端相对 坡道面出现一角翘起的现象,当翘度较大时, 汽车便无法上下.男外,即使船体不产生横 倾,当渡船停靠方向与坡道不一致面产生斜交 时,也同样出现桥与坡道不能吻合的情况面影 影汽车上下,如图1,2所示.图1为船与坡 道方向一致时的情况,图中(a)为船体无横倾 时的全吻合状态,(b)为有横倾角e时的不吻 为桥岸端宽度.图2为船与坡道方向为 斜交时.桥端与坡道接触情况,(a)为船体无横 倾时的状态,(b),(e)(d)为有不同横倾角 时的状态.设坡面与水平面夹角为B,船与坡 道斜交角为口,船体倾角为0,桥端与路面垂 向夹角为e翘起的一角到路面的垂向高度 为^,则: e.=arctan(曲口?tan~])+e(2) ^=曰(cos0?血1a?tanB+sin0)(8) 从(1),(2)两式可知,桥的岸端翘起高度脏 着船体横倾角0和桥的岸端宽度日的增大而增 大.在船与岸斜交时,还随着斜交角a和坡道与 廖1 匈 tb 圈2 水平而夹角B的增大而增大(主象限内). 侧1,某菠船吊桥的岢端宽《B=5米, 0}体横倾角0=5.坡道面每水面夹角: 12求昭与坡道方向一致和斜赛角q=10 对,桥的岸端,角翘起的蒿度^. 解1)船与坡道方m一致时,由(1)式 得: h=5n6.=0.国6(米): 2)船与坡遘斜交角n=10.对,由 (2)式得: ^=5×(cos5'sh110七g]2.+sin6') =0.62(米) 从例l可以看出船体横颇角及斜交角以及 坡道的坡度对吊桥与坡道的匈台情况有不可忽 视的影响 采用整体式吊桥,为了端足汽车的上下, 不得不对上述三个要素进行限制,同时还要靠 增大桥的船端铰链间隙和岸端舌板变形来适 应.这种使用条件的限制和技术措施从适用 性,经济性和桥体强度上看是不够理想的. 鉴于上述情况,兹提出一种不受上述条件 限制的组合式吊桥. 此组合桥与整体式桥相比,有如下优点: (1)在各种工况下,桥的岸端始终与坡遭 保持吻台不受船体摇摆和不平衡的汽车荷载 以及船与坡遒斜交的影响,从而保证了汽车自 由上下.适用性比整体式为佳; (2)由于适应性强,故可提高营运效率 (减少停航时间和缩短停靠时间)和减少渡口坡 道建设费用; (8)上下汽车过程中,不产生扭矩桥体 横向构件无附加弯矩,因此受力简单,合理. 在同样强度的情况整体式桥由于一角翘 起,在自重和汽车荷裁作用下产生粮大扭矩 易使横向构件破坏,从而导致桥体整体破坏. 同时,整体式桥的板槊刚性很大,欲使之产生 较大?扭转变形以适应汽车上下,势必降低甚 至破坏构件强度.而组台桥不存在这一情况. (4)组台桥制造方便. 二,结构型式 如图3,4厨示.组合桥的本体系由三个 三角形片体组成,处于两边的称为边片,中间 的一个为中片. 边片同船端用2,3只铰链联结,中片与 船端采用一只铰链联结(此铰链具有满足使用 要求的万向功能),片体之间亦有铰链联结(此 铰链要能保证片体变位过程中的相互错动). 各片体均为三角形板架结构,以横骨架式 为宜,交叉构件可为变截面,桥面板以两对边 刚性固定,另两对边简支为宜. 凰 .中片 1.铰链2.边片3.铰链 图i 1.主向梁2.端梁 3.交叉构件^.边粱 i,工作原理 1.汽车上下桥的过程中.其荷'载通过车 轮加于桥上.由于挢为三角形片体组台,因此 荷载始终处于三角形'只有在车轮由一个片 体过渡到男一片体时,轮压处手边梁上,但有 片体重量保持平瑰依靠片体自身的强度和刚 度,不会产生破坏和扭转变形.为此也不会发 生扭转和倾翻现象,当然这不包括片体随船摇 摆稚静倾而的整体变盥 2.边片由两只以上铰链与船端联结,在 船体横倾时,电随之以等角颁斜,但田其端 为三角形顶点与坡道的接触I-看作为点接 触,因此,同岸坡始终保持吻合. 8.中片田只有一只铰链(并且具有万向功 能)同船端联结,故不困船俸横倾而横倾.又 由于中片三角形一边在岸端,可随岸坡而倾 斜故始终与岸坡保持吻台. 4.在船体横倾和纵倾或船与岸坡遭斜交 时,片体在垂直方向和水平方向均有位移,.各 片体的位移由于坡遘的影响,互不相同,出现 相对位移(即产生纵向和垂向错助)通过计算 和试验知其相对位移不大,不影响汽车通行. 但在中片与船端的铰链及片体之间的联结铰链 设计上,需要考虑位移. 6.边片与中片的变位在横向呈折线形式, 在接缝处有微量错动(如图5所示),既不影响 汽车通行,而且比整体倾斜有利. c=== 图5 a)片体上段的折角和接缝错劝 b)片体下段的折角和接缝错动 四,片体工作状态的位移计 算 在片体的基本尺度和结构确定之后,为确 定中片与船端铰链及片体河的铰链与接缝的活 动间隙.须对片体的工作状态的位移进行计 算.菇将计算方法介绍于下:' 为便于计算,假设渡船在停靠过程中无纵 倾变量,将通过船端铰链锖轴中线的垂向平面 和通过船体无横顿时桥的岸端且平行水平面的 平面及l垂直以上两平面的平面作为轿面前曼个 ?85? 投影面,已嚣(由设计确定)骆端铰链到水线瑚 高度为?.船端铰链中线处的投影荷到桥的 岸端'离为l,':唯横倾角(不能大于车辆行 驶的允许横倾角)为9,岸坡颤角为日,册与 坡道斜交角为. 1.d=0时的位移计算: (1)边片位移: 设:边片三边实长为:B=L,dC=, BC=L,其中C点位于坡道上,C与中片相 邻. ?横倾角e=0时的韧始状态参数: 一图6 . T 图7 由图6,图7得 l=^2譬0+fan一[(0+ltanf1)目in日 +瓦]血B(4) ' C『c"=(6) 其中 吼=arctan—南(6) "C?!二 . 没点距船纵中剖面为a 中剖面为;... (7) 则C'点距纵 86. ="c'+.=+.(8) AC边与水平面的夹角: 一arctan(9) @横倾角0>O时各项参数的变化: 初始状态的投影将变成图8的状况其中 A'B'对初始状态的位移如图9所示. : . A_.甘 正 祈培采 ' . .B/0'J 一 :. 图8 喜 蝴 嚣 窜 0 圈9 由初始状态可计算出图9中韵YJ及 0-,.I,划A',B'点对初始堤态的水平位移 Ax-.?如和垂向位移Ay』,A妇为; AXA=Y』[c08(0』十0)一?目0』] ?如=y~[cos(+0)一c?0j] AyA=Y-[血(+0)一日.m] AyB=YJ[虹(+0)一si?0_] 由图8可知 ^J+?』十 h?=h2+Ay.+ 设^5厶_-?』 则图8的水平投影备边长度为; (1O (11) (12) (18) (14) (】与) (1B) .-;BIC:=~/l,„-h,(17) 6=ic:=可(18) c-=AzB,==(1g) !C;61-(2o) 其申O08矗 C{C{6l血(21) 由图7,图8得: AK=CiC{一C'C"兰一yeot[B(皇) 设l,,,篇^l+?妇言A一+n 土 ^l+Ay』口畜B—m'一,II A=,:一,:t丑nB=f B=,:+,:C'C"=(可由初 始状态求得) c,=巧=再(即19式) D=一4[(m—).一C:] E=4[P(m—)一(m十月)C] F=[P+Ci一2C~q] 则22式可化为: 专一K憎(28) 又设:G—D一4C}t H=E+8C~Kt ,=F一4C' 则(2s)式化为: G矿+Hy+,0(24) 解方程(丝)求得值(职其真值)后,便可 求出.h.,.l,6和AK. C'点的横向水平位移由下式求得: r ?如={Ci一"C'+?』(25) AC边与水平面夹角为; 』n=are目in—等L(26) (2)中片位移: 仍用边片倾斜后的投影面.由于中片与边 片存在按缝宽度.故其变位如图10的情况. 初始状态D'点珂水线面的距离_为rDI由 图e知r矗H.. 当船律倾角0>0时,D'点移到Di同 : 1 "AGc: 图10 理.E','分别移到E;,F{. D'的水平位移为; ??D=rD血0(盯) D'的垂向位移为 ?"D=ra(oo80—1)(28) 设日=^I一?口+(29) DiFi的实长为k,则: DF;=_r: =_二(8o) 由图1o知; FIGD:F;血(31' F~G—CiC:=c0(船) 将(30)式和(驻)式代入()式,得: 蓐=i.-咖=tco (83) ^意义同前. 解方程(88).取t真值并代八(?)式求 出DFi值.' 用同样方法.以另一边片为条件,可求得 D:E:值. DF边与水平面夹角为 =afc如(铤) 图11为船体倾斜后,边片和中片相邻边 .甜. 斤,lI.... ^:—01 一'E—————— 固11 的错动情况示图 2a年0时的位移计算: ,所 a年O时的计算程序与上述大体相同不同的是船与岸阀的f须作新的假定.坡道p 角也不能直接套用在前述公式内.如果将此情 况的韧始状态(即0=O)作为q=0时,则日角 将变成B.(即船纵中剖面与坡道面交线与水平 蔬的袅角) Barctan(c08口-tan~)(35) 由于两边片在初始状态时.在岸端的接触 点C烛于不同高度上,因此计算时要分别引入 f和l..在上述基础上可按前述公式进行计 . 算,毋须赘述 出于篇幅的关系,计算例题省略 五组合桥的应用和展望 1988年,笔者为江西赣南高桥煤矿设计了 一 艘汽车渡船上的吊桥.由于使用条件要求较 高.营整体式设计满足不了使用要求.故采取 组合式r薪.通过试车和几年的实用.效果良 好,用户非常满意. 组合桥的原理可推广列许多水上构筑物 上,如短丽宽的gI桥,联接桥,浮桥以及陆上 有扭动的班板等.这种组合桥对风浪和岸上地 形有良好的适应能力.