承压舟浮桥车辆动载荷系数试验研究

娄联栋 赵庆亮 裴志勇

摘 要：承压舟浮桥以其通行能力强、搭建快捷、成本低廉等优异特性对黄河两岸的通行及交流起到了非常必要的补充作用。车辆在通过承压舟浮桥时是一个行进中的动载荷，要确定合理的动载荷系数以确保浮桥安全营运。在本研究中，在千吨级双向四车道承压舟浮桥上进行了车辆不同速度通行时的动载荷测试，以获取合适的动载荷系数，对承压舟浮桥安全营运具有重要指导意义。

关键词：承压舟浮桥;安全营运;动载荷测试;动载荷系数

中图分类号：U448.19         文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2021）04-0103-02

1研究背景

我国建造浮桥的历史十分悠久，《诗经》[1]中曾记述周朝周文王为娶妻而在渭水上架起一座舟桥，离今已有三千多年历史。现存的著名古代浮桥有高安浮桥、惠民桥、广济桥、中津桥等[2]。承压舟浮桥系指集舟、桁、板于一体，甲板结构直接承受集中动载，是一种既能满足漂浮又能满足落滩及半落滩状态使用的舟桥装备，在人口密集、经济发展迅速、跨河交通需求大的非通航水域有着较为广泛的应用。

为确保承压舟浮桥营运本质安全，新一代承压舟往往储备浮力较大，车辆通行时浮桥总体变形不大，这为车辆以较高速度通行提供了可能。桥面凸出的结构物、防滑条以及通行速度的变化，都会引起作用于承压舟浮桥的车辆载荷的变化，这是一个复杂的动载荷作用，一般都是通过考虑动载荷系数来进行。为了确定合适的动载荷系数，在胡家岸千吨级双向四车道承压舟浮桥上进行了重载车辆以不同车速行驶时的动应力测试，得到各典型测点的动应力随时间变化规律，以此为基础制定合理的动载荷系数。

2承压舟浮桥简介

在胡家岸千吨级双向四车道承压舟浮桥上进行测试，该浮桥由12艘承压舟通过支耳铰接而成。承压舟为钢质单甲板双体承压舟，主车道甲板按舟桥设计，除船底中部为纵骨架式外，其余均为横骨架式。双片体通过连接桥有效连接起来，车辆沿船宽方向在承压舟上通行，在连接桥与片体连接处往往应力较大，故在该处布置了测点，典型横剖面及测点（测点5）示意图如图1所示。

3 测试原理

在进行动应力测试时，将电阻应变片固定在被测的承压舟浮桥相应结构上，当构件发生变形时，贴敷的应变片电阻值会有所变化，通过动态应变仪，便可将应变片电阻值的变化量测量出来，输出与应变成正比的电压信号，用记录仪记录下来，通过对相应数据的分析处理，可得到车辆通行时各测点的动载荷系数。动应力测试原理见图2。

典型测点的动应力随时间变化如图3所示，动载系数定义为最大应力与相应静力效应的比值，可按下式计算：

式中，λ为动载系数;σa是测点在某时间段内测得的最大应力值，σb为最大应力值所在时间点对应的应力平均值。

4测试结果及分析

进行了载重车辆以不同车速单向通行时的动应力测试，得到各测点应力随时间变化关系，典型测点（测点5）的时历动应力如图4所示。

按上节的方法可得到各测点不同车速下的动载荷系数，如图5所示。一般而言，随着车速的增加，动载荷系数会增大;当车速较高时，动载荷系數反而随车速增大而减小。一般承压舟桥面上布置有防滑条，车辆通行时会产生一定的动载荷，而且承压舟结构自身也有一定的固有频率;当车辆通行速度引起的动载荷频率与承压舟结构固有频率接近时，将会导致较大的动载荷系数。不同车速的最大动载荷系数如表1所示。

各不同载重车辆、不同航速通行时测得的最大动载荷系数为1.115，再考虑到桥面的不平整、凸出的支耳等结构、防滑条、车辆加速或者紧急情况急刹车等各种因素的影响，把动载荷系数适当放宽设定为1.2，即在承压舟浮桥结构强度计算时，把车辆通行的动载荷以1.2倍静载荷的形式加以考虑。

5结论

重载车辆在承压舟甲板上行驶时，由于桥面的防滑条、发动机振动以及车辆速度不均匀等原因，会引起承压舟结构的振动，从而会造成结构内应力增大。当前的计算都是引入动载荷系数来考虑车辆载荷的动态效应，将动载荷转化为等效静载荷。在本文研究中，通过在胡家岸千吨级双向四车道承压舟浮桥上进行动载荷系数测试，得到各典型测点位置的动载荷系数。现场试验得到的最大动载荷系数为1.115，考虑到安全系数及其他不确定性因素，综合分析确定承压舟浮桥的动载荷系数取1.20。本研究为承压舟浮桥安全营运提供可靠技术支撑。

参考文献：

[1]王秀梅译.诗经[M].北京：中华书局，2015.

[2]裴志勇，赵庆亮，卢梦棣，吴卫国.承压舟舟桥[M].北京：科学出版社，2019.

[3]裴志勇，郑培培等.千吨级双向四车道承压舟应力测试研究报告[Z].武汉理工大学，2016.

[4]高伟，赵庆亮等.承压舟及承压舟检验规定研究[J].中国科技成果，2011，12（3）.

[5]郑培培.承压舟浮桥结构强度衡准研究[D].武汉理工大学，2018.

[6]赵庆亮，吴英照等.山东省钢质内河浮桥承压舟建造规范[S].山东省市场监督管理局DB37/T3487，2019.