车客渡船跳板结构优化设计

0 引言

长江中下游渡口的过江车客渡船作为汽车过江的交通工具,在我国经济发展中发挥着重要作用,其跳板结构的安全是保证渡船正常营运的重要前提。在进行跳板结构设计时一般关注主梁的强度，且多年使用下来也未发生主梁损坏的情况。但是随着车辆装载重量逐年增加，通行车辆的多样性，重型卡车偏离跳板车道等因素的影响，跳板局部结构出现面板断裂、变形等现象。文献[1]通过试验和有限元软件对跳板应力分布进行了分析和验证，并对车辆行驶速度和位置提出了指导性的建议。本文通过分析跳板结构局部破坏产生的原因，不断对其进行优化改进，并采用有限元方法加以验证。

1 跳板型式与结构特点

过江车客渡船跳板设于艏艉两端，同时采用全回转推进装置，这样两端均可靠泊码头，航行时船舶无需调头，便于汽车直上直下，提高通行效率。车客渡船总体示意图如图1所示。

  

图1 车客渡船总体示意图

目前，过江车客渡船大都采用曲面跳板型式，以满足“全车型”通过的实际需求。采用曲线跳板首先有利于提高装卸效率，保证过江车辆的装卸安全；其次在重载车辆上下跳板时，跳板纵向强构件随船舶纵倾与坡道部分贴合，这样实际减小了承重构件的纵向跨距，有利于减小跳板纵桁应力。车辆上下跳板示意图如图2所示。

根据排序和安全管理测度分析得到，该工程测量实验室安全管理情况由好到差依次是：仪器操作安全、规章制度、安全教育、保障体系、环境安全与管理、其他.根据以上的数据得出各项安全管理均在良好以上，与实际情况也较吻合，进一步验证了该模型评价结果的客观性，具有一定的实用价值.

  

图2 车辆上下跳板示意图

跳板结构采用纵骨架式。跳板中部3 m范围内为重车道，下设2道强纵桁；两侧为小型车道，分别设置普通纵桁及纵骨。纵桁与主船体结构间距一致，横向共设6道强横梁，但横向构件比纵向构件尺寸相应减小，以保证横向有一定的弹性变形，减小节点处的应力集中。

利用有限元分析软件MSC.Patran、MSC.Nastran核算以上所述的载荷，得出的应力结果汇总见表1。通过有限元计算分析，减小构件尺寸后的跳板强度满足要求。跳板板与纵梁最大受力状态下(工况1)的相当应力云图分别如图6、图7所示。

在绿色建筑中，外墙最容易接受太阳光照射，故而最为容易囤积太阳能，为光伏发电系统的构建提供了必要条件。因此，外墙是光伏发电系统应用最广泛的部分，能够将海量太阳能转变为电能。在此，很多光伏系统设计师将光电幕紧贴外墙安置，与地面保持垂直，将太阳能电板美化为玻璃幕墙。在此之下，不仅能够实现集中收集太阳能，减少绿色建筑能源消耗，而且适当布局、美化之后可以提升绿色建筑的美观程度[3]。

  

图3 跳板结构图(单位：mm)

2 跳板使用中出现的问题

随着渡运事业的发展，重型车辆逐年增多，跳板的外载荷增加了许多不确定性。跳板由于渡运车辆的增加，出现部分由于疲劳产生的局部损坏的情况。

(1)跳板太重会增加船舶转动惯量。将跳板两侧横向构件尺寸相对于跳板中部的横梁减小，并通过肘板连接，以保证横向有一定的弹性变形，减小节点处的应力集中。由于跳板主要受力构件为纵桁，而且车辆主要行驶在跳板中间，因此不仅强横梁，跳板两侧的纵向构件也可以相应减小尺寸。

《钢质内河船舶建造规范》规定：跳板载荷按设计车辆轴负荷的1.2倍确定，跳板搁在码头上与水平面的最小角度约4.6°(满载时)。

早期的规范要求跳板强横梁剖面尺寸不小于车辆甲板强横梁，跳板强横梁在设计时腹板取与纵桁等高，面板焊接。理论状态下，车客渡船停靠码头时，跳板尾端通过铰链与船体连接，前端完整地搁在坡道上。但在实际使用中发现，当船舶没有正对码头坡道、船舶横倾或坡道不平时，跳板前端一侧无法完全搁在坡道上，此时若车辆压上跳板，则跳板横向受力，悬空一侧不容易搁上坡道，导致横梁与纵桁“十”字交叉处面板焊接位置出现开裂。

(2)跳板边纵桁面板开裂

早期跳板结构骨架采用等间距设置方式，与斜向边纵桁形成尖角，产生应力集中。其位置如图3中A处所。

通过对渡口的调查了解，通行的最重车辆已达1 000 kN。从跳板受力最不利角度出发，考虑以下两种工况：

从理论上分析跳板纵桁最大受力处在纵桁跨距中间，但实际使用中车辆冲上跳板时对纵桁尾端的冲进力也很大。车辆由跳板驶向船舶两侧时会偏离中间车道，此时跳板两侧纵桁后端受力较大，且两侧纵桁强度弱于中间纵桁，跳板纵桁面板与尾端横梁面板焊接处开裂。

为防止船舶航行时水浪对跳板的冲击，在跳板后端开设防浪口，并加格栅，其位置如图3中B处所。由于暴露在外，长期受车辆碾压、碰撞，开口处格栅及跳板纵骨变形严重。

厦门港：初步测算，厦门港约12.9%的美国航线箱量将受到影响。由于美国航线在厦门港国际航线中占比最高（32.7%），预计国际航线受影响程度约4.2%，仅次于深圳。

(4)跳板纵桁与尾端横梁连接处面板开裂

3、及时应对突发舆情。一是建立舆情应对处置工作机制。建立健全卫生计生舆情应对处置各项工作制度，落实一把手责任，形成一级抓一级、层层抓落实的工作机制。二是建立重大舆情专报制度。三是建立职能机构协作机制。加强与党委宣传部门、公安部门以及相关媒体的协作沟通，及时发现、应对和处置舆情，对恶意散布卫生计生不实言论的行为予以坚决打击。

(3)防浪格栅变形

灵芝是一类属于担子菌亚门的白腐真菌，在我国作为医药原材料已有上百年历史，目前已广泛用于保健品和中草药的开发[1,2]。研究表明，灵芝中含有三萜类、多糖甾醇类、氨基酸多肽类、呋喃类衍生物等活性物质，对糖尿病、心血管病、肿瘤等疾病的预防和治疗具有一定的功效[3～5]。而多糖作为灵芝中的主要活性成分，传统提取方法得率较低；若采用酶解法水解多糖，可有效破坏细胞壁，释放胞内多糖，从而增强多糖的提取率[6,7]。

3 跳板优化改进

根据上文分析的跳板出现的问题以及用户反馈的信息，对跳板结构进行了相应的优化设计。

从当前的实际情况来看，现有的乡村生态旅游经营形式还比较单一，乡村生态旅游产品还存在同质化的特征。这种服务形式，也是无法满足消费者的个性化需求的。因此，在实际情况中，乡村生态旅游经营者就应该积极地创新服务形式，突出当地的特色，积极地创建一些体验价值高的乡村生态旅游产品。另外，乡村生态旅游者也可以积极地采取各种有效措施去深入地挖掘社会中各个旅游群体的实际需求，从而为他们提供具有针对性、个性化的服务。

(2)将跳板两侧纵向构件斜向沿着边纵桁设置(见图3右图)，可避免纵桁尖角焊接，防止出现边纵桁面板开裂的情况。

(3)将防浪大开口改为一个个约250 mm×30 mm小的长圆孔，实际增加了构件带板面积，使得骨架强度增强，变形情况得到改善。

(4)纵桁面板与尾端横梁面板先是采用大圆弧过渡的方式，但仍出现开裂情况，如果继续增加纵桁强度，跳板重量会随之增加。采用E550焊接结构用高强度淬火回火钢(简称E550高强度钢)代替之前一直采用的CCS-AH36低合金高强度钢，在不增加跳板重量情况下，进一步增大跳板强度。

4 有限元校核计算

跳板材料为AH36低合金高强度钢时，随着负荷逐年加大，重车道下强纵桁由增大至跳板的重量不断增加。两头跳板太重，对船舶回转不利。为控制跳板重量又要增加强度，近年来开始尝试使用更高强度的E550高强度钢加以替代。在跳板重量与原先相当的情况下，强度得到加强。 文献[1]对跳板在承载80 kN车辆下有限元校核及模态分析，本文旨在对采用E550高强度钢的跳板在静态下承载更大载重时，主要构件的强度进行校核。

4.1 载荷

(1)跳板两侧强横梁面板开裂

(3)由于半参数估计模型能够兼顾“参数”和“非参数” 2类因素，因此能得到较为准确的估计量，且采用半参模型的解算方法比传统最小二乘法精度更高。

乳汁质量检查选择使用隐性乳腺炎诊断液进行快速诊断。在乳汁检验盘上，分别有4个直径6 cm、高1.6 cm的有机玻璃制作的检验器，分别用来检验由4个乳区前后左右位置，将4个乳区的乳汁分别装入到4个检验器中，每个检验器装入乳汁2 mL，然后在其中加入等量的诊断液，旋转摇动，确保药液和乳汁充分混合，作用10 s后观察乳汁变化情况。乳汁诊断标准见表1，根据上述诊断标准，23头奶牛中4个乳区全部呈现阳性的奶牛11头，3个乳区呈现阳性的奶牛有7头，2个乳区呈现阳性的奶牛有3头，1个乳区呈现阳性的有2头。由此判定为奶牛隐性乳腺炎。

工况1：重型卡车尾部并排三轴压在跳板重车道上，每轴负荷为196 kN。因货车有超载现象，取每轴负荷245 kN，则施加轮印负荷为73.5 kN。汽车典型载重980 kN示意图如图4所示。

工况2：小型汽车、货车整个压在跳板普通车道上(跳板两侧)，取轮轴负荷140 kN，则施加轮印负荷为42 kN。汽车典型载重200 kN示意图见图5。

  

图4 汽车典型载重980 kN示意图

  

图5 汽车典型载重200 kN示意图

4.2 计算结果

图3为跳板结构图。图中，左图为早期跳板结构形式，右图为改进后采用的结构形式。

表1 许用应力及计算结果 MPa

  

结构分类应力种类许用值实际最大值工况1工况2跳板甲板σe25297.572.1跳板纵桁腹板σe219184.0133.0跳板纵桁面板σz208189.0172.0跳板横梁σz208168.0109.0跳板纵骨σz208168.0184.0注:σe—板单元相当应力;σz—梁单元节点合成应力

5 结语

(1)随着车辆载重量的逐年增加，为保证渡运车辆的安全通过，针对过江车客渡船跳板出现的局部结构损坏情况，对其结构进行优化设计，并通过有限元软件进行分析核算。结果表明：E550高强度钢跳板的结构强度满足规范要求，使用一年多来未发生损坏情况。

  

图6 跳板板合成应力(工况1)

  

图7 纵桁合成应力(工况1)

(2)为了增强跳板强度，又要控制整个重量，更高强度材料的使用是一种趋势。

(3)渡口应加强管理，控制车辆上下跳板时的车速，避免重型车辆偏离跳板中间车道。

参考文献：

（2）选取随机数和区块头的哈希值，进行哈希运算。如果结果小于目标值，那么表示挖矿成功，自动退出；否则，则继续循环进行哈希运算。

[1] 朱国锋，包青，张礼贵，等.汽车渡船主跳板强度试验验证及有限元研究[J].江苏科技大学学报(自然科学版),2017,3(4)：427-432.

[2] 中国船级社. 钢质内河船舶建造规范[M].北京:人民交通出版社,2016.

[3] 中国船级社. 国内航行海船建造规范[M].北京:人民交通出版社,2015.