登機(jī)橋結(jié)構(gòu)分析及安全性研究進(jìn)展

羅良清 顧曉勤

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

美國(guó)杰特威（Jetways）公司于20世紀(jì)70年代率先生產(chǎn)登機(jī)橋，此外登機(jī)橋生產(chǎn)的企業(yè)還有美國(guó)的斯通（Stearns），德國(guó)的蒂森克虜伯（ThyssenKrupp），日本的三菱重工（Mitsubishi）和川崎重工（Kawasaki）等。我國(guó)對(duì)于登機(jī)橋的設(shè)計(jì)生產(chǎn)已有多年的歷史，研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)登機(jī)橋的主要有中集天達(dá)、蒂森克虜伯機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)中山有限公司等。國(guó)內(nèi)對(duì)于登機(jī)橋有研究的單位還包括天津工程機(jī)械研究院、西北機(jī)電工程研究所、西北工業(yè)大學(xué)、武漢理工大學(xué)、電子科技大學(xué)等。

登機(jī)橋是連接候機(jī)樓和飛機(jī)機(jī)身的可移動(dòng)橋梁設(shè)備，旅客通過(guò)活動(dòng)通道上下飛機(jī)。登機(jī)橋按通道個(gè)數(shù)分為兩通道式（見(jiàn)圖1）和三通道式（見(jiàn)圖2），包括固定立柱、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、活動(dòng)通道、升降系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、接機(jī)平臺(tái)和服務(wù)梯等。登機(jī)橋所受載荷主要來(lái)自通道自重、人載、雪載和風(fēng)載，其結(jié)構(gòu)必須滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定性要求，達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命且經(jīng)濟(jì)合理。三通道登機(jī)橋，如圖2所示，從內(nèi)到外分為通道A、通道B、通道C三部分，內(nèi)外通道之間通過(guò)滾輪或者滑塊在鋼軌道上滾動(dòng)或滑行，實(shí)現(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)，通道B移動(dòng)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(cè)由桁架、玻璃或者鋼板組成。

登機(jī)橋強(qiáng)度計(jì)算依據(jù)為MH/T 6028—2016《旅客登機(jī)橋》[1]、GB 50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]。王鵬將有限元法應(yīng)用到登機(jī)橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中[3]，對(duì)其進(jìn)行靜力計(jì)算分析，運(yùn)用有限元分析軟件強(qiáng)大的前后處理功能，得到每一種工況下的應(yīng)力、位移分布情況，另外對(duì)登機(jī)橋的模態(tài)進(jìn)行了計(jì)算。為方便快捷地對(duì)其進(jìn)行有限元分析，梁秋榮采用UIDL結(jié)合TCL/TK技術(shù)建立其參數(shù)化分析系統(tǒng)的人機(jī)交互界面[4]。

朱新朝等對(duì)登機(jī)橋在工作條件下升降系統(tǒng)立柱框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行研究[5]，得出結(jié)構(gòu)所受內(nèi)力和屈曲載荷，并進(jìn)行立柱框架穩(wěn)定性校核。對(duì)登機(jī)橋升降系統(tǒng)一側(cè)結(jié)構(gòu)失效時(shí)，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載能力進(jìn)行探討，得出此時(shí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力。

模塊化設(shè)計(jì)可將登機(jī)橋的各個(gè)部分分解為一個(gè)個(gè)較小的標(biāo)準(zhǔn)模塊，以裝入集裝箱運(yùn)輸，節(jié)省運(yùn)輸成本，提高生產(chǎn)效率。彭恒等探討登機(jī)橋的模塊化設(shè)計(jì)方案，并與當(dāng)前的登機(jī)橋進(jìn)行了成本比較分析，表明對(duì)運(yùn)輸線路較遠(yuǎn)的項(xiàng)目，模塊化設(shè)計(jì)具有明顯的優(yōu)勢(shì)[6]。

登機(jī)橋預(yù)應(yīng)力交叉斜拉桿玻璃側(cè)壁是一種新穎的設(shè)計(jì)技術(shù)，以其結(jié)構(gòu)輕巧、通透性好、外觀精致。然而，相關(guān)規(guī)范對(duì)于預(yù)應(yīng)力大小的施加并沒(méi)有明確規(guī)定。牛福維等[7]采用數(shù)值模擬方法，分析斜拉桿在服務(wù)工況下的受力，以確定其預(yù)應(yīng)力大小以及材料，在此基礎(chǔ)上對(duì)拉桿尺寸進(jìn)行優(yōu)化，并降低了預(yù)應(yīng)力大小和對(duì)材料性能的要求。

嚴(yán)仁軍等對(duì)登機(jī)橋地震響應(yīng)進(jìn)行了研究[8]，羅益群總結(jié)某機(jī)場(chǎng)航站樓登機(jī)橋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，得到地震低烈度區(qū)鋼結(jié)構(gòu)體系側(cè)向位移為風(fēng)荷載控制，柱子間宜采用箱型鋼梁剛接，并設(shè)置斜撐[9]，桁架上下弦于腹桿交叉節(jié)點(diǎn)亦采用梁剛接，且水平面內(nèi)設(shè)置斜桿增加平面剛度。單層登機(jī)橋豎向自振頻率必須大于3 Hz。湯婧等[10]以45 m登機(jī)橋?yàn)檠芯繉?duì)象，基于瞬態(tài)動(dòng)力分析理論，運(yùn)用有限元法建立了橋體主結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)振動(dòng)模型，得到了登機(jī)橋在人群載荷下的動(dòng)力響應(yīng)，并針對(duì)計(jì)算結(jié)果采用調(diào)頻質(zhì)量阻尼器（TMD）進(jìn)行減振處理。

圖1 二通道登機(jī)橋

圖2 三通道旅客登機(jī)橋

登機(jī)橋作為一種機(jī)械產(chǎn)品可采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。武漢理工大學(xué)的楊蔚華[11]以模糊理論和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論為基礎(chǔ)，對(duì)引入模糊綜合評(píng)價(jià)方法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法解決登機(jī)橋的結(jié)構(gòu)方案的問(wèn)題進(jìn)行研究。建立登機(jī)橋的結(jié)構(gòu)方案評(píng)價(jià)方法，為登機(jī)橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和方案優(yōu)選提供參考依據(jù)。張哲則采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)登機(jī)橋的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化[12]。朱新朝對(duì)這兩種方法做了進(jìn)一步完善[13]，對(duì)登機(jī)橋的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

江子旺、馮櫻等基于Adams/View建立登機(jī)橋多體動(dòng)力學(xué)模型，并依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行登機(jī)橋路徑規(guī)劃[14]。模擬登機(jī)橋連接飛機(jī)艙門全運(yùn)動(dòng)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了登機(jī)橋的行走運(yùn)動(dòng)、升降運(yùn)動(dòng)以及對(duì)接艙門和遮篷的伸張運(yùn)動(dòng)。鄧覽提出利用雙目機(jī)器視覺(jué)技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)[15]，與登機(jī)橋運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)一起完成登機(jī)橋自動(dòng)靠接飛機(jī)艙門。通過(guò)圖像處理技術(shù)從采集的圖像中提取出飛機(jī)艙門信息，并對(duì)其進(jìn)行定位跟蹤，實(shí)時(shí)解算登機(jī)橋的接機(jī)口與飛機(jī)艙門的相對(duì)位置信息，并生成登機(jī)橋運(yùn)動(dòng)控制指令編碼，發(fā)送至登機(jī)橋控制系統(tǒng)執(zhí)行。

為防止登機(jī)橋碰撞飛機(jī)，王峰[16]介紹了機(jī)械式柔性觸須防碰撞裝置、超聲波傳感器探測(cè)、激光傳感器技術(shù)。李旭研究登機(jī)橋碰撞飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的問(wèn)題，指出限止登機(jī)橋輪位的轉(zhuǎn)向角度，可以從根本上杜絕的事故發(fā)生[17]。登機(jī)橋下俯狀態(tài)立柱下降時(shí)，有時(shí)出現(xiàn)通道向上收縮的現(xiàn)象，與人們的經(jīng)驗(yàn)判斷正好相反，嚴(yán)重的將導(dǎo)致事故。文[18]推導(dǎo)登機(jī)橋運(yùn)動(dòng)方程，通過(guò)力學(xué)分析找出其原因，得到驅(qū)動(dòng)裝置抱閘力矩計(jì)算公式，提出設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。胡克明提出將超聲波傳感器、視頻技術(shù)應(yīng)用于登機(jī)橋行走的安全防護(hù)方案[19]。韓彩艷則研究了登機(jī)橋安全穩(wěn)定性影響因素[20]，提出在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、施工方法、PLC控制、運(yùn)行維護(hù)管理等方面對(duì)登機(jī)橋安全穩(wěn)定運(yùn)行的主要影響。

登機(jī)橋作為一種承重機(jī)械設(shè)備、可移動(dòng)橋梁，涉及工程機(jī)械、建筑鋼結(jié)構(gòu)二個(gè)領(lǐng)域。設(shè)計(jì)、制造工程師往往需要獲得兩方面的資質(zhì)。計(jì)算校核登機(jī)橋設(shè)計(jì)，進(jìn)一步深入分析、細(xì)化計(jì)算，是登機(jī)橋研發(fā)的重中之重，同時(shí)作為機(jī)電產(chǎn)品，成熟穩(wěn)定的控制技術(shù)必不可少，防止登機(jī)橋碰撞飛機(jī)，是登機(jī)橋研發(fā)等環(huán)節(jié)中必須慎重考慮的。跟蹤已經(jīng)售出的登機(jī)橋的使用情況，及時(shí)解決用戶反饋的問(wèn)題，是登機(jī)橋企業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。