登机桥力学性能分析及其结构优化的探究

韦飞鹏

摘 要：作为一种称重机械，登机桥的结构力学性能一旦出现问题，便会导致该产品的结构安全出现较大的问题，甚至会影响到当前旅客的生命安全问题。但是就现阶段而言，我国对于登机桥的研究分析探究，还处于初级阶段，可以进行查阅的资料有限，致使研究出现较大的难度。本文将登机桥的定义作为切入点，分析登机桥力学性能结构的稳定性，进一步提出登机桥的结构优化探究，希望可以进一步推动我国登机桥得到较好的发展。

关键词：登机桥;稳定性;结构优化;力学分析

引言

登机桥固定端其为航站楼和飞机的联系通道，其不仅会和飞机以及旅客桥法还是能关系，和航站楼之间也有着密切的关系。因此对于乘客的安全以及航站中心的安全，都需要加强对于登机桥稳定性的重视，一旦当其出现安全性问题时，便会导致乘客的生命安全，以及公共财产受到较大的损失。

一、登机桥的定义

登机桥其具体分成固定桥以及活动桥，其中固定桥又会被成为登机桥固定端，或者固定登机桥，是航站楼登机门，想室外进行延伸的固定性的廊桥、其尽端会和活动桥进行连接，航站楼一般进行设计的登积桥都是指代固定桥。

活动桥，则又被称之为旅客登机桥，其桥体的一段会和固定桥进行连接，该部分无法进行移动，另外一端，会和飞机的舱门进行连接，旅客便是利用该端口，最终进行登记。旅客桥在进行伸缩、旋转以及移动时，都存在固定的轴，其会和固定短的圆形旋转平台相临近。相对来说，旅客桥是属于更加专业的设备，是通过专业的旅客桥厂家来进行设计以及安装完成的。

二、登机桥力学性能结构的稳定性

（一）建立力学模型

在进行登机桥力学性能结构稳定性分析时，可以根据图一登机桥的结构简图了解其结构内部的大致情况。在图一之中可以看出其主要的结构为旋转平台、升降以及行走系统、活动通道和进行接机的平台。其中旋转平台主要是利用轴承以及下部的立柱所连接起来的，并且其能够依照下部立柱进行转动。旅客在进行飞机上下的时候，主要会通过活动通道，其和旋转平台相连接，主要是由升降系统带動活动通道绕铰接点O3、O4做俯仰运动，实现与飞机舱门的对接。行走系统通过短粗柱体O1O2，将其和升降系统进行链接。其在O1点可以选择绕y1轴进行相应的转动，在O2点和短粗柱O1O2一起，绕Z1轴完成转动。其可以在行走系统的带动之下，整个桥体跟绕O5O6轴进行相应的转动。经过了解可知，升降系统主所受到的荷载主要来自于，通道自身的自重，乘客重量、以及风雪载重等等。

如果是将通道以及行走系统当做框架结构分析，那么其中A、F两点，便是框架立柱和下面横梁的两点连接点。而B、C、D、E则是活动通道和立柱框架的整体连接点。

（二）立柱框架稳定性分析

当前对于主框架稳定承载能力进行分析时，工作人员需要考虑最恶劣的问题——即，当前登机桥已经全部的伸出，并且表现为水平状态，接机平台和桥通道的轴线夹角表现出0°目前为了提高登机桥的稳定性时会选择增加一根到两根的辅助梁。一般情况下，登机桥立柱框架，属于侧倾钢架，也就是说在侧向风载的作用之下，其框架结构变有可能会出现侧向位移的情况。

（三）两侧立柱各自稳定承载能力的探究

在进行登机桥使用的过程之中，一旦一侧的立柱出现失效的问题时，另一侧立柱的承载能力稳定性会呈现何种情况，本章节对此进行探究分析。

1.左柱稳定承载能力

如果登机桥行走系统的右柱油缸出现故障，没有油压的时候，登机桥前部分的压力便会全部由做主进行承担。登机桥行走系统左柱的结构主要有以下部分构成，内、外导管以及滚珠丝。其中滚珠丝杠的上部分会和外导管进行栓接，而内导管则会通过利用丝杠螺母副的形式和滚珠丝杠进行连接。内导管和外导管之间的滑动，这组要是通过利用点击带动四缸的转动而实现的。

一般情况下，外导管只会承受弯矩。这主要是因为滚珠丝杠和外导管之间会存在的一定的间隙，当结构弯曲较小，出现变形的时候，滚珠丝杠便会只收到竖向的垂直载荷。二滚珠丝杠在完全伸出的时候，左柱的承载能力为最小的状态，在该状态之下，左柱所可以承受的载荷，便称为结构的屈曲载荷。对于外导管来说，其在对滚珠丝杠的变形呈现限制作用时，滚珠丝杠和内导管，达到临界的载荷之后，结构并不会完全的出现失稳情况，还可以进行承载。但是需要注意的是，该情况之下，变形较大，所以一般会认为其结构已经处于市消状态。

2.右柱稳定承载能力

当登机桥行走系统的左柱出现失效的情况下，登机桥压在立柱之上的力，便需要右柱进行全部承担。右柱同左柱一般，主要有内导管以及外导管，与其不同的是，其内部并非滚珠丝，而是液压缸。

对于右柱来说，其内导管以及外导管进行伸缩运动，主要是由液压缸所带动的。即右柱出现小变形的时候，内外套管会承受弯矩，而液压缸则会承受竖向的载荷。因此右柱出现屈曲载荷的时候，可以按照液压缸的屈曲载荷进行结算。在液压缸处于失稳状态之后，由于内导管以及外导管对于液压缸变形的限制作用，右柱虽然依旧可以继续承受竖向载荷，但是这是液压缸的变形处于较大的状态，因此认为该结构处于失效的情况。

三、登机桥的结构优化探究

（一）登机桥桁架结构选型的优化

如果登机桥选择使用Q345钢，其自身的重量便可以达到近50吨，而如果选择使用Q235钢，那么结构便会更重。当结构的重量有所增加的时候，其不仅仅会使材料存在浪费的情况，会导致成本有所增加，还会导致结构的安全性有所降低。因此需要对于结构的选型进行优化，选择一种更加合理的结构形式，从而解决上述的问题。目前在进行研究时，主要选择为V式、K式以及具有直腹杆的V式这三种结构，进行有限元建模。在进行建模的过程之中，其结构不仅要有人的载荷、结构的自重之外，还需要有风雪载重对于结构的影响。

根据表一可以了解到，其中V式以及K式结构登机桥受力较小，并且为以最小。在进行分析之后，可以了解到V式活动的通道不仅受力以及变形最小，并且重量最轻。而对于K式来说，其活动通道虽然整俩会略逊色于V式的力学性能，但是却远远好于具有直腹杆的V式，并且重量和其相似。所以在进行登机桥活动通道结构形式选择的时候，首选V式结构，其次为K式结构，最后则是具有直腹杆的V式结构。

（二）登机桥桁架结构尺寸的优化

当前对于登机桥机构进行尺寸优化，是一种最为简单的优化方式，并且在当前已经有较为成熟的理论，因此在我国很多领域之中已经成功地使用该方式，尤其是在航空以及汽车领域之中。而对于登机桥的活动通道机构进行尺寸优化的时候，其最主要的是使用神经网络的算法，编制相关的程序，但是其中却还存在较多的问题，需要进行解决。

当前工作人员需要根据工程的实际情况进行分析了解，需要保障计算结构的可靠性，还要将研发的设计时间进行缩短。因此可以选择使用最承建的 ANSYS优化涉及模块，并且工作人员还应该利用APDL程序对于登机桥完成有限元的建模，从而實现对活动通道的构件截面尺寸实现优化。

目前，我国登机桥在进行尺寸优化时，还处于机构设计的初期阶段，所以需要在杜宇结构总体的尺寸以及结构形式进行确定后，才能够得到结构所允许的最大挠度。并且工作人员还需要按照实际要求的安全系数，对于结构所允许的最大承载力进行确定。如果还需要考虑结构局部的稳定性能的时候则需要将最大的承载力和稳定系数进行相乘。在对于尺寸结构进行优化设计的时候，便需要将其作为约束条件，从而保障登机桥的质量不会受到影响。但是需要注意的是，由于活动通道之中，内衣中杆件类型的稳定系数各不相同，所以咋进行优化的时候，其最大应力的位置上也并不一致。因此在进行优化设计的时候，如果要保障结构杆件的局部稳定性，还存在较为困难的情况。因此在进行综合分析之后，对于登机桥尺寸进行优化的时候，工作人员可以优先选择使用 ANSYS 程序进行优化尺寸设计。

四、结束语

对于机场来说，登机桥具有十分重要的意义，只有保障登机桥的稳定性，才可以进一步保障机场乘客的人身安全，以及公共财产设施不受损害，进一步推动登机桥的优化发展。

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