机动立交桥（车桥）的研究，本文主要内容关键词为：立交桥论文,车桥论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
设想与选题的由来
人们经常可以看到城市中交通堵塞的现象，引起交通堵塞的原因之一是交通要道上有很多车辆需要交叉通行，例如：在交叉路口，交通信号灯定时地只允许某一条道路上的车辆通行，不允许其它道路上的车辆同时通行；引起交通堵塞的原因之二是在道路上进行敷设管道、整修道路等施工作业，所有车辆一般都得绕道通行，一直要等到施工结束后才能恢复通车；引起交通堵塞的原因之三是发生了交通事故等意外事件，为了调查事故原因一般都要保持现场，于是越来越多的车辆被堵在事故发生的道路上。目前解决交叉路口交通堵塞的方法是在交通主干线上建造立交桥，虽然主干线上的车辆会很快地驶向各分支道路，但各分支道路上的车流量剧增将在有些分支道路的交叉路口又形成新的交通堵塞，由于在每条分支道路的交叉路口都建造立交桥是不可能的，因此排除交叉路口交通堵塞还存在着很大的问题；对于在道路上进行敷设管道、整修道路等施工作业和发生交通事故等意外事件所造成的交通堵塞，目前没有什么好的排除方法。
基本设计思路
排除交通堵塞有各种方案，例如：应用计算机对各道路上的车流量进行测算并通过反馈及时疏导等各种方案，但是最简单而有效的方案是在交叉路口或道路施工处或交通事故现场架一座临时的、有机动性的立交桥（车桥）。十字路口交叉通行和道路施工处架设机动立交桥是根据交叉路口车流量高峰时间段或道路施工要求预先架设的，不存在交通堵塞后车桥再行驶进现场的问题。发生交通事故时，如果警车和救护车能驶进现场，机动立交桥（车桥）也能驶进现场排除交通堵塞。如果警车和救护车不能驶进现场，车桥也不能驶入，任何发明都不可能是万能的。机动立交桥的性能应满足下列要求：
1.机动立交桥配备有动力装置，在立交桥桥板下安装履带或多车轮构成运动机构，使其能象车辆那样迅速行驶。
2.车桥的立交桥板能折叠以便提高在普通道路上的通行性。
3.车桥在行驶或形成立交桥的过程中，重力作用线始终保持在承力面内，使又重又长的立交桥桥板平稳地展开或折叠。
机动立交桥的基本结构
方案一
1.机动立交桥主要由二辆能承受重负载的履带式车（或多轮式车）、可伸缩的立交桥桥板和液压装置等组成。
2.每辆顶部装有可伸缩的立交桥桥板的履带式车（或多轮式车）驶至发生交通堵塞的现场后，面对面地伸出立交桥桥板进行对接形成一座立交桥；交通堵塞被排除后，伸出的立交桥桥板收缩回原来状态，机动立交桥很快地撤离。
方案二
1.车桥主要由可折叠的立交桥桥板（图1）、 能承受重负载的履带式车（或多轮式车）以及钢缆牵引（或液压）装置等组成。
1.第一段立交桥 2.钢缆牵引（或液压）装置 3.第一段立交桥与第二段立交桥之间连结关节 4.第二段立交桥 5.第二段立交桥与第三段之间连结关节 6.交通信号灯 7.第三段立交桥 8.桥面 9.桥侧护板 10.车桥的动力车
图1 机动立交桥（车桥）
2.立交桥由三段（或三段以上）桥板组成，第一段桥板的前端和最末段桥板的末端在立交桥展开后将作为引桥安放在路面上，每一段桥板的末端与下一段桥板的前端铰接，最末段桥板的前端通过转轴与履带式车（或多轮式车）铰接，转轴轴心设置在所有桥板处于水平折叠状态时的重心前方而不与其重合，使重力距很小但不为零，以便只用较小的动力放下桥板和利用重力自动折叠桥板。车桥这种结构可以很方便地在钢缆牵引（或液压）装置的配合下仅仅依靠履带式车（或多轮式车）的后退或前进运动就能使又重又长的立交桥桥板放下展开或收起折叠。
机动立交桥的桥板展开和折叠技术以及运作程序
由于机动立交桥的主要质量集中于立交桥桥板，立交桥的形成如果采取方案一的桥板向前伸展方式，又重又大的桥板会使车桥整体重心向前移动，重力臂迅速变大，使车桥非常不稳，尤其当跨度较大时将导致车桥倾翻，为了保持平衡必须在桥板伸展的反方向一端安装比立交桥板板更重的配重块，这在技术上是不科学的、不可取的，我们研究和设计了一种新颖的立交桥桥板展开和折叠技术：用较小的动力使折叠在一起的立交桥桥板绕与重心之间距离很小的定轴转动来放下或提起立交桥桥板，然后利用履带式车（或多轮式车）沿路面运动的牵引力使立交桥桥板展开或折叠，而无需增添其它动力装置，其重心始终保持在逐渐变大或变小的承力面内，稳定性也非常好。立交桥桥板通过绕定轴转动放下或提升的示意图如图2。
立交桥桥板提升与放下翻转受力示意图
图2 立交桥桥板展开与折叠示意图
机动立交桥桥板展开运行程序
1.置于水平状态和折叠在一起的立交桥桥板整体在钢缆牵引（或液压）装置的驱动下绕一定轴正向转动，一直转到立交桥第一段桥板的前端安放在路面上为止，由于转轴就安装在桥板重心前方附近，重力臂很小，立交桥桥板在转动过程中重心位移很小，也就是说，立交桥桥板在转动放下过程中机动立交桥提供的动力比较小，稳定性也比较好。
2.当作为引桥的立交桥第一段桥板的前端安放在路面上后，履带式车（或多轮式车）向后退，由于立交桥第一、第二段桥板相互向内铰接，因此在履带式车（或多轮式车）向后退的过程中第一、第二段桥板将逐渐展开，直至形成按设计要求规定的拱形立交桥面为止。利用履带式车（或多轮式车）沿路面运动不仅能使又重又大的立交桥桥板展开而无需增添其它动力装置，并且可以形成较大的跨度和使车桥的重心始终稳定地保持在逐渐变大的承力面内。
3.在钢缆牵引（或液压）装置的驱动下，机动立交桥的最末段桥板绕一定轴逆向转动，直至其开末端安放在路面上作为引桥为止，至此，机动立交桥的桥板展开形成立交桥的运行程序全部完成。
机动立交桥桥板折叠运行程序
1.作为引桥的机动立交桥的最末段桥板在钢缆牵引（或液压）装置的驱动下绕一定轴正向转动，使其从安放在路面上的位置被提升至将与前几段桥板折叠在一起的某一位置。
2.履带式车（或多轮式车）沿路面向前进，立交桥第一、第二段桥板等前几段桥板逐渐收拢，最后与最末段桥板折叠在一起。
3.在钢缆牵引（或液压）装置的驱动下，折叠在一起的立交桥桥板绕一定轴逆向转动到水平位置，至此，机动立交桥的桥板收起折叠的运行程序全部完成。
机动立交桥的技术指标估算和可行性分析
机动立交桥的技术指标将根据具体的技术要求来确定，一旦机动立交桥的载重负荷额确定后，立交桥将采用什么样的结构与材料是工程技术问题，在当前的技术水平下是可行的。以下对机动立交桥的一段技术指标进行估算和可行性分析：
（a）折叠在一起的立交桥桥板呈水平状态
（b）立交桥桥板通过绕定轴转动放下或提升
（c）立交桥桥板逐渐展开或收拢
（d）立交桥桥板逐渐展开或收拢
（e）机动立交桥的桥板完全展开形成立交桥
1.立交桥的桥板最小宽度通常为一辆车的较大宽度约4米；
2.立交桥的桥板离地高度通常为一辆车的较大宽度约4米；
3.立交桥引桥最大坡度约22.5度至30度（车辆最大爬坡度）；
4.立交桥桥板展开的最小长度通常为两辆并列在桥下逆向行驶的双车总宽加上两段引桥的长度：
8至10米＋2×（4米/sin（22.5至30度）＝24至30米。
5.立交桥桥板呈双车辙，每车辙宽为双车轮宽约0.5米；
6.制造立交桥桥板的材料为上表面有防滑花纹的钢板；
7.立交桥桥板所用钢板有各种规格，其平均厚度约16毫米；
8.组成钢质立交桥承力结构的桥板与肋板的面积比约1比2，则：桥板与肋板组成的承力结构每一米长的重量约：
（0.5＋0.5/2）×2×0.016×7.8＝0.187吨；
9.机动立交桥的桥板总重量估算：
24米至30米×0.187吨/每米＝4.5吨至5.6吨；
10.机动立交桥的动力系统自重约6吨；
11.机动立交桥的最大载重量设定10吨左右；
12.机动立交桥满载时对路面的压力和压强：
动力系统自重＋立交桥桥板总重量＋负载重量；
5吨＋4.5吨至5.6吨＋10吨＝19.5至20.5吨，
设：履带与地面接触处长为5至6米、宽为50厘米，
则：双履带与地面的接触面积为50000至60000平方厘米，车桥对路面的压强为0.325至0.41公斤/每平方厘米。
车桥排除交通堵塞的方法
1.在十字路口处车辆需要交叉通行而造成的交通堵塞
排除方法：根据十字路口车流量高峰时间段，机动立交桥在车流量高峰前预先行驶至经常发生交通堵塞的十字路口处架设立交桥，车流量高峰后机动立交桥撤离，如图3。
1.十字路口某一条道路上的车辆从车桥形成的立交桥上通过
2.车桥
3.十字路口另一条道路上的车辆从车桥形成的立交桥下通过
2.在道路上进行管道敷设等施工作业而造成的交通堵塞
排除方法：机动立交桥行驶至需要进行道路整修、管道敷设等施工处，折叠的桥板展开形成立交桥，如图4。
1.车桥 2.车辆从车桥形成的立交桥上通过
3.挖掘道路敷设管道
3.发生了交通事故等意外而造成的交通堵塞
排除方法：如果机动立交桥能随警车或救护车行驶至发生交通事故的现场，可以在事故现场正上方，也可以在侧上方展开折叠的桥板形成立交桥排除交通堵塞，如图5。
1.车桥在交通事故现场形成立交桥
2.发生交通事故的车辆
3.车辆从车桥形成的立交桥下绕道通行
4.车辆从车桥形成的立交桥上通行
方案三
1.机动立交桥主要由能承受重负载的履带式车（或多轮式车）、可伸缩的立交桥桥板和液压装置等组成。
2.顶部装有可伸缩的立交桥桥板的履带式车（或多轮式车）驶至发生交通堵塞的现场后，向两边对称地伸出二组立交桥桥板形成一座立交桥，称为双向平衡式机动立交桥，其优点是平稳而跨度大。
综上所述，机动立交桥（车桥）的优点是机动性强、操作简便、适用范围广、平时不占路面、制造成本远比建造立桥少等等。
注：本课题获全国第十届青少年科技创新大赛创造发明银奖
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