玻璃鋼/鋼復合材料結構帶式舟橋方舟的制作工藝
舟橋器材的研制涉及很多學科，如橋梁、船舶、材料、結構和工藝等?，F行舟橋器材大量使用的仍然是以鋼材為主的傳統結構材料，雖然其承載力大，但也存在舟橋重、機動性差、抗損性弱、耐腐蝕性差、維護保養費用高等一系列缺陷。為適應現代戰爭的要求，新一代舟橋器材磁針 朝著標準化、系列化和自化方向發展，以保證舟橋器材本身的高速機動和快速架設。
帶式舟橋是一種舟、桁、板合一的結構形式，它由浮游橋腳、承重結構、載面部分三位一體組成，是一種比較先進的舟橋結構形式。其結構特點為：1總體結構形式較簡單，河中部分直接由一系列箱形浮體組成，整個浮橋結構基本可以簡化為只需解決單個箱形浮體的承載與連接等問題。2浮橋在架設中不需要預先結合橋節，只需要在橋軸線上依次接長橋段。3箱形浮體的整個橫斷面都參加工作，因而浮橋的垂直剛度很大，承載面部分很寬闊。這些結構特點決定了設計帶式連接的設計計算問題即可。
帶式舟橋基本、重要的結構是縱向承重結構?，F行的鋼質四折帶式舟橋的縱向承重結構布置在兩個中間舟節（方舟）上，可與鄰近的方舟在橋長方向連接，邊舟（尖舟）主要用來增加排水量、提高浮橋的穩定性和增大浮橋的車行部寬度。
1 玻璃鋼/鋼復合結構帶式舟橋方舟的制作工藝
1.1 玻璃鋼/鋼復合結構
玻璃鋼作為一種新型的復合材料，具有質量輕、比強度高、成型方便、而腐蝕、幾乎不需維護保養等優點，這些都是金屬等傳統材料所無法比擬的。玻璃鋼制品一般采用手糊成型工藝，這種工藝具有設備投資少、見效快、制品尺寸不受限制、生產技術易掌握等獨特優點，應用廣泛，在我國大多數玻璃鋼生產企業中一直是一種主要的成型工藝，目前約占70%。
文獻[2-3]提出了研制帶式舟橋可以彩玻璃鋼/鋼復合結構的形式，即帶式舟橋的主要受力構件和箱體與箱體之間的連接構件必須彩高強鋼格，殼板和加強筋可以彩質量輕得多的玻璃鋼，以減輕結構質量，充分利用玻璃鋼和鋼材這兩 種材料的優點。
帶式舟橋的受力主體是主舟，為實現上述結構形式，可作如下考慮（如圖1所示），即縱橫向連接件、舟體的周邊舷緣角鋼和底板主龍骨仍然沿用原有的結構形式和材料；舟體的殼板全部采用玻璃鋼，殼板上的縱橫向加強筋的數量及其間隔距離與鋼質帶式舟橋完全相同；加強筋的芯材采用泡沫塑料，外包玻璃纖維布與殼板一起成型。
為使舟體的負構件和玻璃鋼構件及加強筋能更好地共同工作，在舟體縱向鋼權件（即舟體縱向上、下舷緣角鋼、底板主龍骨）上，按加強筋的間隔距離要求焊接鋼肘板，將縱向主要受力權件上的力順利傳遞到舟體殼板上，實現相互之間的共同工作。
作為承載面的甲板，由于不允許出現較大的撓度，應在甲板下布設加強筋來解決。
1.2 工藝設計方案
對玻璃鋼制品的外觀和強度影響大的就是工藝設計和制作過程。對于方舟的工藝設計來說，應分別設計一個方舟鋼骨架的焊接胎架，一個方舟側板、端板和底板的糊制模具和一個方舟甲板的糊制模具。方舟甲板另行設計一個糊制模具主要是便于安裝鋼骨架并將之與各殼板連接。
在制作時，先將方舟鋼骨架在焊接胎架上焊接成整體框架，然后將該整體框架準確放置在方舟側板、端板和底板的糊制模具內，進行方舟側板、端板和底板的糊制。在手糊成型時，一定要將鋼骨架糊制在玻璃鋼殼板內，同時將加強筋與玻璃鋼殼板糊制在一起。與此同時利用方舟甲板糊制模具進行進方舟甲板的糊制后，后將方舟甲板整體粘接到方舟的其它殼板上。
加強筋在糊制地，與玻璃鋼板材一起包覆層壓成型，但在包覆后一層玻璃織物時，往往會因其收縮拉緊而在折邊翹起，，導致粘合不好。解決辦法是：在包覆后一層玻璃織物時將加強筋的頂部切開，然后重疊復合。
1.3 玻璃鋼殼板制作的工藝要求
(1)主要材料
鋼材：主龍骨和舷緣角鋼等構件采用902鋼，縱向接頭(包括單、雙支耳及單銷)采用30CrMnSi。
玻璃鋼：增強材料采用無堿玻璃纖維氈和無堿玻璃纖維布，常州二五三廠生產；樹脂采用189號不飽和聚酯樹脂，常州玻璃鋼造船廠生產。
泡沫塑料：選用硬而不脆的泡沫塑料。泡沫塑料對提高加強筋的剛性沒有直接影響，但能較好地防止腹板壓曲，并且成型時的粘合性能好，能準確地固定加強筋形狀。
(2)配方及輔材
纖維布和樹脂的配比為1：1(質量比)，引發劑(糊狀環己酮)的質量分數為4％，促進劑(環烷酸鈷)的質量分數為1％ ～4％(視環境溫度而定，溫度高則少加，溫度低則多加)。
(3)生產過程中的要求
①樹脂和纖維的比例分配應該是在殼板的表面樹脂要多(便于粘接)，中間要少(保證強度高)。
②布層在敷設中要使纖維呈繃緊狀態，表面平整，纖維氈和布中間的氣泡要趕出。
③在天氣比較炎熱、氣溫較高的環境條件下，促進劑可以少放一點。
④鋼構件的表面要除銹(可用丙酮清洗一遍)。
⑤鋼構件與纖維的包覆要緊密，中間不得留有氣泡。
⑥為保證質量，要求生產車間的溫度不得低于15℃，濕度不得大于75％ 。
1.4 結構制作過程
先加工高強鋼骨架部分，然后在常州玻璃鋼造船廠制作玻璃鋼殼板和加強筋。制作時采用手糊成型工藝。
(1)模具制作
糊制方舟殼板時，應先制作模具，模具的材料以木材為主。先根據方舟的圖紙將外廓尺寸進行適當放大(其中，端板和側板還需做成具有一定斜度，以便于脫模)，設計出模具圖紙，制作木質模坯骨架。然后按模具圖紙放樣，用三合板或五合板等材料制成方舟各個殼板的樣板。根據方舟殼板的樣板做出不同的木質筋板有機排列組裝在模坯骨架上，骨架要固定在加工平臺上。然后對模具進行表面處理，并進行光照檢查，發現不平順之處，盡早采取相應措施找平。在開始糊制前，應將模具表面擦干凈，然后用干凈柔軟的紗布浸取適量脫模蠟，在模具內表面均勻涂抹，過一段時間后再用潔凈紗布用力打光，如此反復3～5次。如圖2所示。
(2)玻璃鋼殼板糊制
在模具制作完成并晾干后，按照工藝設計方案分別糊制玻璃鋼底板、端板和側板面，以及甲板面。糊制上述殼板時，先應制作膠衣。制作時采用噴涂法，在局部無噴涂條件時，也可采用刷涂法。
膠衣可分層噴涂，但外層顏色應為軍綠色。然后進行增強層的制作。在模具內表面開始糊制層玻璃纖維氈，糊好之后再糊一層玻璃纖維布，待其固化后，將經過除銹處理的鋼材框架放置在模具內，再按上述步驟糊制3―5層玻璃纖維氈和玻璃纖維布。糊制時，應將鋼材構件用玻璃纖維布包覆起來并用夾具適當固定好。糊好的玻璃纖維氈和布與鋼材構件應包覆緊密，中間不得留有氣泡，如圖3所示。待固化完成之后，再分別糊制底板、端板和側板上的縱橫向加強筋(如圖4所示)。加強筋的芯材為梯形或帽形截面的泡沫塑料，加強筋應與鋼材框架上設置的鋼肘板相連。
甲板面與底板、端板和側板面在糊制過程中的不同之處在于：只須將鋼材構件換成必要的鋼材舾裝件，在甲板的四周適當位置用玻璃纖維布和氈包覆起來。
在底板、端板和側板與框架糊制好并固化之后脫模（如圖5所示），用玻璃纖維絲浸取樹脂將固化好的甲板面與甲板下舷緣角鋼、端板和側板粘好，把甲板面對正壓好，上面再壓上重物（如圖6所示）。待完全固化好之后，再把承壓面板與舷緣角鋼粘接起來。
后對方舟模型進行表面處理（如圖7所示），包括打磨和拋光兩道工序。打磨時分別采用不同標號的水砂紙按從低標號到高標號的順充反復嚴格打磨。拋光時用拋光機進行粗拋光和精細拋光。
(3)試驗驗證
按照上述工藝制作的方舟模型（縮小為原型的1/4）制作完成后，還需要進行相互間的連接互換性試驗。文獻[3]介紹了將方舟模型相互連接后進行試驗研究的情況，試驗結果與理論計算結果吻合較好。
2 結論
(1)在當前以鋼材等傳統結構材料為主研制帶式舟橋的形勢下，應充分利用玻璃鋼和鋼材這兩種材料的優點根據現行帶式舟橋的結構特點，彩玻璃鋼/鋼復合結構研制新型帶式舟橋。
(2)以帶式舟橋模型的制作工藝為例，提出并實現了玻璃鋼/鋼復合結構的工藝設計方案。
(3)按上述方案生產的方舟模型經試驗驗證，結果可靠，表明傳統的手糊成型工藝不僅方便而且可行，對促進玻璃鋼在舟橋器材中的應用具有指導意義。
帶式舟橋是一種舟、桁、板合一的結構形式，它由浮游橋腳、承重結構、載面部分三位一體組成，是一種比較先進的舟橋結構形式。其結構特點為：1總體結構形式較簡單，河中部分直接由一系列箱形浮體組成，整個浮橋結構基本可以簡化為只需解決單個箱形浮體的承載與連接等問題。2浮橋在架設中不需要預先結合橋節，只需要在橋軸線上依次接長橋段。3箱形浮體的整個橫斷面都參加工作，因而浮橋的垂直剛度很大，承載面部分很寬闊。這些結構特點決定了設計帶式連接的設計計算問題即可。
帶式舟橋基本、重要的結構是縱向承重結構?，F行的鋼質四折帶式舟橋的縱向承重結構布置在兩個中間舟節（方舟）上，可與鄰近的方舟在橋長方向連接，邊舟（尖舟）主要用來增加排水量、提高浮橋的穩定性和增大浮橋的車行部寬度。
1 玻璃鋼/鋼復合結構帶式舟橋方舟的制作工藝
1.1 玻璃鋼/鋼復合結構
玻璃鋼作為一種新型的復合材料，具有質量輕、比強度高、成型方便、而腐蝕、幾乎不需維護保養等優點，這些都是金屬等傳統材料所無法比擬的。玻璃鋼制品一般采用手糊成型工藝，這種工藝具有設備投資少、見效快、制品尺寸不受限制、生產技術易掌握等獨特優點，應用廣泛，在我國大多數玻璃鋼生產企業中一直是一種主要的成型工藝，目前約占70%。
文獻[2-3]提出了研制帶式舟橋可以彩玻璃鋼/鋼復合結構的形式，即帶式舟橋的主要受力構件和箱體與箱體之間的連接構件必須彩高強鋼格，殼板和加強筋可以彩質量輕得多的玻璃鋼，以減輕結構質量，充分利用玻璃鋼和鋼材這兩 種材料的優點。
帶式舟橋的受力主體是主舟，為實現上述結構形式，可作如下考慮（如圖1所示），即縱橫向連接件、舟體的周邊舷緣角鋼和底板主龍骨仍然沿用原有的結構形式和材料；舟體的殼板全部采用玻璃鋼，殼板上的縱橫向加強筋的數量及其間隔距離與鋼質帶式舟橋完全相同；加強筋的芯材采用泡沫塑料，外包玻璃纖維布與殼板一起成型。
為使舟體的負構件和玻璃鋼構件及加強筋能更好地共同工作，在舟體縱向鋼權件（即舟體縱向上、下舷緣角鋼、底板主龍骨）上，按加強筋的間隔距離要求焊接鋼肘板，將縱向主要受力權件上的力順利傳遞到舟體殼板上，實現相互之間的共同工作。
作為承載面的甲板，由于不允許出現較大的撓度，應在甲板下布設加強筋來解決。
1.2 工藝設計方案
對玻璃鋼制品的外觀和強度影響大的就是工藝設計和制作過程。對于方舟的工藝設計來說，應分別設計一個方舟鋼骨架的焊接胎架，一個方舟側板、端板和底板的糊制模具和一個方舟甲板的糊制模具。方舟甲板另行設計一個糊制模具主要是便于安裝鋼骨架并將之與各殼板連接。
在制作時，先將方舟鋼骨架在焊接胎架上焊接成整體框架，然后將該整體框架準確放置在方舟側板、端板和底板的糊制模具內，進行方舟側板、端板和底板的糊制。在手糊成型時，一定要將鋼骨架糊制在玻璃鋼殼板內，同時將加強筋與玻璃鋼殼板糊制在一起。與此同時利用方舟甲板糊制模具進行進方舟甲板的糊制后，后將方舟甲板整體粘接到方舟的其它殼板上。
加強筋在糊制地，與玻璃鋼板材一起包覆層壓成型，但在包覆后一層玻璃織物時，往往會因其收縮拉緊而在折邊翹起，，導致粘合不好。解決辦法是：在包覆后一層玻璃織物時將加強筋的頂部切開，然后重疊復合。
1.3 玻璃鋼殼板制作的工藝要求
(1)主要材料
鋼材：主龍骨和舷緣角鋼等構件采用902鋼，縱向接頭(包括單、雙支耳及單銷)采用30CrMnSi。
玻璃鋼：增強材料采用無堿玻璃纖維氈和無堿玻璃纖維布，常州二五三廠生產；樹脂采用189號不飽和聚酯樹脂，常州玻璃鋼造船廠生產。
泡沫塑料：選用硬而不脆的泡沫塑料。泡沫塑料對提高加強筋的剛性沒有直接影響，但能較好地防止腹板壓曲，并且成型時的粘合性能好，能準確地固定加強筋形狀。
(2)配方及輔材
纖維布和樹脂的配比為1：1(質量比)，引發劑(糊狀環己酮)的質量分數為4％，促進劑(環烷酸鈷)的質量分數為1％ ～4％(視環境溫度而定，溫度高則少加，溫度低則多加)。
(3)生產過程中的要求
①樹脂和纖維的比例分配應該是在殼板的表面樹脂要多(便于粘接)，中間要少(保證強度高)。
②布層在敷設中要使纖維呈繃緊狀態，表面平整，纖維氈和布中間的氣泡要趕出。
③在天氣比較炎熱、氣溫較高的環境條件下，促進劑可以少放一點。
④鋼構件的表面要除銹(可用丙酮清洗一遍)。
⑤鋼構件與纖維的包覆要緊密，中間不得留有氣泡。
⑥為保證質量，要求生產車間的溫度不得低于15℃，濕度不得大于75％ 。
1.4 結構制作過程
先加工高強鋼骨架部分，然后在常州玻璃鋼造船廠制作玻璃鋼殼板和加強筋。制作時采用手糊成型工藝。
(1)模具制作
糊制方舟殼板時，應先制作模具，模具的材料以木材為主。先根據方舟的圖紙將外廓尺寸進行適當放大(其中，端板和側板還需做成具有一定斜度，以便于脫模)，設計出模具圖紙，制作木質模坯骨架。然后按模具圖紙放樣，用三合板或五合板等材料制成方舟各個殼板的樣板。根據方舟殼板的樣板做出不同的木質筋板有機排列組裝在模坯骨架上，骨架要固定在加工平臺上。然后對模具進行表面處理，并進行光照檢查，發現不平順之處，盡早采取相應措施找平。在開始糊制前，應將模具表面擦干凈，然后用干凈柔軟的紗布浸取適量脫模蠟，在模具內表面均勻涂抹，過一段時間后再用潔凈紗布用力打光，如此反復3～5次。如圖2所示。
(2)玻璃鋼殼板糊制
在模具制作完成并晾干后，按照工藝設計方案分別糊制玻璃鋼底板、端板和側板面，以及甲板面。糊制上述殼板時，先應制作膠衣。制作時采用噴涂法，在局部無噴涂條件時，也可采用刷涂法。
膠衣可分層噴涂，但外層顏色應為軍綠色。然后進行增強層的制作。在模具內表面開始糊制層玻璃纖維氈，糊好之后再糊一層玻璃纖維布，待其固化后，將經過除銹處理的鋼材框架放置在模具內，再按上述步驟糊制3―5層玻璃纖維氈和玻璃纖維布。糊制時，應將鋼材構件用玻璃纖維布包覆起來并用夾具適當固定好。糊好的玻璃纖維氈和布與鋼材構件應包覆緊密，中間不得留有氣泡，如圖3所示。待固化完成之后，再分別糊制底板、端板和側板上的縱橫向加強筋(如圖4所示)。加強筋的芯材為梯形或帽形截面的泡沫塑料，加強筋應與鋼材框架上設置的鋼肘板相連。
甲板面與底板、端板和側板面在糊制過程中的不同之處在于：只須將鋼材構件換成必要的鋼材舾裝件，在甲板的四周適當位置用玻璃纖維布和氈包覆起來。
在底板、端板和側板與框架糊制好并固化之后脫模（如圖5所示），用玻璃纖維絲浸取樹脂將固化好的甲板面與甲板下舷緣角鋼、端板和側板粘好，把甲板面對正壓好，上面再壓上重物（如圖6所示）。待完全固化好之后，再把承壓面板與舷緣角鋼粘接起來。
后對方舟模型進行表面處理（如圖7所示），包括打磨和拋光兩道工序。打磨時分別采用不同標號的水砂紙按從低標號到高標號的順充反復嚴格打磨。拋光時用拋光機進行粗拋光和精細拋光。
(3)試驗驗證
按照上述工藝制作的方舟模型（縮小為原型的1/4）制作完成后，還需要進行相互間的連接互換性試驗。文獻[3]介紹了將方舟模型相互連接后進行試驗研究的情況，試驗結果與理論計算結果吻合較好。
2 結論
(1)在當前以鋼材等傳統結構材料為主研制帶式舟橋的形勢下，應充分利用玻璃鋼和鋼材這兩種材料的優點根據現行帶式舟橋的結構特點，彩玻璃鋼/鋼復合結構研制新型帶式舟橋。
(2)以帶式舟橋模型的制作工藝為例，提出并實現了玻璃鋼/鋼復合結構的工藝設計方案。
(3)按上述方案生產的方舟模型經試驗驗證，結果可靠，表明傳統的手糊成型工藝不僅方便而且可行，對促進玻璃鋼在舟橋器材中的應用具有指導意義。
