關鍵詞：浮船 鋼管砼 復合鋼管砼
一、浮橋船的特點
跨海浮橋主要是采用船作橋，將船縱向逐一串聯，利用船的甲板作橋面行車道。浮橋船是利用船的浮力原理，不是用于航行，實際是囤船或浮箱，只起承載作用。作浮橋使用的船，不同于航行船舶需要定期的維修和防護，必須具有耐久性，以減少經常防護和維修的麻煩，提高經濟效益。浮橋船有四大特點，一是完成橋梁行車的承載作用，二是海洋潮位和風浪作用下的穩定、強度和安全可靠性，三是制造的TRANBBS技術和經濟合理性，四是耐久性和維修防護的方便。
二、浮船構造
1、船形
浮橋作用浮船的船艙空間無使用要求，可自由縱、橫向設置加勁桁架，同囤船的形式和特點。浮船平面是長度和寬度都很大的長方形，長度150m，寬度40m，以滿足行車道和防浪設施的需要，增加浮船的穩定性，減少浮船的連接和伸縮縫。行車道寬度大，可避免TRANBBS交通事故的行車阻塞，加大船寬能增加穩定性。船的兩側作成流線形，斜面上便于設置防浪設施，破浪的效果較好。船的最大高度4.5m，吃水深度2.2 m。
2、結構
浮船為扁平箱形，浮力巨大，穩定性很好，制造簡便。上半部甲板采用
3、設置
橋面車道設2%的雙向橫坡，以利及時排除積水。橋面鋪
4、防護
浮船的耐久問題很關鍵，為加強船體鋼板的防護，外表面焊接錨固鋼筋，采用
三、浮船受力的特點
1、 波浪
船的受力特點是浮力作用，船體浮力為均勻荷載，均衡的荷載在縱向不會產生內力，橡皮艇承載即是實例。波浪的波峰和波谷水位變化，船的浮力變為非均衡荷載，會引起船體縱向產生內力變化。波浪的波峰、波谷和波長大小，表現出波浪的大小，波浪大的波長長。
波長的計算方法λo=10.8(ho)*0..8
瓊州海峽最大浪高ho=
λo=10.8x(3.30)* 0..8=
波浪的破壞力量很大，是一種荷載作用力，船體的龍骨和總縱彎曲剛度，起到平衡內、外荷載的作用。浮橋船的長和寬度都大于波浪的波長，穩定性很好，可按波浪的波長計算出波浪對船體的影響力。
1、 車輛活載
在車輛集中活載作用下的船體需作縱、橫向加勁，以分散和傳遞集中活載，總縱向彎曲剛度應滿足集中活載變化產生的內力需要。船體全長承受較均勻荷載時，荷載被船體浮力平衡，縱向產生的內力較小。船體局部長度承受較集中荷載時，應該按船體長度
2、 風力
瓊州海峽受臺風的影響嚴重，瞬間最大風力12級，8級大風全年僅有6天時間，10級大風全年僅2天時間。臺風的破壞力量很大，是嚴重的自然災害，無法抗拒，只能防避。臺風到來時，需要封閉交通。風力對浮橋的影響，可設樁基或拋錨作定位和平衡穩定。錨拉鏈條長度受潮位變化的影響，在船上設置轉向定滑輪和吊重能夠自動調整。浮船的高度為
四、整體內力和強度
1、 波浪
⑴ 縱向
波浪對浮船只是局部的作用力，將半個波長的波峰浮力加大作為船體平衡穩定力，波谷浮力減小值作為船體加載外力計算。
波谷浮力為拋物線形，簡化成具有相同固端支座彎矩的等效均布荷載。
qE=4q/5=4x1.65x10/5=13.2kn/m
Mmax=b qEl²/24=39.6x13.2x14.035²/24=4290.25 kn-m
M=- b qEl²/24=-39.6x13.2x14.035²/12=- 8580.50 kn-m
R= b qEl/2=39.6x13.2x14.035/2= 889.257 kn
①船體總縱向彎曲：船體鋼板按鋼與砼的彈性模量比例換算為砼截面，n=20/3=6.67。
按容許應力：I=
正彎矩：σ上=-M/W=-4290.25/45.3161= -0.10mpa < [σ]=17.5 mpa
σ下=M/W=4290.25/31.7212=0.14mpa<[σ]=180mpa
負彎矩：σ下= -M/W=-8580.50/31.7212=-0.27mpa < [σ]=17.5 mpa
σ上=M/W=8580.50/45.3161=0.19mpa<[σ]=180mpa
②單片縱向加勁桁架彎曲：鋼管(Ø200x
正彎矩：N = Mmax/H=4290.25/6x3.78=189.16 kn
σ上= -N/A=-189.16/0.09= -2.1 mpa < [σ]=17.5 mpa
σ下= N/A=189.16/0.0107=17.7 mpa<[σ]=180mpa
負彎矩：N = M/H=8580.50/6x3.78=378.33 kn
σ上= N/A=378.33/0.00362=104.5 mpa<[σ]= 180mpa
N下= -378.33 kn
鋼管(Ø200x
船體鋼材強度N1=(1/1.25) x 70.8x340=1925.8 kn
外包鋼筋砼強度N2=(1/1.25)x (30x55-0.7854x20²)x23=245.8 kn
復合鋼管砼強度[N]= N0+ N1+ N2=2251.34+1925.8+245.8=4422.94 kn> N下= -378.33 kn
⑵ 橫向
①橋面的波浪水壓
浮橋形似路堤，波浪沖向船側斜坡面的爬升高度，即波浪的侵襲高度。當浪高小于
h m =3.2 K h0 tgα 斜坡粗糙程度系數K=0.45 波浪全高h 0 斜坡角度α
h m =3.2x0.45x3.3x0.67=
波浪的侵襲高度低于護欄高度，但是采用的公式不適合，實際浪高大于
q=3.50x3.6 x 10=126 kn/m
②浮船的穩定性
由于波浪的波長λo=
2、風力
瞬間最大風力12級，10級大風較少，8級大風較多。以最大波浪高
基本風壓W0=1300pa K1=1.0 K2=1.0 K3=1.0 K4=1.3
橫向風壓W= K1 K2 K3 K4W0=1.0x1.0x1.0x1.3x1300=1690 pa
橫向風力Q=3.6xW=3.6x1690=6084 pa / m
浮船需要錨固力H=150x6084=912.6 kn
按
錨索拉力F=304.2/Sin45º=430.2kn
吊重G= H= 304.2kn
3、車輛
在半個波長上布置車輛活載，按固端支承計算正、負彎矩，考慮活載橫向偏心的影響使計算內力加大。平板掛車—120的荷載分布最為集中，對內力影響最大，由總縱向彎曲剛度分散和傳遞到船體。
⑴ 橫向
四列車最大橫向偏載增大系數η=1.2551
⑵ 縱向
全船按半個波谷長度
單列車qE=3P/（2* l）=3x120/(2x75)=2.4kn/m
四列車Mmax=ηb qEl²/24=1.2551x4x2.4x75²/24=2824 kn-m
M=-ηb qEl²/24=-1.2551x4x2.4x75²/12=-5648 kn-m
R= b qEl/2=4x2.4 x 75/2= 360 kn
車輛荷載作用產生的內力，小于波浪對浮船的內力影響。
五、局部荷載
1、 船體
浮船一般吃水深度h=
最大浪高的吃水深度h=2.2+3.3=
考慮翻漫護欄的吃水深度h=2.2+2+1.6=
船體加勁肋(T200x100x
船板和加勁肋厚度δ=
按連續加勁肋板計算：
⑴ 不計浪高的吃水深度Mmax= ql²/24=20x1.50²/24=1.875 kn-m
M=-ql²/24=-20x1.50²/12=-3.75 kn-m
R=ql/2=20 x1.50/2=15 kn
⑵ 考慮最大浪高的吃水深度Mmax= ql²/24=58x1.50²/24=5.438 kn-m
M=-ql²/24=-58x1.50²/12=-10.875 kn-m
R=ql/2=58 x1.50/2=43.5 kn
船體加勁肋板為正交異性板，船板的張力起重要作用，本簡化計算未加考慮。
按工字形斷面和容許應力計算I=
W上=
正彎矩：σ上=M/W=5.438/0.0000693=78.5mpa<[σ]=180mpa
σ下=-M/W=-5.438/0.000242= -22.5mpa < [σ]=180 mpa
負彎矩：σ下=M/W=10.875/0.000242=44.9mpa>[σ]=180mpa
σ上= -M/W=-10.875/0.0000693=-156.9mpa < [σ]=180 mpa
τ= R/bh=43.5/0.20x0.024=43.5/0.0048=9.1mpa<[τ]=120mpa
2、 船體橫向加勁肋 鋼管(Ø200x
縱向加勁桁架間距L=
反力荷載：⑴ 不計浪高的吃水深度R=30 kn
⑵ 考慮最大浪高的吃水深度R=87 kn
按連續梁算：
⑴ 不計浪高Mmax=[(n²+2)/24n ]Pl =[(3²+2)/24x3 ]x30x6==27.5 kn-m
M=-[(2n²+1)/24n ]Pl =[(2x3²+1)/24x3 ]x30x6=-47.5 kn-m
R= (n/2) P =(3/2)x30=49.50 kn
⑵ 考慮最大浪高Mmax=[(n²+2)/24n ]Pl =[(3²+2)/24x3 ]x87x6=79.75 kn-m
M=-[(2n²+1)/24n ]Pl =[(2x3²+1)/24x3 ]x87x6=-137.75 kn-m
R= (n/2) P =(3/2)x87=130.5 kn
按鋼筋砼計算：
跨中X=RgAg/Rab=340x36.2/23x30=
M=(1/γc)RabX(h0–X/2)+(1/γs)R´gA´g(h0–a´g)=(1/1.25)x23x30x17.8x(40–17.8/2)+ (1/1.25) x340x36x(40–8.6)= 613.045 kn-m > Mj=79.75 kn-m
支點X=RgAg/Rab=340x48/23x30=
M=(1/γc)RabX(h0–X/2)+(1/γs)R´gA´g(h0–a´g)=(1/1.25)x23x30x17.8x(46.4–17.8/2)+ (1/1.25) x340x36.2x(46.4–15)=677.64 kn-m > Mj=-137.75 kn-m
Q=0.051√¯R bh0=0.051√¯40x30x46.4=449 kn > R= 130.5kn截面滿足要求。
Q=0.038Rl bh0=0.038x2.15x30x46.8=115kn < R= 130.5kn應將箍筋加強。
3、縱加勁桁架
縱加勁桁架下弦桿支承船板加勁肋，作為板桁的弦桿要滿足彎矩作用的需要。
加勁桁架下弦桿橫梁的支承間距L=
反力荷載：⑴ 不計浪高的吃水深度R=99 kn
⑵ 考慮最大浪高的吃水深度R=261 kn
按連續梁計算：
⑴ 不計浪高Mmax=[(n²-1)/(24n) ]Pl =[(2²-1)/(24x2) ]x99 x4.5=27.844 kn-m
M=-[(2n²+1)/(24n) ]Pl =[(2x2²+1)/(24x2) ]x99 x4.5=-83.531 kn-m
R= (n/2) P =(2/2)x99=99 kn
⑵ 考慮最大浪高Mmax=[(n²-1)/(24n) ]Pl =[(2²-1)/(24x2) ]x261x4.5=73.41 kn-m
M=-[(2n²+1)/(24n) ]Pl =[(2x2²+1)/(24x2) ]x261x4.5=-220.22 kn-m
R= (n/2) P =(2/2)x261=261 kn
跨中X=RgAg/Rab=340x36.2/23x30=
M=(1/γc)RabX(h0–X/2)+(1/γs)R´gA´g(h0–a´g)=[(1/1.25)x23x30x17.8x(65–17.8/2)+ (1/1.25) x340x36x(65–8.6)]/1000=1103.49 kn-m > Mj=73.41 kn-m
支點X=RgAg/Rab=340x36/23x30=
M=(1/γc)RabX(h0–X/2)+(1/γs)R´gA´g(h0–a´g)=(1/1.25)x23x30x17.7x(80–17.7/2)+ (1/1.25) x340x36.2x(80–15)= 1335.18 kn-m > Mj=-220.22 kn-m
Q=0.051√¯R bh0=0.051√¯40x30x66.4=642.5 kn > R= 261kn截面滿足要求。
Q=0.038Rl bh0=0.038x2.15x30x66.4=162.7kn > R= 261kn設彎起鋼筋作斜截面抗拉。
3、 鋼筋砼橋面板
縱加勁桁架上弦桿為鋼筋砼橋面板，作為板桁結構的上弦桿要滿足彎矩作用的需要。
⑴ 恒載
鋼筋砼橋面板厚度
按連續板計算Mmax= ql²/24=10x4.50²/24=8.438 kn-m
M=-ql²/12=-10x4.50²/12=-16.875 kn-m
R=ql/2=10 x4.50/2=22.5 kn
⑵ 活載
鋼筋砼橋面板按單向板考慮，以掛車--120四列車輪確定計算板寬。
板寬a=a1+d+L/3=0.8+2.70+4.50/3=
每米板寬荷載P=2x300/5=120kn
單個荷載p=120/2=60 kn
按連續板計算Mmax=[(n²-1)/24n ] pl =[(2²-1)/24x2 ]x60 x4.5=16.875 kn-m
M=-[(2n²+1)/24n ] pl =[(2x2²+1)/24x2 ]x60 x4.5=-50.625 kn-m
R= (n/2) p =(2/2)x60=60 kn
⑶ 荷載組合
Mmax=1.2x8.438+1.1x16.875=28.688 kn-m
M=-(1.2x16.875+1.1x50.625)=-75.938 kn-m
R= 1.2x22.5+1.1x60 = 93kn
跨中X=RgAg/Rab=340x25.4/23x100=
M=(1/γc)RabX(h0–X/2)+(1/γs)R´gA´g(h0–a´g)=(1/1.25)x23x100x3.8x(26.2–3.8/2)+ (1/1.25) x340x15.3x (26.2–3.9)=262.709 kn-m > Mj=28.688 kn-m
支點X=RgAg/Rab=340x25.1/23x100=
M=(1/γc)RabX(h0–X/2)+(1/γs)R´gA´g(h0–a´g)=(1/1.25)x23x100x3.8x(26.2–3.8/2)+ (1/1.25) x340x15.3x (26.2–3.9)=262.709kn-m > Mj=-75.938 kn-m
Q=0.051√¯R bh0=0.051√¯40x100x26.2=845.09 kn > R= 93kn截面滿足要求。
Q=0.038Rl bh0=0.038x2.15x100x26.2=214.1kn > Rj= 93kn不需作斜截面抗剪計算，按正、負彎矩起彎鋼筋。
⑷ 船側斜面鋼筋砼板
船側斜面上波浪的侵襲水壓高度，以此水壓力計算對鋼筋砼板的影響。
恒載q=0.6 x 25=15 kn/m，水壓力q=3.6 x 10=36 kn/m，總荷載q=15+36=51 kn/m。
按連續板計算Mmax= ql²/24=51x4.50²/24=43.03 kn-m< M=262.103 kn-m
M=-ql²/12=-51x4.50²/12=-86.06 kn-m< M=-262.103kn-m
R=ql/2=51 x4.50/2=114.75 kn< R=214.1kn
內力小于橋面板，配筋相同。
4、 橫向加勁桁架
一般船舶的特點是橫向側壓力大，采用框架的加勁形式。浮橋船為扁平箱形，很適合采用加勁桁架形式。橫向加勁桁架的上、下弦桿，要滿足車輛和水壓彎矩作用的需要。
⑴上弦桿 鋼管(Ø200x
橫向加勁桁架間距L=
按連續板計算Mmax= ql²/24=186x3²/24=69.75 kn-m
M=-ql²/12=-186x3²/12=-139.5 kn-m
R=ql/2=186 x3/2=279 kn
跨中X=RgAg/Rab=340x36.2/23x30=
M=(1/γc)RabX(h0–X/2)+(1/γs)R´gA´g(h0–a´g)=(1/1.25)x23x30x17.8x(40–17.8/2)+ (1/1.25)x340x29.5x(40–6)=578.4kn-m>Mj=69.75 kn-m
支點X=RgAg/Rab=340x24.5/23x30=
M=(1/γc)RabX(h0–X/2)+(1/γs)R´gA´g(h0–a´g)=(1/1.25)x23x30x12x(49–12/2)+ (1/1.25) x340x36.2x(49–15)= 619.61 kn-m > Mj=-139.5 kn-m
Q=0.051√¯R bh0=0.051√¯40x30x49=474.2 kn > R=279kn截面滿足要求。
Q=0.038Rl bh0=0.038x2.15x30x49=120.1kn< R=279kn將鋼筋下彎起作斜截面抗拉。
⑵下弦桿 鋼管(Ø200x
橫向加勁桁架間距L=
⑵ 考慮最大浪高的吃水深度R=87 kn
按連續梁算：
① 不計浪高Mmax=[(n²+2)/24n ]Pl =[(5²+2)/(24x5) ]x30x3==20.25 kn-m
M=-[(2n²+1)/24n ]Pl =[(2x5²+1)/(24x5) ]x30x3=-38.25 kn-m
R= (n/2) P =(5/2)x30=70 kn
② 考慮最大浪高Mmax=[(n²+2)/24n ]Pl =[(5²+2)/(24x5) ]x87x3=58.73 kn-m
M=-[(2n²+1)/24n ]Pl =[(2x5²+1)/(24x5) ]x87x3=-110.93 kn-m
R= (n/2) P =(5/2)x87=217.5 kn
跨中X=RgAg/Rab=340x36.2/23x30=
M=(1/γc)RabX(h0–X/2)+(1/γs)R´gA´g(h0–a´g)=(1/1.25)x23x30x17.8x(40–17.8/2)+ (1/1.25) x340x36x(40–8.6)= 613.045 kn-m > Mj=58.73 kn-m
支點X=RgAg/Rab=340x48/23x30=
M=(1/γc)RabX(h0–X/2)+(1/γs)R´gA´g(h0–a´g)=(1/1.25)x23x30x17.8x(46.4–17.8/2)+ (1/1.25) x340x36.2x(46.4–15)=677.64 kn-m > Mj=-110.93 kn-m
Q=0.051√¯R bh0=0.051√¯40x30x46.4=449 kn > R= 217.5kn截面滿足要求。
Q=0.038Rl bh0=0.038x2.15x30x46.8=115kn < R= 217.5kn船體加勁肋起彎起鋼筋的作用。
⑶ 船側 上弦桿鋼管(Ø200x
荷載q=2 x114.75=229.5 kn/ m
按連續板計算Mmax= ql²/24=229.5x3.50²/24=117.14 kn-m
M=-ql²/12=-229.5x3.50²/12=-234.28 kn-m
R=ql/2=229.5x3.50/2=401.6 kn
跨中X=RgAg/Rab=340x36.2/23x30=
M=(1/γc)RabX(h0–X/2)+(1/γs)R´gA´g(h0–a´g)=(1/1.25)x23x30x17.8x(35–17.8/2)+ (1/1.25)x340x24.5x(35–6)=449.7kn-m>Mj=117.14 kn-m
支點X=RgAg/Rab=340x24.5/23x30=
M=(1/γc)RabX(h0–X/2)+(1/γs)R´gA´g(h0–a´g)=(1/1.25)x23x30x12x(46–12/2)+ (1/1.25) x340x36.2x(46–15)= 570.2 kn-m > Mj=-234.28 kn-m
Q=0.051√¯R bh0=0.051√¯40x30x46=445.1 kn > R=401.6kn截面滿足要求。
Q=0.038Rl bh0=0.038x2.15x30x46=112.7kn< R=401.6kn設彎起鋼筋作斜截面抗拉。
⑷ 側錨吊重荷載
船側的抗風錨平衡吊重P=304.2 kn
船側橫向加勁桁架彎矩M=-PL=-304.2x3.50=1064.7 kn-m
Q=304.2 kn
船側橫向加勁桁架端部的彎矩和剪力都很大，很適合采用
X=(RgAg-R´gA´g)/Rab=(340x48.3 –340x36)/23x30=
M=(1/γc)RabX(h0–X/2)+(1/γs)R´gA´g(h0–a´g)=(1/1.25)x23x30x6x(414–6/2)+(1/1.25) x340x36x(414–6)=5356.4 kn-m > Mj=1064.7 kn-m
Q=0.051√¯R bh0=0.051√¯40x30x414=4006 kn> Qj=304.2 kn截面滿足要求。
Q=0.038Rl bh0=0.038x2.15x30x414=1015kn> Qj=304.2 kn不需作斜截面抗剪計算。
5、 加勁桁架腹桿
⑴ 橫向加勁桁架腹桿
橫向加勁桁架腹桿的作用，主要是傳遞橋面重量和車輛活載壓力，并分散至船體。
加勁桁架節點集中力：橋面及活載P=99.75x2x3=598.5kn
上弦桿自重P=0.40²x3x25=12kn
合力P=598.55+12=610.5kn
腹桿壓力N=P/2 COSα=610.5/(2x0.8201)=375.211kn
鋼管(Ø160x
穩定系數φ1=1-0.115√¯(l0/D-4)= 1-0.115√¯(345/16-4)=0.581
受壓穩定強度[N]=φ1 N0=0.518x1689.24=875.03 kn>Nj=375.211kn
⑵ 縱向加勁桁架腹桿 鋼管(Ø160x
縱向波浪荷載作用的剪力Q=889.257/6=148.262 kn
單片桁架腹桿的N=P/ COSα=148.262/0.9055=163.742kn
縱向加勁桁架腹桿的作用，也是傳遞橋面重量和車輛活載壓力，并分散至船體。
加勁桁架節點集中力：橋面及活載P=99.75x2x3=598.5kn
上弦桿自重P=0.40²x3x25=12kn
合力P=598.55+12=610.5kn
腹桿壓力N=P/2 COSα=610.5/(2x0.9055)=337.107kn
同⑴鋼管(Ø160x
六、工程數量
1、 瀝青砼
2、 鋼材：鋼板733噸，鋼管281噸，型鋼405噸，鋼筋546噸，預應力鋼絞線14噸，聯接和錨固鋼件21噸，總重量2000噸。
七、結束語
浮船采用材料和結構力學的原理及方法，對整體和局部的內力簡化計算，物理概念明確，方法簡便。還可采用計算機和程序作仿真分析，作進一步的優化設計?？绾８虼桨傅目刂朴嬎憬Y果說明，浮船的整體和局部內力都不大，結構的安全可靠性能好。采用鋼與砼相結合的形式，材料用量合理，耐久性好，施工簡便，經濟實用，是跨海浮橋的較好形式。
