关键词：浮船 钢管砼 复合钢管砼
一、浮桥船的特点
跨海浮桥主要是采用船作桥，将船纵向逐一串联，利用船的甲板作桥面行车道。浮桥船是利用船的浮力原理，不是用于航行，实际是囤船或浮箱，只起承载作用。作浮桥使用的船，不同于航行船舶需要定期的维修和防护，必须具有耐久性，以减少经常防护和维修的麻烦，提高经济效益。浮桥船有四大特点，一是完成桥梁行车的承载作用，二是海洋潮位和风浪作用下的稳定、强度和安全可靠性，三是制造的TRANBBS技术和经济合理性，四是耐久性和维修防护的方便。
二、浮船构造
1、船形
浮桥作用浮船的船舱空间无使用要求，可自由纵、横向设置加劲桁架，同囤船的形式和特点。浮船平面是长度和宽度都很大的长方形，长度150m，宽度40m，以满足行车道和防浪设施的需要，增加浮船的稳定性，减少浮船的连接和伸缩缝。行车道宽度大，可避免TRANBBS交通事故的行车阻塞，加大船宽能增加稳定性。船的两侧作成流线形，斜面上便于设置防浪设施，破浪的效果较好。船的最大高度4.5m，吃水深度2.2 m。
2、结构
浮船为扁平箱形，浮力巨大，稳定性很好，制造简便。上半部甲板采用
3、设置
桥面车道设2%的双向横坡，以利及时排除积水。桥面铺
4、防护
浮船的耐久问题很关键，为加强船体钢板的防护，外表面焊接锚固钢筋，采用
三、浮船受力的特点
1、 波浪
船的受力特点是浮力作用，船体浮力为均匀荷载，均衡的荷载在纵向不会产生内力，橡皮艇承载即是实例。波浪的波峰和波谷水位变化，船的浮力变为非均衡荷载，会引起船体纵向产生内力变化。波浪的波峰、波谷和波长大小，表现出波浪的大小，波浪大的波长长。
波长的计算方法λo=10.8(ho)*0..8
琼州海峡最大浪高ho=
λo=10.8x(3.30)* 0..8=
波浪的破坏力量很大，是一种荷载作用力，船体的龙骨和总纵弯曲刚度，起到平衡内、外荷载的作用。浮桥船的长和宽度都大于波浪的波长，稳定性很好，可按波浪的波长计算出波浪对船体的影响力。
1、 车辆活载
在车辆集中活载作用下的船体需作纵、横向加劲，以分散和传递集中活载，总纵向弯曲刚度应满足集中活载变化产生的内力需要。船体全长承受较均匀荷载时，荷载被船体浮力平衡，纵向产生的内力较小。船体局部长度承受较集中荷载时，应该按船体长度
2、 风力
琼州海峡受台风的影响严重，瞬间最大风力12级，8级大风全年仅有6天时间，10级大风全年仅2天时间。台风的破坏力量很大，是严重的自然灾害，无法抗拒，只能防避。台风到来时，需要封闭交通。风力对浮桥的影响，可设桩基或抛锚作定位和平衡稳定。锚拉链条长度受潮位变化的影响，在船上设置转向定滑轮和吊重能够自动调整。浮船的高度为
四、整体内力和强度
1、 波浪
⑴ 纵向
波浪对浮船只是局部的作用力，将半个波长的波峰浮力加大作为船体平衡稳定力，波谷浮力减小值作为船体加载外力计算。
波谷浮力为抛物线形，简化成具有相同固端支座弯矩的等效均布荷载。
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船体总纵向弯曲：船体钢板按钢与砼的弹性模量比例换算为砼截面，n=20/3=6.67。
按容许应力：I=
正弯矩：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
负弯矩：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单片纵向加劲桁架弯曲：钢管(Ø200x
正弯矩：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
负弯矩：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
钢管(Ø200x
船体钢材强度N1=(1/1.25) x 70.8x340=1925.8 kn
外包钢筋砼强度N2=(1/1.25)x (30x55-0.7854x20²)x23=245.8 kn
复合钢管砼强度[N]= N0+ N1+ N2=2251.34+1925.8+245.8=4422.94 kn> N下= -378.33 kn
⑵ 横向
①桥面的波浪水压
浮桥形似路堤，波浪冲向船侧斜坡面的爬升高度，即波浪的侵袭高度。当浪高小于
h m =3.2 K h0 tgα 斜坡粗糙程度系数K=0.45 波浪全高h 0 斜坡角度α
h m =3.2x0.45x3.3x0.67=
波浪的侵袭高度低于护栏高度，但是采用的公式不适合，实际浪高大于
q=3.50x3.6 x 10=126 kn/m
②浮船的稳定性
由于波浪的波长λo=
2、风力
瞬间最大风力12级，10级大风较少，8级大风较多。以最大波浪高
基本风压W0=1300pa K1=1.0 K2=1.0 K3=1.0 K4=1.3
横向风压W= K1 K2 K3 K4W0=1.0x1.0x1.0x1.3x1300=1690 pa
横向风力Q=3.6xW=3.6x1690=6084 pa / m
浮船需要锚固力H=150x6084=912.6 kn
按
锚索拉力F=304.2/Sin45º=430.2kn
吊重G= H= 304.2kn
3、车辆
在半个波长上布置车辆活载，按固端支承计算正、负弯矩，考虑活载横向偏心的影响使计算内力加大。平板挂车—120的荷载分布最为集中，对内力影响最大，由总纵向弯曲刚度分散和传递到船体。
⑴ 横向
四列车最大横向偏载增大系数η=1.2551
⑵ 纵向
全船按半个波谷长度
单列车qE=3P/（2* l）=3x120/(2x75)=2.4kn/m
四列车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
车辆荷载作用产生的内力，小于波浪对浮船的内力影响。
五、局部荷载
1、 船体
浮船一般吃水深度h=
最大浪高的吃水深度h=2.2+3.3=
考虑翻漫护栏的吃水深度h=2.2+2+1.6=
船体加劲肋(T200x100x
船板和加劲肋厚度δ=
按连续加劲肋板计算：
⑴ 不计浪高的吃水深度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 考虑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
船体加劲肋板为正交异性板，船板的张力起重要作用，本简化计算未加考虑。
按工字形断面和容许应力计算I=
W上=
正弯矩：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
负弯矩：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、 船体横向加劲肋 钢管(Ø200x
纵向加劲桁架间距L=
反力荷载：⑴ 不计浪高的吃水深度R=30 kn
⑵ 考虑最大浪高的吃水深度R=87 kn
按连续梁算：
⑴ 不计浪高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 考虑最大浪高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
按钢筋砼计算：
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
支点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截面满足要求。
Q=0.038Rl bh0=0.038x2.15x30x46.8=115kn < R= 130.5kn应将箍筋加强。
3、纵加劲桁架
纵加劲桁架下弦杆支承船板加劲肋，作为板桁的弦杆要满足弯矩作用的需要。
加劲桁架下弦杆横梁的支承间距L=
反力荷载：⑴ 不计浪高的吃水深度R=99 kn
⑵ 考虑最大浪高的吃水深度R=261 kn
按连续梁计算：
⑴ 不计浪高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 考虑最大浪高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
支点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截面满足要求。
Q=0.038Rl bh0=0.038x2.15x30x66.4=162.7kn > R= 261kn设弯起钢筋作斜截面抗拉。
3、 钢筋砼桥面板
纵加劲桁架上弦杆为钢筋砼桥面板，作为板桁结构的上弦杆要满足弯矩作用的需要。
⑴ 恒载
钢筋砼桥面板厚度
按连续板计算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 活载
钢筋砼桥面板按单向板考虑，以挂车--120四列车轮确定计算板宽。
板宽a=a1+d+L/3=0.8+2.70+4.50/3=
每米板宽荷载P=2x300/5=120kn
单个荷载p=120/2=60 kn
按连续板计算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 荷载组合
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
支点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截面满足要求。
Q=0.038Rl bh0=0.038x2.15x100x26.2=214.1kn > Rj= 93kn不需作斜截面抗剪计算，按正、负弯矩起弯钢筋。
⑷ 船侧斜面钢筋砼板
船侧斜面上波浪的侵袭水压高度，以此水压力计算对钢筋砼板的影响。
恒载q=0.6 x 25=15 kn/m，水压力q=3.6 x 10=36 kn/m，总荷载q=15+36=51 kn/m。
按连续板计算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
内力小于桥面板，配筋相同。
4、 横向加劲桁架
一般船舶的特点是横向侧压力大，采用框架的加劲形式。浮桥船为扁平箱形，很适合采用加劲桁架形式。横向加劲桁架的上、下弦杆，要满足车辆和水压弯矩作用的需要。
⑴上弦杆 钢管(Ø200x
横向加劲桁架间距L=
按连续板计算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
支点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截面满足要求。
Q=0.038Rl bh0=0.038x2.15x30x49=120.1kn< R=279kn将钢筋下弯起作斜截面抗拉。
⑵下弦杆 钢管(Ø200x
横向加劲桁架间距L=
⑵ 考虑最大浪高的吃水深度R=87 kn
按连续梁算：
① 不计浪高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 考虑最大浪高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
支点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截面满足要求。
Q=0.038Rl bh0=0.038x2.15x30x46.8=115kn < R= 217.5kn船体加劲肋起弯起钢筋的作用。
⑶ 船侧 上弦杆钢管(Ø200x
荷载q=2 x114.75=229.5 kn/ m
按连续板计算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
支点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截面满足要求。
Q=0.038Rl bh0=0.038x2.15x30x46=112.7kn< R=401.6kn设弯起钢筋作斜截面抗拉。
⑷ 侧锚吊重荷载
船侧的抗风锚平衡吊重P=304.2 kn
船侧横向加劲桁架弯矩M=-PL=-304.2x3.50=1064.7 kn-m
Q=304.2 kn
船侧横向加劲桁架端部的弯矩和剪力都很大，很适合采用
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截面满足要求。
Q=0.038Rl bh0=0.038x2.15x30x414=1015kn> Qj=304.2 kn不需作斜截面抗剪计算。
5、 加劲桁架腹杆
⑴ 横向加劲桁架腹杆
横向加劲桁架腹杆的作用，主要是传递桥面重量和车辆活载压力，并分散至船体。
加劲桁架节点集中力：桥面及活载P=99.75x2x3=598.5kn
上弦杆自重P=0.40²x3x25=12kn
合力P=598.55+12=610.5kn
腹杆压力N=P/2 COSα=610.5/(2x0.8201)=375.211kn
钢管(Ø160x
稳定系数φ1=1-0.115√¯(l0/D-4)= 1-0.115√¯(345/16-4)=0.581
受压稳定强度[N]=φ1 N0=0.518x1689.24=875.03 kn>Nj=375.211kn
⑵ 纵向加劲桁架腹杆 钢管(Ø160x
纵向波浪荷载作用的剪力Q=889.257/6=148.262 kn
单片桁架腹杆的N=P/ COSα=148.262/0.9055=163.742kn
纵向加劲桁架腹杆的作用，也是传递桥面重量和车辆活载压力，并分散至船体。
加劲桁架节点集中力：桥面及活载P=99.75x2x3=598.5kn
上弦杆自重P=0.40²x3x25=12kn
合力P=598.55+12=610.5kn
腹杆压力N=P/2 COSα=610.5/(2x0.9055)=337.107kn
同⑴钢管(Ø160x
六、工程数量
1、 沥青砼
2、 钢材：钢板733吨，钢管281吨，型钢405吨，钢筋546吨，预应力钢绞线14吨，联接和锚固钢件21吨，总重量2000吨。
七、结束语
浮船采用材料和结构力学的原理及方法，对整体和局部的内力简化计算，物理概念明确，方法简便。还可采用计算机和程序作仿真分析，作进一步的优化设计。跨海浮桥船方案的控制计算结果说明，浮船的整体和局部内力都不大，结构的安全可靠性能好。采用钢与砼相结合的形式，材料用量合理，耐久性好，施工简便，经济实用，是跨海浮桥的较好形式。
