黑龍江水系浮箱固冰通道

黑龍江水系浮箱固冰通道

檢驗暫行規(guī)定研究2014年7月

浮箱固冰通道系指由浮箱連接搭建的甲板能通行車輛且固置于冰中及淺灘上的特種船舶。浮箱包括專用雙體駁船以及用于搭建浮箱固冰通道的現(xiàn)有駁船。

本課題特指由多個具有舷伸甲板或連接橋甲板等過水結(jié)構(gòu)的雙體浮箱連接組成的結(jié)構(gòu)，對由駁船搭建的浮箱固冰通道將進行特殊說明。課題簡介浮箱固冰通道的組成單元即浮箱所處工況環(huán)境有冰封期、流冰期，目前我國尚無建造及檢驗浮箱的相關(guān)法規(guī)?！案∠涔瘫ǖ罊z驗暫行規(guī)定”可以為國內(nèi)黑龍江水系特別是中俄界河浮箱固冰通道的安全技術(shù)檢驗及管理提供具有科學、系統(tǒng)、完整的法律依托，為浮箱固冰通道的設(shè)計、建造、營運及管理提供科學實用的依據(jù)，以完善我國船舶檢驗規(guī)范體系。課題簡介一、浮箱固冰通道應(yīng)力試驗測試

二、浮箱體結(jié)構(gòu)暫行規(guī)定

三、浮箱固冰通道強度直接計算

四、跳板直接計算

五、浮箱固冰通道設(shè)備

六、浮箱浮態(tài)

內(nèi)容一、浮箱固冰通道應(yīng)力試驗測試通過對黑龍江現(xiàn)役浮箱固冰通道處于工作狀態(tài)時的應(yīng)力等數(shù)據(jù)的采集，掌握其應(yīng)力分布與受力特點，為有限元計算提供參考數(shù)據(jù)。試驗?zāi)康模?/p>

DH3817F數(shù)采數(shù)量：2個筆記本電腦數(shù)量：2臺應(yīng)變片 數(shù)量：若干片導線數(shù)量：800米

試驗設(shè)備及器材：

試驗地點：

黑龍江省同江市同輝浮箱固冰通道

試驗單位：

哈爾濱工程大學船舶與海洋工程力學研究所黑龍江海事局佳木斯船舶檢驗處試驗浮箱固冰通道主尺度

總長 22m船寬24.8m船長21.8m片體寬 6m片體間距17.2m吃水 0.4m型深 1.6m排水量 200T

試驗通車信息

序號類型方向車前通過浮橋時間車重(KG)車速（m/s）4貨車中—俄A456PY794月1日9:24232061.95貨車中—俄A8980E794月1日9:26189011.911貨車中—俄A207PT794月1日10:08250992.525貨車俄—中黑D352084月1日12:55375802.126貨車中—俄黑D351664月1日13:00398602.227貨車中—俄OM022KB1254月1日13:08208982.328貨車中—俄黑D351764月1日13:0940480529貨車俄—中黑D355214月1日13:1739480531貨車俄—中黑D382554月1日13:22377803.1通車圖片展示

試驗布點

試驗圖片展示

試驗數(shù)據(jù)

單位（Mpa）輛4拉應(yīng)力壓應(yīng)力車輛5拉應(yīng)力壓應(yīng)力車輛11拉應(yīng)力壓應(yīng)力測點14.52-4.83測點15.29-2.68測點14.91-5.16測點23.03-7.57測點22.65-9.5測點23.52-6.14測點35-9.02測點36.01-7.57測點35.57-2.14測點45.05-4.56測點43.19-3.73測點43.09-3.69測點519.39-3.06測點513.84-2.45測點54.02-1.23測點612.22-15.84測點68.93-18.63測點611.77-15.47測點78.26-11.43測點78.93-8.6測點78.55-8.02測點80.85-2.63測點80.94-2.84測點81.29-1.94測點924.63-3.86測點919.13-3.98測點91.17-6.91測點101.44-11.51測點101.35-11.04測點101.4-3.17測點1114.69-10.86測點1113.81-7.69測點1113.6-14.47測點128.81-8.66測點128.36-7.3測點127.02-11.86測點131.75-2.87測點131.93-2.97測點132.79-2.59測點1410.28-1.38測點1410.09-1.83測點1414.71-0.98車輛25拉應(yīng)力壓應(yīng)力車輛26拉應(yīng)力壓應(yīng)力車輛27拉應(yīng)力壓應(yīng)力測點15.21-4.41測點13.5-2.65測點15.37-3.45測點21.76-4.34測點22.22-3.63測點22.56-6.72測點33.84-3.54測點33.54-1.74測點35.55-4.83測點42.96-5.94測點42.21-2.69測點43.29-3.71測點52.39-1.68測點53.12-1.32測點510.36-1.89測點65.26-15.56測點67.28-8.75測點610.63-16.24測點79.74-8.48測點73.76-6.37測點77.95-9.15測點87.84-6.52測點80.83-1.6測點80.87-2.07測點915.08-7.15測點99.5-2.09測點922.45-2.7測點102.16-5.75測點101.55-4.47測點102.22-10.16測點1113.65-2.6測點117.44-7.74測點1112.44-10.64測點127.52-1.85測點125.04-5.42測點127.08-7.87測點132.36-3.26測點132.35-3.48測點132.16-2.86測點142.5-2.02測點146.31-1.51測點1411.98-0.99車輛28拉應(yīng)力壓應(yīng)力車輛29拉應(yīng)力壓應(yīng)力車輛31拉應(yīng)力壓應(yīng)力測點13-1.71測點17.62-2.01測點16.59-2.29測點21.79-3.12測點22.18-8.03測點21.93-4.28測點32.99-1.82測點35.51-2.85測點35.36-2.14測點42.26-1.67測點44.56-2.41測點43.26-2.54測點54.16-0.75測點56.35-4.66測點52.21-2.89測點64.06-8.19測點64.06-26測點63.56-18.25測點73.72-4.54測點714.64-4.8測點710.84-10.38測點80.12-1.82測點80.79-6.11測點81.01-1.95測點97.39-2.47測點922.49-5.31測點927.15-3.07測點101.36-4.42測點102.07-8.5測點102.76-9.12測點117.04-4.26測點1121.51-3.85測點1115.73-1.7測點124.44-3.81測點1211.91-4.9測點128.13-3.24測點131.42-2.18測點132.34-4.18測點132.75-3.41測點146.33-1.13測點1411.02-0.94測點142.46-1.42結(jié)論

1、試驗共測量通車37輛，其中包括大貨車27輛，大客車10輛，其中最大車重為40.48噸，最大車速約為5m/s，大多數(shù)為6軸大掛車，包括平時通行所有車型，通車噸位也較大，試驗數(shù)據(jù)真實，具有實際意義。

2、從試驗數(shù)據(jù)變化趨勢可見，車的動力放大系數(shù)不是很明顯，測得最大拉應(yīng)力為27.15Mpa最大壓應(yīng)力為26Mpa，承載舟結(jié)構(gòu)強度均滿足要求。拉應(yīng)力響應(yīng)較大區(qū)域

測點9，甲板橫梁靠近橫艙壁面板上

測點5，甲板橫梁中間面板測點14，連接橋甲板橫梁面板壓應(yīng)力響應(yīng)較大區(qū)域

測點6船體舷側(cè)縱骨上

測點2支柱下端測點10橫艙壁上端3、通車方向?qū)Y(jié)構(gòu)應(yīng)力響應(yīng)關(guān)系不大，車輛通行車道位置對結(jié)構(gòu)應(yīng)力影響很大；車輛從浮橋中間通過時，對結(jié)構(gòu)對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)力較小，偏于甲板一側(cè)行駛時，對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)力較大。二、浮箱體結(jié)構(gòu)暫行規(guī)定通則

焊縫設(shè)計

外板和甲板

浮箱底骨架舷側(cè)骨架甲板骨架支柱

首尾結(jié)構(gòu)

艙壁

連接裝置

其他

通則

該節(jié)依據(jù)的規(guī)范或規(guī)定：《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》（2009）《車輛運輸船舶船體結(jié)構(gòu)指南》（2008）《內(nèi)河小型船舶建造規(guī)范》（2006）《鋼制海船入級規(guī)范》（2006）《河船法定營運檢驗技術(shù)規(guī)程》（2011）

通則內(nèi)容：一般要求、構(gòu)件尺寸的確定、構(gòu)件剖面模數(shù)和慣性矩、構(gòu)件的跨距點、構(gòu)件的布置與連接、焊接T型材、材料與焊接、高強度鋼材料的使用、暴露于低氣溫下的浮箱體結(jié)構(gòu)用鋼的要求、浮箱體構(gòu)件蝕耗極限、浮箱體構(gòu)件變形極限、計算半波高、計算載荷、通道、縱坡度。焊縫設(shè)計

該節(jié)依據(jù)的規(guī)范或規(guī)定：《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》（2009）《船舶焊接檢驗指南》（2008）

焊縫設(shè)計內(nèi)容：一般要求、填角焊縫、無損檢測、無損檢測的數(shù)量、檢測位置。外板和甲板

浮箱底板

外底板的計算主要考慮水壓力與落灘時冰體對浮箱底部的反力。選取計算模型時，浮于水中的浮箱考慮水壓作用，對于落灘的浮箱，考慮平整但存在起伏的河底。計算模型為四周剛性固定受均布載荷作用的板模型。板中最大彎矩為板中最大應(yīng)力為全浮浮箱載荷q：落灘浮箱載荷q：

——落灘修正項，為貨車質(zhì)量。

落灘修正項隨車重變化曲線繪于下圖：

由上圖曲線可以看出落灘修正項

與允許通過車重基本成線性關(guān)系，其擬合關(guān)系式為：

板中最大彎矩公式ky值按下表查取（本公式出自船舶結(jié)構(gòu)力學）板的邊長比k板的邊長比k1.00.05131.80.08121.10.05811.90.08221.20.06392.00.08291.30.06873.00.08321.40.07264.00.08331.50.07575.00.08331.60.0780∞0.08331.70.0799

強度條件：由以上條件得底板厚度應(yīng)不小于按下式計算所得之值：

最大冰壓，根據(jù)浮箱固冰通道所在環(huán)境的的初始溫度和溫度上升速率進行確定

冰帶區(qū)外板需加強，加強外板的厚度不小于按下式計算值：平板龍骨依據(jù)《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》（2009）第一篇第2章第3節(jié)2.3.1相關(guān)規(guī)定制定。舭列板依據(jù)《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》（2009）第一篇第2章第3節(jié)2.3.3相關(guān)規(guī)定制定。舷側(cè)板依據(jù)《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》（2009）第一篇第2章第3節(jié)2.3.4相關(guān)規(guī)定制定。首尾封板依據(jù)《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》（2009）第一篇第2章第3節(jié)2.3.6相關(guān)規(guī)定制定。甲板

甲板板計算時取甲板橫梁與縱骨間的板格，橫梁間距較小接近輪印寬，因此其計算模型可取為一對邊自由支持另一對邊剛性固定受均布載荷作用的板模型，橫梁邊為剛性固定，縱骨邊為自由支持。

板中最大彎矩為板中最大應(yīng)力為甲板受載荷q：（Q為設(shè)計軸壓，μ為載荷修正系數(shù)）強度條件：（k為安全系數(shù)，取1.25）

表中：a—板格剛性固定邊邊長，m；b—板格自由邊邊長，m；

甲板計算載荷的修正系數(shù)μ:

板中最大彎矩公式k值按下表查?。ū竟匠鲎源敖Y(jié)構(gòu)力學）板的邊長比k板的邊長比ka>ba<ba>ba<b1.00.06970.06971.8—0.11521.10.07390.07871.9—0.11741.20.07710.08682.00.08420.11911.30.07940.09383.0—0.12461.40.08100.09984.0—0.12501.50.08220.10495.0—0.12501.6—0.1090∞0.08330.12501.7—0.1122由以上公式計算得車輛甲板板厚不小于按下式計算之值：

另外，浮箱使用河段水流較急、陰雨天或清晨氣溫變化時，都會導致甲板潮濕，造成安全隱患。為防止車輪打滑引發(fā)事故，車輛甲板上應(yīng)設(shè)有防滑裝置。根據(jù)浮箱使用經(jīng)驗及《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》（2009）第一篇第2章第4節(jié)2.4.1.1條中對C級航區(qū)的規(guī)定，非車輛甲板厚度的最小值應(yīng)不小于3，且應(yīng)不小于通車甲板板厚的1/2。一般規(guī)定

浮箱底骨架宜采用橫骨架式,橫骨架式浮箱底應(yīng)在每個肋位上設(shè)置實肋板。若采用縱骨架型式，實肋板間距應(yīng)不大于2個肋距。浮箱底縱向構(gòu)件不應(yīng)突然中斷。浮箱底骨架由一種型式過渡到另一種型式時，應(yīng)采用增設(shè)肘板，或延續(xù)構(gòu)件等辦法，相互延伸2個或交錯4個肋距。

旁龍骨與實肋板相交時，實肋板應(yīng)保持連續(xù)。底龍骨應(yīng)盡量均勻設(shè)置。靠近舷側(cè)的一根龍骨距舷側(cè)距離不宜大于1，其他位置間距應(yīng)不大于1.5。浮箱底骨架

實肋板明水期、流冰期實肋板與冰封期實肋板所受受力壓力不同，分別為水壓（計入落灘修正系數(shù)）和冰壓。簡化模型為兩端自由支持受均布載荷的單跨梁（跨距l(xiāng)為支柱間距

)。

梁內(nèi)最大彎矩：梁中最大應(yīng)力：明水、流冰期載荷：冰封期載荷：冰封期最大冰壓q2值按照下表取值：計入強度條件：分別得到明水、流冰期和冰封期的最小剖面模數(shù)：

實肋板的剖面模數(shù)W應(yīng)不小于上式計算所得之值。

沿車輛甲板范圍內(nèi)，實肋板建議為“T”型組合型材。中內(nèi)龍骨浮箱底應(yīng)設(shè)置中內(nèi)龍骨，中內(nèi)龍骨應(yīng)盡量貫通整個浮箱。浮箱箱體允許以2根旁內(nèi)龍骨（左右各1根）代替中內(nèi)龍骨。中內(nèi)龍骨與旁內(nèi)龍骨不應(yīng)在艙壁處突然中斷，應(yīng)各自向艙壁的另一面延伸，相互交錯不小于3個肋距；或加過渡性肘板，肘板長度不小于2個肋距。

中內(nèi)龍骨腹板的高度和厚度與該處實肋板相同，面板剖面積應(yīng)不小于實肋板面板剖面積的1.5倍。中內(nèi)龍骨在艙壁處中斷時應(yīng)采用下列方式之一與艙壁連接：（1）將中內(nèi)龍骨腹板在一個肋距內(nèi)逐漸升高至原高度的1.5倍，中內(nèi)龍骨的面板應(yīng)延伸至艙壁并與艙壁焊接：

如圖（1）所示：（2）用有面板或折邊的肘板與艙壁或垂直桁（或扶強材）連接，肘板的直角邊長應(yīng)等于中內(nèi)龍骨的高度，肘板的厚度及面板（或折邊）尺寸與中內(nèi)龍骨相同，此時中內(nèi)龍骨面板可不與艙壁焊接，如圖（2）所示。（3）將中內(nèi)龍骨面板寬度在一個肋距內(nèi)逐漸放寬，至艙壁處為原寬度的2倍，并與艙壁焊接，如圖（3）所示。旁內(nèi)龍骨

浮箱底應(yīng)設(shè)置旁內(nèi)龍骨，其尺寸與該處實肋板相同。旁內(nèi)龍骨與艙壁的連接方式與中內(nèi)龍骨處理方式相同。在首、尾部區(qū)域內(nèi)，旁內(nèi)龍骨的腹板盡可能垂直于外板，若有困難，其夾角應(yīng)不小于45o。底縱骨明水期、流冰期實肋板與冰封期實肋板所受受力壓力不同，分別為水壓（計入落灘修正系數(shù)）和冰壓。簡化模型為兩端剛性固定，受均布載荷的單跨梁（l為縱骨跨距

)。

梁內(nèi)最大彎矩：梁中最大應(yīng)力：明水、流冰期載荷：冰封期載荷：冰封期最大冰壓q2值按照下表取值：計入強度條件：

分別得到明水、流冰期和冰封期的最小剖面模數(shù)不小于下式：

底縱骨的剖面慣性矩應(yīng)不小于按下式計算所得之值：

(a為縱骨連同帶板的剖面積）

浮箱底縱骨應(yīng)用肘板與橫艙壁連接，肘板的直角邊長應(yīng)為縱骨高度的2倍，厚度與縱骨相同。當肘板任一直角邊長度與肘板厚度的比值大于30時，肘板的自由邊應(yīng)折邊或設(shè)面板，折邊或面板的寬度一般為肘板厚度的10倍。（《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》2009）開孔中內(nèi)龍骨的腹板上禁止開孔（流水孔除外）。實肋板與旁內(nèi)龍骨腹板的下方應(yīng)開設(shè)流水孔。各個流水孔均能自由流通。一般規(guī)定

舷側(cè)骨架應(yīng)采用橫骨架式、強肋骨與普通肋骨相間布置的交替肋骨制結(jié)構(gòu)形式。舷側(cè)應(yīng)在設(shè)置實肋板處設(shè)置強肋骨。強肋骨強肋骨不僅支持舷側(cè)板承受舷側(cè)水壓或冰壓，同時承受甲板強橫梁傳遞下來的車輛載荷

，計算時從屈服強度、穩(wěn)定性及彎曲強度方面考慮。舷側(cè)骨架

屈服強度

強度公式：

最小截桿面積公式：穩(wěn)定性

偏于安全考慮其計算模型選為兩端自由支持的壓桿。最小截面慣性矩：彎曲強度

明水、流冰期：強肋骨彎曲強度計算模型選為垂向受線性分布載荷、兩端自由支持的單跨梁。

最大彎矩：強度條件：最小剖面模數(shù)：冰封期：浮箱強肋骨受冰層冰壓和冰下水壓共同作用，彎曲強度計算模型所施加載荷隨冰厚的增加變化，計算簡圖如下：

最大彎矩：強度條件：最小剖面模數(shù)：強肋骨的剖面模數(shù)應(yīng)不小于按下式計算所得之值：舷側(cè)縱桁當肋骨跨距超過2m時，應(yīng)設(shè)置一道舷側(cè)縱桁。舷側(cè)縱桁的剖面尺寸應(yīng)與強肋骨相同，且應(yīng)盡量延伸至首尾。舷側(cè)縱桁應(yīng)在間距不大于2個肋距的肋骨穿過處設(shè)置防傾肘板。

舷側(cè)縱桁在艙壁處選用下列方式之一與艙壁（或艙壁水平桁）連接：(l）將舷側(cè)縱桁的腹板在一個肋距內(nèi)逐漸升高至艙壁處，在該處的高度應(yīng)為原高度的1.5倍，舷側(cè)縱桁面板應(yīng)延伸至艙壁（或艙壁水平桁）并與之連接；(2）用肘板與艙壁（或艙壁水平桁）連接，肘板的直角邊長應(yīng)等于舷側(cè)縱桁腹板高度，肘板的厚度及面板（或折邊）尺寸與舷側(cè)縱桁相同，此時，舷側(cè)縱桁面板可不與艙壁（或艙壁水平桁）焊接；(3）將舷側(cè)縱桁面板的寬度在一個肋距內(nèi)逐漸加寬，至艙壁處為原寬度的2倍，并與艙壁焊接。以上內(nèi)容根據(jù)《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》（2009）第一篇第2章第7節(jié)2.7.4條規(guī)定制定。

舭肘板

肋骨與實肋板的連接，對平底浮箱應(yīng)用舭肘板連接，舭肘板高出肋板的高度應(yīng)不小于肋骨高度的3倍，舭肘板的寬度約等于中縱剖面處實肋板的高度，舭肘板的厚度取與實肋板相同，如圖所示。對縱骨架式浮箱底板，應(yīng)用舭肘板將肋骨及底縱骨與浮箱底板固定，舭肘板與肋骨的搭接長度應(yīng)不小于連接肋骨高度的2倍，如圖所示。對橫骨架式浮箱底板，肋骨與底肋骨應(yīng)用舭肘板連接，舭肘板與肋骨及舭肘板與底肋骨的搭接長度應(yīng)不小于連接肋骨高度的2倍，如上圖所示。強肋骨與實肋板用舭肘板連接，舭肘板的直角邊長應(yīng)與實肋板中部腹板高度相同，厚度與實肋板厚度相同。舭肘板的自由邊應(yīng)有折邊（或面板），折邊（面板）的寬度一般為舭肘板厚度的10倍。梁肘板

肋骨與橫梁應(yīng)用肘板連接，肘板直角邊長應(yīng)為橫梁高度2倍，如圖所示，肘板的厚度取與橫梁相同。

當肘板任一直角邊長與肘板厚度的比值大于30時，肘板的自由邊應(yīng)折邊或設(shè)面板，折邊（或面板）的寬度一般為肘板厚度的10倍。強肋骨與強橫梁應(yīng)用肘板連接，肘板的厚度與強橫梁腹板厚度相同，其自由邊折邊（或設(shè)面板）的要求應(yīng)符合上條規(guī)定。以上內(nèi)容根據(jù)《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》（2009）第一篇第2章第7節(jié)2.7.5.條相關(guān)規(guī)定制定。甲板骨架一般要求甲板骨架應(yīng)采用橫骨架式。在對應(yīng)舷側(cè)肋骨處設(shè)橫梁，對應(yīng)強肋骨處設(shè)置強橫梁。車輛甲板骨架由強橫梁、橫梁、縱桁構(gòu)成。片體內(nèi)可不必設(shè)置縱桁。車輛甲板、人行通道甲板前后（沿浮箱長方向）端部由甲板強橫梁支撐。車輛甲板橫梁如設(shè)梁拱，其高度不應(yīng)超過浮箱長度1%。橫梁與縱桁

普通橫梁與縱桁計算模型：強橫梁與縱桁作為邊界，所以計算普通橫梁與縱桁的邊界可近似取為剛性固定。位置簡圖邊界條件計算跨長載荷橫梁縱桁作為橫梁的剛性固定支座縱桁間距與縱桁和強縱桁間距中的大者計算輪壓縱桁強橫梁作為縱桁的剛性固定支座強橫梁間距計算輪壓甲板橫梁由于連接橋甲板強橫梁尺寸大，間距小，貫通片體，而橫骨架式連接橋甲板強縱桁間距相對較大且兩端自由，考慮到強橫梁的安全性，計算模型為承受集中力，兩端剛性固定于片體間的單跨梁。最大彎矩為：應(yīng)力計算公式為：強度條件：

車輛甲板橫梁的剖面模數(shù)不小于按下式計算所得之值：

非車輛甲板橫梁的剖面模數(shù)W應(yīng)不小于按下式計算所得之值：非車輛甲板橫梁的剖面慣性矩I應(yīng)不小于按下式計算所得之值：橫梁穿過甲板縱桁時應(yīng)與縱桁腹板焊接，且每間隔一個肋位設(shè)置單面肘板，也可設(shè)置間距不大于2m的雙面肘板。肘板厚度與縱桁腹板厚度相同。如圖所示。甲板縱桁

甲板縱桁可當作兩邊剛性固定受雙集中力作用的單跨梁計算，其中甲板強橫梁作為縱桁的剛性固定支座，計算輪壓作為集中力處理。最大應(yīng)力計算公式為：強度條件：（K為安全系數(shù)）

車輛甲板縱桁的剖面模數(shù)不小于按下式計算所得之值：

非車輛甲板縱桁的剖面模數(shù)W應(yīng)不小于按下式計算所得之值：

非通車甲板縱桁受力類似內(nèi)河船，非車輛甲板縱桁的剖面模數(shù)W應(yīng)不小于按下式計算所得之值：根據(jù)《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》（2009）第一篇第2章第8節(jié)相關(guān)規(guī)定確定以下內(nèi)容：非車輛甲板縱桁的剖面慣性矩I應(yīng)不小于按下式計算所得之值：甲板縱桁腹板的高度應(yīng)不小于橫梁穿過處的開孔高度的2倍，否則開口處的剖面模數(shù)應(yīng)滿足上條要求。

甲板縱桁在同一艙室中的跨距相差較大時，其腹板可做成不等高度，但腹板較高的縱桁應(yīng)逐漸過渡到腹板較低的縱桁，過渡范圍的長度應(yīng)不小于縱桁高度之差的3倍。

片體甲板的縱桁，應(yīng)盡量向首尾延伸，不應(yīng)終斷在同一橫剖面上，相鄰縱桁的末端應(yīng)相互錯開至少一個肋骨間距，并用肘板與橫向骨材焊牢。片體內(nèi)甲板縱桁應(yīng)盡量與浮箱底龍骨對應(yīng)。

甲板縱桁與橫艙壁相交處，應(yīng)與橫艙壁垂直桁或扶強材對準，將縱桁腹板在一個肋骨間距內(nèi)逐漸升高到原高度1.5倍；可用肘板連接，肘板高度應(yīng)不小于縱桁高度，厚度與腹板厚度相同，面板與縱桁面板相同；也可采用縱桁面板寬度在一個肋骨間距內(nèi)逐漸加寬，至橫艙壁處為原寬度的2倍，再與橫艙壁焊接的方法。連接橋甲板強橫梁

連接橋甲板強橫梁：其尺寸大，間距小，貫通片體，而連接橋甲板強縱桁間距相對較大且兩端自由，故在計算強橫梁時可近似略去強縱桁的支持作用，將其視為承受集中力

，兩端剛性固定于片體間的單跨梁，計算簡圖如下：模型中最大彎矩為：（連接橋甲板強橫梁跨距，取兩片體內(nèi)舷間距）強度條件:

最小剖面模數(shù)計算公式：連接橋甲板強縱桁

連接橋甲板強縱桁計算模型：計算連接橋甲板強縱桁中的應(yīng)力時，可將其當做彈性基礎(chǔ)梁計算，其計算簡圖如下圖：

最大彎矩：（）強度條件：

計及剖面慣性矩與最小剖面模數(shù)的無因次系數(shù)及其他參數(shù)，經(jīng)整理得：通過實際使用及有限元計算，對于非通車甲板，強橫梁尺寸按甲板縱桁取值能夠滿足強度要求。非車輛甲板強橫梁尺寸與甲板縱桁相同。連接橋甲板強橫梁跨距較大，設(shè)置強縱桁不僅可以提高連接橋的縱向強度，同時可以將單根強橫梁上的力傳遞給相鄰強橫梁，提高連接橋的承載能力。所以連接橋甲板應(yīng)設(shè)置強縱桁。為保證橫梁的強度，強縱桁作為橫梁的邊界支撐，因此其間距不宜過大。通過有限元計算及實際使用，強縱桁間距一般應(yīng)不超過2m。

通過計算發(fā)現(xiàn)，強縱桁尺寸略小于強橫梁即可滿足連接橋甲板結(jié)構(gòu)強度。但從建造工藝考慮，強縱桁與強橫梁尺寸相同易于建造。通過實際浮箱使用，取強縱桁與強橫梁尺寸相同這一方案切實可行。

舷伸甲板

考慮舷伸甲板結(jié)構(gòu)強度時可將其當做懸臂梁計算，計算簡圖如下：梁中最大彎矩為：強度條件：整理得：

舷伸甲板寬度應(yīng)不大于按下式計算之值：但應(yīng)不小于0.5。當外伸長度為0.5m時舷伸甲板在最不利工況下結(jié)構(gòu)應(yīng)力已遠遠小于許用應(yīng)力，因此舷伸甲板寬度不小于0.5m。保證舷伸甲板與浮箱結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，避免出現(xiàn)應(yīng)力集中，舷伸甲板骨架應(yīng)為甲板骨架的等值延伸，并保證在舷側(cè)良好的過渡性。好的過渡性。舷伸甲板骨架應(yīng)為甲板骨架的等值延伸，并保證在舷側(cè)良好的過渡性。舷伸甲板的寬度大于1.0m時，應(yīng)設(shè)置縱桁，其尺寸與車輛甲板縱桁相同。為保證舷伸甲板結(jié)構(gòu)的整體傳力，應(yīng)設(shè)置封板。沿車輛甲板范圍內(nèi)，舷伸甲板端部應(yīng)設(shè)封板，其厚度與車輛甲板相同。舷伸甲板連接裝置之間應(yīng)設(shè)置護舷材。（1）護舷材的兩端和中間應(yīng)設(shè)置肘板，護舷材和肘板的板厚應(yīng)不小于舷側(cè)板的厚度。（2）護舷材的長度應(yīng)不影響連接銷的安裝，且不小于相鄰兩組連接裝置中心距的50%，寬度應(yīng)小于連接裝置孔中心至外伸舷封板的距離，肘板的高度不小于橫梁高度。局部加強在設(shè)置舾裝設(shè)備的部位，應(yīng)視具體情況加設(shè)強橫梁，短縱桁或支柱等。（引用《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》2009第一篇第2章第8節(jié)2.8.8規(guī)定）支柱

根據(jù)中國船級社《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》規(guī)定，浮箱應(yīng)設(shè)置支柱。內(nèi)容包括：支柱的設(shè)置于連接形式、支柱負荷的確定及支柱。

為傳遞甲板上的車輛載荷，保證片體結(jié)構(gòu)的強度，通車甲板下應(yīng)在每一實肋板與底龍骨的相交位置設(shè)置支柱。如下圖，浮箱固冰通道浮箱體內(nèi)應(yīng)設(shè)置支柱。支柱橫向間距為龍骨間距,縱向間距為實肋板間距。

支柱上下兩端應(yīng)設(shè)置在強骨材上，且應(yīng)加設(shè)墊板和肘板并與強骨材牢固焊接。

車輛甲板下支柱的負荷P：

Pc―車軸的最大負荷，t，對于叉式裝卸車，總重量應(yīng)算再同一根軸上；a―支柱所支持甲板面積的長度，m；b―支柱所支持甲板面積的寬度，m；c―系數(shù)，A級航區(qū)船舶取1.45；B級航區(qū)船舶取1.2；C級航區(qū)船舶取1.

管形支柱和“十”字型組合支柱：查表確定其許用應(yīng)力。

其他型式支柱：剖面積按下式計算：

l——包括肘板在內(nèi)的支柱長度；

r——支柱剖面的最小慣性半徑。首尾結(jié)構(gòu)一般要求浮箱結(jié)構(gòu)首端線型應(yīng)利于破冰，首端舷側(cè)設(shè)置舷側(cè)縱桁，縱桁應(yīng)位于滿載水線和空載水線之間；尾部線型應(yīng)利于排冰。（根據(jù)《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》2006第八篇第9章第1節(jié)規(guī)定制定）本節(jié)內(nèi)容包括：板型首柱及型材首柱、首尖艙骨架、尾封板及平頭型浮箱首封板骨架。以上內(nèi)容根據(jù)《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》（2009）第一篇第2章第13節(jié)

規(guī)定制定。艙壁一般要求包括浮箱應(yīng)在首尾各設(shè)一道水密橫艙壁，艙壁的高度應(yīng)延伸至干舷甲板；橫向艙壁的間距及距首尾端的距離均應(yīng)不大于6倍艙深等內(nèi)容。

本節(jié)內(nèi)容包括：平面艙壁板

、艙壁扶強材及垂直桁。連接裝置

一般要求

車輛甲板強橫梁是甲板結(jié)構(gòu)的主要承載構(gòu)件，因此甲板強橫梁的儲備強度較大。通過有限元計算以及實船的使用，在每一甲板強橫梁的端部設(shè)置連接鉸鏈能夠保證結(jié)構(gòu)的強度。連接鉸鏈沿每道甲板強橫梁設(shè)置。連接鉸鏈應(yīng)與浮箱體、跳板牢固連接，連接處浮箱體結(jié)構(gòu)及跳板結(jié)構(gòu)應(yīng)予適當加強。

本節(jié)內(nèi)容為連接鉸鏈、制約擋板。連接鉸鏈

（1）鉸鏈軸銷的直徑d應(yīng)滿足下式要求：（2）鉸鏈中心眼板的尺寸滿足下列兩式要求：

（3）鉸鏈中心眼板的尺寸滿足下列兩式要求：制約擋板

駁船式固冰通道，一般采用制約擋板約束駁船之間的垂向位移，制約擋板可按下圖形式進行設(shè)計。

制約擋板縱向中軸線距甲板邊線距離應(yīng)不小于1m，且不大于1.5m。制約擋板橫剖面最小剖面模數(shù)應(yīng)不小于按下式計算之值：

駁船間應(yīng)設(shè)置連接蓋板，且連接蓋板厚度應(yīng)不小于通車甲板厚度；建議蓋板一側(cè)用銷軸連接在駁船端部，以便容易安裝與拆卸。——后軸設(shè)計軸壓，——制約擋板探出船體長度，其他

護欄

車輛對護欄的沖撞示意圖如下：

根據(jù)浮箱固冰通道使用情況,參照《高速公路交通安全設(shè)施設(shè)計及施工技術(shù)規(guī)范》，發(fā)生碰撞時碰撞角度一般不超過15度。

（1）載重汽車輪胎剛度按下式估算——單胎負荷能力，kg；——最大外直徑，——靜負荷半徑，——重力加速度。

（2）沖撞力Pv——車與護欄碰撞時實際行駛速度M——車輛質(zhì)量防滑條

依據(jù)現(xiàn)有浮箱防滑條圖紙給出的尺寸得到，通道在冬季通車會因冰雪等因素會變光滑，所以將防滑條間距定為200mm。

或者采取在浮箱固冰通道甲板板架的每個板格中央壓制沿橋軸線方向的壓筋，壓筋在方舟上的布置見圖（1）;制作與壓筋形狀相同的橡膠防滑條，其表面高于四周的防護板條3～5。橡膠條結(jié)合壓筋槽細部設(shè)計見圖（2）。

三、承載舟強度直接計算結(jié)構(gòu)建模

1、模型范圍要求包括浮箱固冰通道一個整船體。

2、船體結(jié)構(gòu)有限元網(wǎng)格沿橫向按縱骨間距的1/2，縱向按肋骨間距的1/2。3、網(wǎng)格形狀盡量接近正方形，長寬比不能超過3。4、承載舟所有板材用4節(jié)點殼單元模擬，高應(yīng)力變化區(qū)避免用三角形單元。5、骨材單元如果腹板寬度大于0.2m，需要用板單元模擬，其他用兩單元模擬。6、支耳處需要模擬真實情況，鏈接銷用梁單元模擬，并用MPC進行約束。100噸級浮箱固冰通道單體模型效果圖全船模型板厚顯示圖甲板下部結(jié)構(gòu)圖片體內(nèi)橫艙壁

舟底結(jié)構(gòu)

框架結(jié)構(gòu)單支耳結(jié)構(gòu)雙支耳結(jié)構(gòu)支耳鏈接結(jié)構(gòu)

計算載荷

（1）車輛載荷

車輛載荷選擇經(jīng)常通過承載舟的6軸車進行計算，車輪印0.2×0.3，車輛載荷以pressure形式加載。車輪印中、后輪壓力（pressure）前輪壓力（pressure）以單元面力施加車輪載荷整船模型

按溫度上升率與最大冰壓的關(guān)系確定冰溫度膨脹力。這種方法是根據(jù)由實驗資料繪制的最大冰壓和達到最大冰壓力的時間與溫度上升率的關(guān)系曲線見圖通過溫度上升率的關(guān)系曲線可得到冰膨脹壓力。本暫行規(guī)定假設(shè)冰厚大于0.5米沒有溫度變化，0.5米以上冰的溫度變化和空氣變化率的0.5倍。（2）冰溫度膨脹力計算時取極限情況及：冰內(nèi)溫度上升率取為4℃/h，初始溫度為-23.4℃。按圖查得最大冰壓力為0.16MPa。（3）冰溫度膨脹力加載：浮箱無法承受春季大量流冰的撞擊作用，因此必須在春季流冰開始之前拆卸。秋季搭建初期小量流冰撞擊力按路橋涵設(shè)計規(guī)范（JTJ021-85）給出的公式計算。（4）流冰撞擊力計算當冰塊垂直撞擊時：

當撞擊夾角小于80°時：

——冰塊面積（m2）；——為設(shè)計冰厚度(m)——冰塊運動速度(m/s)——系數(shù)等于136（S*KN/m3）——與冰的計算抗壓強度極限有關(guān)的系數(shù)4412.922207353.713339804.3100012254.880014715.2667——隨φ角變化的系數(shù)

φ20°30°45°55°60°65°70°75°6.72.250.50.160.080.040.0160.005計算得到浮冰沖擊力：①當浮冰和浮箱艏相撞時：②當浮冰和浮箱舷側(cè)相撞時：式中：——冰塊面積49（m2）

——冰厚度0.2（m）

——冰塊撞擊角度為55°流冰壓力的加載：波浪載荷計算水動力網(wǎng)格建立質(zhì)量模型建立環(huán)境參數(shù)設(shè)定浮態(tài)調(diào)整波浪載荷計算確定設(shè)計波參數(shù)設(shè)計波波浪載荷波浪載荷計算流程如圖邊界條件確定

冰封期

冰封期時浮箱底邊界條件設(shè)為鉸支，約束X、Y、Z方向位移。流冰期有限元計算結(jié)果和實驗值對比

將試驗數(shù)據(jù)通過低頻濾波處理，除去波動頻率較高的部分，找到試驗數(shù)據(jù)和有限元計算工況對應(yīng)點，進行比較，對比結(jié)果如下圖：測點2有限元計算和試驗對比

測點3有限元計算和試驗對比

測點5有限元計算和試驗對比測點9有限元計算和試驗對比測點10有限元計算和試驗對比測點14有限元計算和試驗對比

1、通過上測點2、5、9、10、14比較，可以發(fā)現(xiàn)有限元計算變化趨勢和試驗值變化趨勢基本相同，說明上述加載方式施加載荷是正確的，可以通過上述加載方式，用有限元對結(jié)構(gòu)進行強度校核。對比結(jié)果2、從三種方案計算效果和試驗對比可知道方案二和試驗值更加接近，因為網(wǎng)格尺寸和車輪印大小接近，以面載荷方式加載，考慮面內(nèi)彎矩，和實際作用力效果最接近，因此在進行有限元強度直接校核時選用方案二進行計算。校核工況的確定

1、冰封期冰封期工況主要確定車輛作用在浮箱上的位置。汽車行駛在一個車道不同位置處對各個構(gòu)件的應(yīng)力響應(yīng)不同，汽車從不同車道經(jīng)過浮箱時對各個構(gòu)件的應(yīng)力響應(yīng)也不同。為了研究車輛載荷作用位置對浮箱結(jié)構(gòu)的應(yīng)力響應(yīng)的影響，計算車輛從10個車道經(jīng)過舟橋，每個車道計算160個工況，提取每個通道下各個構(gòu)件的相當應(yīng)力極值進行對比。

車道序號12345678910位置(m)0.511.522.172.332.533.54

對比結(jié)果可以看出，每個構(gòu)件不同車道的最大相當應(yīng)力所處工況位置基本變化不大；橫向艙壁、甲板橫梁、實肋板和甲板縱桁隨車道變化應(yīng)力變化比較明顯。計算工況吃水位置描述簡圖工況1無載重車后輪組位于浮箱體中間，外輪距連接橋甲板邊緣0.5m，舭部受冰溫度膨脹力；工況2無載重車后輪組位于校核支柱中間，外輪距連接橋甲板邊緣1m，舭部受冰溫度膨脹力；工況3無后輪載荷作用在校核甲板縱行上方，車輪右邊外側(cè)距連接橋邊緣2.5m；浮箱舭部受冰膨脹力；工況4無載重車后輪組位于校核橫向艙壁正上方通過，舭部受冰溫度膨脹力；工況5無兩車的后輪組同時作用在浮箱中間，外輪距連接橋甲板邊緣0.5m，舭部受冰溫度膨脹力；2、流冰期流冰期浮箱主要承受靜水浮力、波浪載荷、流冰的撞擊力、水流阻力和錨纜的拉力，確定校核工況時，主要考慮流冰撞擊力的撞擊形式。工況6水浮力，中拱波浪動載荷，水流阻力，錨纜拉力，冰沖擊載荷作用在浮箱艏部吃水處；工況7水浮力，中垂波浪動載荷，水流阻力，錨纜拉力，冰沖擊載荷作用在浮箱舷側(cè)吃水處。屈服強度校核標準

屈服強度校核一般借助于屈服因子結(jié)構(gòu)位置λ甲板板0.75甲板梁0.75橫隔板0.75舷側(cè)板0.8舷側(cè)肋骨0.8支柱0.8外底板0.8其他0.8對于直接計算中強度校核所用的vonMises應(yīng)力，其值按下式計算：當取時，各結(jié)構(gòu)最大許用應(yīng)力列于下表

結(jié)構(gòu)分類許用應(yīng)力甲板板176/k210/k145/k95/k甲板梁176/k210/k145/k95/k橫隔板176/k210/k145/k95/k舷側(cè)板188/k210/k145/k115/k外底板188/k210/k145/k95/k其他188/k210/k145/k95/k梁單元軸向應(yīng)力橫向梁176縱向梁206支柱115連接銷95屈曲強度校核標準

屈曲強度的校核同樣利用安全因子，校核公式：

臨界屈曲應(yīng)力；

實際應(yīng)力————結(jié)構(gòu)位置處的屈曲因子列于右表：

結(jié)構(gòu)位置λ結(jié)構(gòu)位置λ甲板板1舷側(cè)板1.1甲板梁1舷側(cè)肋骨1.2橫隔板1支柱1.2外底板1其他1算例：100噸級浮橋直接計算強度校核

屈服強度校核結(jié)果：甲板骨架序號構(gòu)件應(yīng)力成分應(yīng)力值應(yīng)力比所在工況危險區(qū)域1甲板強橫梁相當應(yīng)力130.7069.52%LC1

縱向正應(yīng)力45.8621.84%LC1

橫向正應(yīng)力46.3631.97%LC1

剪應(yīng)力31.3633.01%LC1

2甲板強橫梁面板軸向應(yīng)力102.8358.43%LC1

3甲板橫梁相當應(yīng)力31.3616.68%LC1

縱向正應(yīng)力18.188.66%LC1

橫向正應(yīng)力17.7912.27%LC1

剪應(yīng)力7.918.32%LC1

4甲板縱桁相當應(yīng)力59.7731.79%LC1

縱向正應(yīng)力22.0810.52%LC1

橫向正應(yīng)力25.2217.39%LC4

剪應(yīng)力31.6933.36%LC1

5甲板縱桁面板軸向應(yīng)力38.3021.76%LC1

舷側(cè)骨架序號構(gòu)件應(yīng)力成分應(yīng)力值應(yīng)力比所在工況危險區(qū)域1實肋板相當應(yīng)力174.4592.79%LC1

縱向正應(yīng)力62.2029.62%LC1

橫向正應(yīng)力58.0140.01%LC1

剪應(yīng)力73.2177.07%LC1

2普通肋骨軸向應(yīng)力69.6437.04%LC1

船底構(gòu)件序號構(gòu)件應(yīng)力成分應(yīng)力值應(yīng)力比所在工況危險區(qū)域1實肋板相當應(yīng)力58.8333.42%LC3

縱向正應(yīng)力19.82——LC1

橫向正應(yīng)力19.82——LC1

剪應(yīng)力24.3025.58%LC1

2底肋骨軸向應(yīng)力42.960.228523LC1

3底縱桁相當應(yīng)力54.6029.04%LC3

縱向正應(yīng)力39.5418.83%LC1

橫向正應(yīng)力39.64——LC1

剪應(yīng)力17.1418.04%LC3

4底縱桁面板軸向應(yīng)力29.4715.67%LC1

5底縱骨軸向應(yīng)力9.855.24%LC2

主要構(gòu)件序號構(gòu)件應(yīng)力成分應(yīng)力值應(yīng)力比所在工況危險區(qū)域1甲板相當應(yīng)力53.0230.13%LC1

縱向正應(yīng)力48.0022.86%LC1

橫向正應(yīng)力8.04——LC1

剪應(yīng)力15.19——LC1

2舷側(cè)外板相當應(yīng)力58.4431.09%LC1

縱向正應(yīng)力21.6110.29%LC1

橫向正應(yīng)力21.6314.92%LC1

剪應(yīng)力29.36——LC1

3船底板相當應(yīng)力27.4914.62%LC1

縱向正應(yīng)力8.504.05%LC1

橫向正應(yīng)力13.829.53%LC1

剪應(yīng)力13.62——LC1

4舭列板相當應(yīng)力40.4221.50%LC1

縱向正應(yīng)力19.249.16%LC1

橫向正應(yīng)力19.3813.36%LC1

剪應(yīng)力23.2624.49%LC1

5橫艙壁相當應(yīng)力174.9199.95%LC1

縱向正應(yīng)力36.10——LC1

橫向正應(yīng)力39.43——LC1

剪應(yīng)力66.1669.64%LC1

6支柱軸向應(yīng)力43.1137.49%LC1

屈曲強度校核結(jié)果：計算部位最小屈曲應(yīng)力比所在設(shè)計波工況不合