1、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定研究檢驗暫行規定研究 2014 2014年年7 7月月 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構的雙體浮箱連接組成的結構，對由駁船搭建的浮箱固冰通道將進行特殊說明。課題簡介課題簡介 浮箱固冰通道的組成單元即浮箱所處工況環境有冰封期、流冰期，目前我國尚無建造及檢驗浮箱的相關法規 。“浮箱固冰通道檢驗暫行規定” 可以為國內黑龍江水系特別是中俄界河浮箱固冰通道的安全技術檢驗及管理提供具有科學、系統、完

2、整的法律依托，為浮箱固冰通道的設計、建造、營運及管理提供科學實用的依據，以完善我國船舶檢驗規范體系。課題簡介課題簡介 一、浮箱固冰通道應力試驗測試二、浮箱體結構暫行規定三、浮箱固冰通道強度直接計算四、跳板直接計算五、浮箱固冰通道設備六、浮箱浮態內容內容一、浮箱固冰通道應力試驗測試一、浮箱固冰通道應力試驗測試 通過對黑龍江現役浮箱固冰通道處于工作狀態時的應力等數據的采集，掌握其應力分布與受力特點，為有限元計算提供參考數據。 試驗目的：試驗目的： DH3817F數采 數量： 2個 筆記本電腦 數量： 2臺 應變片 數量： 若干片 導線 數量： 800米 試驗設備及器材：試驗設備及器材： 試驗地點試

3、驗地點： 黑龍江省同江市同輝浮箱固冰通道 試驗單位試驗單位 ： 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試驗浮箱固冰通道主尺度 總 長 22 m 船 寬 24.8 m 船 長 21.8 m 片 體 寬 6 m 片體間距 17.2 m 吃 水 0.4 m 型 深 1.6 m 排 水量 200T 試驗通車信息試驗通車信息 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.

4、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通車圖片展示通車圖片展示 試驗布點試驗布點 試驗圖片展示試驗圖片展示 試驗數據試驗數據 單位（Mpa）輛4拉應力壓應力車輛5拉應力壓應力車輛11拉應力壓應力測點14.52-4.83測點15.29-2.68測點14.91-5.16測點23.0

5、3-7.57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101.44-11.5

6、1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拉應力壓應力車輛26拉應力壓應力車輛27拉應力壓應力測點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

7、.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

8、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拉應力壓應力車輛29拉應力壓應力車輛31拉應力壓應力測點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

9、.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

10、.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結論結論 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，試驗數據真實，具有實際意義。 2、從試驗數據變化趨勢可見，車的動力放大系數不是很明顯，測得最大拉應力為27.15Mpa最大壓應力為26 Mpa，承載舟結構強度均滿足要求 。拉應力響應較大區域拉應力響應較大區域 測點9，甲板橫梁靠近橫

11、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力響應較大區域壓應力響應較大區域 測點6船體舷側縱骨上 測點2支柱下端測點10橫艙壁上端 3、通車方向對結構應力響應關系不大，車輛通行車道位置對結構應力影響很大；車輛從浮橋中間通過時，對結構對結構產生的應力較小，偏于甲板一側行駛時，對結構產生的應力較大。 二、浮箱體結構暫行規定二、浮箱體結構暫行規定l通則 l焊縫設計 l外板和甲板 l浮箱底骨架l舷側骨架l甲板骨架l支柱 l首尾結構 l艙壁 l連接裝置 l其他 通則通則 該節依據的規范或規定：鋼質內河船舶建造規范（2009）車輛運輸船舶船體結構指南（2008）內河小型船舶建造規

12、范（2006） 鋼制海船入級規范（2006） 河船法定營運檢驗技術規程（2011） 通則內容：一般要求 、構件尺寸的確定 、構件剖面模數和慣性矩 、構件的跨距點 、構件的布置與連接 、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構用鋼的要求 、浮箱體構件蝕耗極限 、浮箱體構件變形極限 、計算半波高 、計算載荷 、通道 、縱坡度 。焊縫設計焊縫設計 該節依據的規范或規定：鋼質內河船舶建造規范（2009）船舶焊接檢驗指南（2008） 焊縫設計內容：一般要求 、填角焊縫 、無損檢測 、無損檢測的數量 、檢測位置 。外板和甲板外板和甲板 浮箱底板 外底板的計算主要考慮水壓

13、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， 為貨車質量。 22max),max(qakqakkkkMyyxyxqtaktMy222maxmax66)(rDgq)()(MrDgq)(MM 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系，其擬合關系式為：7046.00593.0M 板中最大彎矩公式ky值按下表查取（本公式出自船舶結構力學）板的邊長比k

14、板的邊長比k1.00.05131.80.08121.10.05811.90.08221.20.06392.00.08291.30.06873.00.08321.40.07264.00.08331.50.07575.00.08331.60.07800.08331.70.0799 強度條件： 由以上條件得底板厚度應不小于按下式計算所得之值：KsmaxmmrDkat)(69.17 最大冰壓，根據浮箱固冰通道所在環境的的初始溫度和溫度上升速率進行確定 冰帶區外板需加強，加強外板的厚度不小于按下式計算值：mmbapats)4 .01 (500min 平板龍骨依據鋼質內河船舶建造規范（2009）第一篇第2

15、章第3節2.3.1相關規定制定。 舭列板依據鋼質內河船舶建造規范（2009）第一篇第2章第3節2.3.3相關規定制定。 舷側板依據鋼質內河船舶建造規范（2009）第一篇第2章第3節2.3.4相關規定制定。 首尾封板依據鋼質內河船舶建造規范（2009）第一篇第2章第3節2.3.6相關規定制定。 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 板中最大應力為 甲板受載荷q： （Q為設計軸壓，為載荷修正系數） 強度條件： （k為安全系數，取1.25）22

16、max),max(qakqakkkMxxyxabQq005KsmaxqtaktMx222maxmax66 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 : 板中最大彎矩公式k值按下表查取（本公式出自船舶結構力學）板的邊長比k板的邊長比kababab1.00.06970.06971.80.11521.10.07390.07871.90.11741.20.07710.08682.00.08420.11911.30.07940.09383.00.12461.40.08100.09984.00.12501.50.08220.10495.00.12501.60.1090

17、0.08330.12501.70.112245.0335.1675.0235.11三后軸雙后軸單后軸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事故，車輛甲板上應設有防滑裝置。 根據浮箱使用經驗及鋼質內河船舶建造規范（2009）第一篇第2章第4節2.4.1.1條中對C級航區的規定，非車輛甲板厚度的最小值應不小于3，且應不小于通車甲板板厚的1/2。mmQbakkt)/(41 一般規定 浮箱底骨架宜采用橫骨架式, 橫骨架式浮箱底應在每個肋位上設置實肋板。若采用縱骨架型式，實肋板間距應不大于

18、2個肋距。 浮箱底縱向構件不應突然中斷。浮箱底骨架由一種型式過渡到另一種型式時，應采用增設肘板，或延續構件等辦法，相互延伸2個或交錯4個肋距。 旁龍骨與實肋板相交時，實肋板應保持連續。底龍骨應盡量均勻設置。靠近舷側的一根龍骨距舷側距離不宜大于1，其他位置間距應不大于1.5。 浮箱底骨架浮箱底骨架 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）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為支柱間距 )。 梁內最大彎矩： 梁中最大應力： 明水、流冰期載荷： 冰封期載荷：82maxqlMWKql82maxsrDgq)(1lslqsq)5 . 0

19、(2 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： 實肋板的剖面模數W應不小于上式計算所得之值。 沿車輛甲板范圍內，實肋板建議為“T”型組合型材。 Ksmax32)(52. 6cmlrDsW3)5 . 0(665. 0cmqsllsW 中內龍骨 浮箱底應設置中內龍骨，中內龍骨應盡量貫通整個浮箱。浮箱箱體允許以2 根旁內龍骨（左右各1 根）代替中內龍骨。中內龍骨與旁內龍骨不應在艙壁處突然中斷，應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。 中內龍骨腹板的高度和厚度與該處實肋板相同，面板剖面積應不小

20、于實肋板面板剖面積的1.5倍。 中內龍骨在艙壁處中斷時應采用下列方式之一與艙壁連接： （1）將中內龍骨腹板在一個肋距內逐漸升高至原高度的1.5倍，中內龍骨的面板應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，肘板的直角邊長應等于中內龍骨的高度，肘板的厚度及面板（或折邊）尺寸與中內龍骨相同，此時中內龍骨面板可不與艙壁焊接，如圖（2）所示。 （3）將中內龍骨面板寬度在一個肋距內逐漸放寬，至艙壁處為原寬度的2 倍，并與艙壁焊接，如圖（3）所示。 旁內龍骨 浮箱底應設置旁內龍骨，其尺寸與該處實肋板相同。 旁內龍骨與艙壁的連接方式與中內龍骨處理方式

21、相同。在首、尾部區域內，旁內龍骨的腹板盡可能垂直于外板，若有困難，其夾角應不小于45。 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）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 )。 梁內最大彎矩： 梁中最大應力： 明水、流冰期載荷： 冰封期載荷：srDgq)(1lslqsq)5 . 0(2122maxqlMqKlWS122 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不小于下式： 底縱骨的剖面慣性矩應不小于按下式計算所得之值： (a為縱骨連同帶板的剖面積 ） Ksmax32)

22、(35. 4cmlrDsW3)5 . 0(443. 0cmqsllsW421 . 1cmalI 浮箱底縱骨應用肘板與橫艙壁連接，肘板的直角邊長應為縱骨高度的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，肘板的自由邊應折邊或設面板，折邊或面板的寬度一般為肘板厚度的10倍。（鋼質內河船舶建造規范2009） 開孔 中內龍骨的腹板上禁止開孔（流水孔除外）。 實肋板與旁內龍骨腹板的下方應開設流水孔。各個流水孔均能自由流通。 一般規定 舷側骨架應采用橫骨架式、強肋骨與普通肋骨相間布置的交替肋骨制結構形式。舷側應在設置實肋板處設置強肋骨。 強肋骨 強肋骨不僅支持舷側板承受舷側水壓

23、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、穩定性及彎曲強度方面考慮。舷側骨架舷側骨架 屈服強度 強度公式： 最小截桿面積公式：穩定性 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。 KAPssKPAminEAlIs22min8 . 2 最大彎矩： 強度條件： 最小剖面模數： 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：2max)125. 006415. 0(gl

24、srDMKWMs32)2(35. 3cmlrDsW22max)1 (8lclqcM32665. 0cmqlbW KWMs強肋骨的剖面模數應不小于按下式計算所得之值： 舷側縱桁當肋骨跨距超過2m時，應設置一道舷側縱桁。舷側縱桁的剖面尺寸應與強肋骨相同，且應盡量延伸至首尾。舷側縱桁應在間距不大于2個肋距的肋骨穿過處設置防傾肘板。 舷側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 ）將舷側縱桁的腹板在一個肋距內逐漸升高至艙壁處，在該處的高度應為原高度的1.5倍，舷側縱桁面板應延伸至艙壁（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32)2(

25、35. 3cmlrDsW32665. 0cmbqlW 等于舷側縱桁腹板高度，肘板的厚度及面板（或折邊）尺寸與舷側縱桁相同，此時，舷側縱桁面板可不與艙壁（或艙壁水平桁）焊接； ( 3 ）將舷側縱桁面板的寬度在一個肋距內逐漸加寬，至艙壁處為原寬度的2 倍，并與艙壁焊接。 以上內容根據鋼質內河船舶建造規范（2009）第一篇第2章第7節2.7.4條規定制定。 舭肘板 肋骨與實肋板的連接，對平底浮箱應用舭肘板連接，舭肘板高出肋板的高度應不小于肋骨高度的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，應用舭肘板將肋骨及底縱骨與浮箱底板固定，舭肘板

26、與肋骨的搭接長度應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 肋骨與橫梁應用肘板連接，肘板直角邊長應為橫梁高度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，肘板的自由邊應折邊或設面板，折邊（或面板）的寬度一般為肘板厚度的10倍。 強肋骨與強橫梁應用肘板連接，

27、肘板的厚度與強橫梁腹板厚度相同，其自由邊折邊（或設面板）的要求應符合上條規定。 以上內容根據鋼質內河船舶建造規范（2009）第一篇第2章第7節2.7.5.條相關規定制定。甲板骨架甲板骨架 一般要求 甲板骨架應采用橫骨架式。在對應舷側肋骨處設橫梁，對應強肋骨處設置強橫梁。 車輛甲板骨架由強橫梁、橫梁、縱桁構成。片體內可不必設置縱桁。 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。 車輛甲板橫梁如設梁拱，其高度不應超過浮箱長度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

28、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： 應力計算公式為： 強度條件： 車輛甲板橫梁的剖面模數不小于按下式計算所得之值： 317. 0cmTlW 8maxlPMQWlPQ8maxKWMs 非車輛甲板橫梁的剖面模數W 應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 應不小于按下式計算所得之值： 橫梁穿過甲板縱桁時應與縱桁腹板

29、焊接，且每間隔一個肋位設置單面肘板，也可設置間距不大于 2m的雙面肘板。肘板厚度與縱桁腹板厚度相同。如圖所示。 25cshlW3cml3WI 4cm 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。 最大應力計算公式為： 強度條件： （K為安全系數） 車輛甲板縱桁的剖面模數不小于按下式計算所得之值： 非車輛甲板縱桁的剖面模數W 應不小于按下式計算所得之值： max29PlMpaWKsmax33 . 0cmTlW 2kcbhlW3cm 非通車甲板縱桁受力類似內河船，非車輛甲板縱桁的剖面模數W 應不小于按下式計算所得之值

30、： 根據鋼質內河船舶建造規范（2009）第一篇第2章第8節相關規定確定以下內容： 非車輛甲板縱桁的剖面慣性矩I 應不小于按下式計算所得之值： 甲板縱桁腹板的高度應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應滿足上條要求。 2kcbhlW3cm3cml2.75WI 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逐漸過渡到腹板較低的縱桁，過渡范圍的長度應不小于縱桁高度之差的3倍。 片體甲板的縱桁，應盡量向首尾延伸，不應終斷在同一橫剖面上，相鄰縱桁的末端應相互錯開至少一個肋骨間距，并用肘板與橫向骨材焊牢。 片體內甲板縱桁應盡量與浮箱底龍骨對應。 甲板縱桁

31、與橫艙壁相交處，應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逐漸升高到原高度 1.5 倍；可用肘板連接，肘板高度應不小于縱桁高度，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， 取兩片體內舷間距） 強度條件: 最小剖面模數計算公式：8m

32、axlPMQWlPQ8maxsQlKPW8min 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力時，可將其當做彈性基礎梁計算，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的無因次系數 及其他參數，經整理得：KWMs3/4WIc 35 . 1375. 03min)()(55.19cmTIslWtt4maxPM4348IalItt 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

33、上的力傳遞給相鄰強橫梁，提高連接橋的承載能力。所以連接橋甲板應設置強縱桁。 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，強縱桁間距一般應不超過2m。 通過計算發現，強縱桁尺寸略小于強橫梁即可滿足連接橋甲板結構強度。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 考慮舷伸甲板結構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 ： 舷伸甲板寬度應不大于按下式計算之值：但應不小于0.5。 當外伸長度為0.5m時舷伸甲板在最不利工況下結構應力已遠遠小

34、于許用應力，因此舷伸甲板寬度不小于0.5m。 保證舷伸甲板與浮箱結構的連續性，避免出現應力集中，舷伸甲板骨架應為甲板骨架的等值延伸，并保證在舷側良好的過渡性。 PlM KWMsPKWlsmaxmTWl37. 0 好的過渡性。舷伸甲板骨架應為甲板骨架的等值延伸，并保證在舷側良好的過渡性。舷伸甲板的寬度大于1.0m時，應設置縱桁，其尺寸與車輛甲板縱桁相同。 為保證舷伸甲板結構的整體傳力，應設置封板。沿車輛甲板范圍內，舷伸甲板端部應設封板，其厚度與車輛甲板相同。舷伸甲板連接裝置之間應設置護舷材。 （1）護舷材的兩端和中間應設置肘板，護舷材和肘板的板厚應不小于舷側板的厚度。 （2）護舷材的長度應不影響

35、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 在設置舾裝設備的部位，應視具體情況加設強橫梁，短縱桁或支柱等。（引用鋼質內河船舶建造規范2009第一篇第2章第8節2.8.8規定 ）支柱支柱 根據中國船級社鋼質內河船舶建造規范規定，浮箱應設置支柱。 內容包括：支柱的設置于連接形式、支柱負荷的確定及支柱。 為傳遞甲板上的車輛載荷，保證片體結構的強度，通車甲板下應在每一實肋板與底龍骨的相交位置設置支柱。如下圖，浮箱固冰通道浮箱體內應設置支柱。支柱橫向間距為龍骨間距,縱向間距為實肋板間距。 支柱上下兩端應設置在強骨材

36、上，且應加設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，A 級航區船舶取1.45；B 級航區船舶取1.2；C 級航區船舶取1. 管形支柱和“十”字型組合支柱：查表確定其許用應力。abcPPc43.38.9 其他型式支柱： 剖面積按下式計算： l包括肘板在內的支柱長度 ； r支柱剖面的最小慣性半徑。 210cmPA 2523/10056. 7120/109 . 456.119120/rlrlrlrl時，時，首尾結構首尾結構 一般要求 浮

37、箱結構首端線型應利于破冰，首端舷側設置舷側縱桁，縱桁應位于滿載水線和空載水線之間；尾部線型應利于排冰。（根據鋼質海船入級規范2006第八篇第9章第1節規定制定） 本節內容包括：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 。以上內容根據鋼質內河船舶建造規范（2009）第一篇第2章第13節 規定制定。艙壁艙壁 一般要求 包括浮箱應在首尾各設一道水密橫艙壁，艙壁的高度應延伸至干舷甲板；橫向艙壁的間距及距首尾端的距離均應不大于6倍艙深等內容。 本節內容包括：平面艙壁板 、艙壁扶強材及垂直桁。連接裝置連接裝置 一般要求 車輛甲板強橫梁是甲板結構的主要承載構件，因此甲板強橫梁的儲備強度

38、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置連接鉸鏈能夠保證結構的強度。連接鉸鏈沿每道甲板強橫梁設置。連接鉸鏈應與浮箱體、跳板牢固連接，連接處浮箱體結構及跳板結構應予適當加強。 本節內容為連接鉸鏈、制約擋板。 連接鉸鏈 （1）鉸鏈軸銷的直徑d應滿足下式要求：（2）鉸鏈中心眼板的尺寸滿足下列兩式要求： mmFd27. 100tbF（3）鉸鏈中心眼板的尺寸滿足下列兩式要求： 221ttF 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計。 制約擋板縱向中軸線距甲板邊線距離應不小于1m，且不大于1.5m。 制約擋板橫剖面最小剖面模數應不

39、小于按下式計算之值： 駁船間應設置連接蓋板，且連接蓋板厚度應不小于通車甲板厚度；建議蓋板一側用銷軸連接在駁船端部，以便容易安裝與拆卸。3186. 3cmTlWyTKNlmm后軸設計軸壓，制約擋板探出船體長度，其他其他 護欄護欄 車輛對護欄的沖撞示意圖如下： 根據浮箱固冰通道使用情況,參照高速公路交通安全設施設計及施工技術規范，發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P v車與護欄碰撞時實際行駛速度mNrdgPKjmd/21000mmmmdPmdjrgKMvPsinM車輛質量 防滑條 依

40、據現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。 欄桿中心線欄桿中心線車道總寬b200200200單車道寬度b/2單車道寬度b/220045454545300300 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35 。橡膠條結合壓筋槽細部設計見圖（2）。 三、承載舟強度直接計算三、承載舟強度直接計算結構建模結構建模 1、模型范圍要求包括浮箱固冰通道一個整船體。 2、船體結構有限元網格沿橫向按縱骨間距的1/2， 縱向按肋骨間距的1

41、/2。3、網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節點殼單元模擬，高應力變 化區避免用三角形單元。 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構圖片體內橫艙壁 舟底結構 框架結構 單支耳結構雙支耳結構 支耳鏈接結構 計算載荷計算載荷 （1）車輛載荷 車輛載荷選擇經常通過承載舟的6軸車進行計算，車輪印0.20.3 ，車輛載荷以pressure形式加載。車輪印中、后輪壓力（pressure） 前輪壓力（p

42、ressure） 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系確定冰溫度膨脹力。這種方法是根據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系曲線見圖通過溫度上升率的關系曲線可得到冰膨脹壓力。 本暫行規定假設冰厚大于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計規范（JTJ021-85

43、）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）；為設計冰厚度(m) 冰塊運動速度 (m/s) 系數等于136（S*KN/m3） FKVH22sinFCVHH VHC與冰的計算抗壓強度極限有關的系數 ，4412.922207353.713339804.3100012254.880014715.26673/*mKNSKpac隨角變化的系數 20304555606570756.72.250.50.160.080.040.0160.005計算得到浮冰沖擊力： 當浮冰和浮箱艏相撞時：FKVHKN05.15當浮冰和浮箱舷側相撞時：22sinFCVHH

44、KN44.12H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 水動力網格建立質量模型建立環境參數設定浮態調整波浪載荷計算確定設計波參數設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為鉸支，約束X、Y、Z方向位移。 流冰期 有限元計算結果和實驗值對比有限元計算結果和實驗值對比 將試驗數據通過低頻濾波處理，除去波動頻率較高的部分，找到試驗數據和有限元計算工況對應點，進行比較，對比結果如下圖： 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

45、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，可以發現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，用有限元對結構進行強度校核。 對比結果對比結果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，因為網格尺寸和車輪印大小接近，以面載荷方式加載，考慮面內彎矩，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件的應力響應不同，汽車從不同車道經

46、過浮箱時對各個構件的應力響應也不同。為了研究車輛載荷作用位置對浮箱結構的應力響應的影響，計算車輛從10個車道經過舟橋，每個車道計算160個工況，提取每個通道下各個構件的相當應力極值進行對比。 車道序號12345678910位置 (m)0.511.522.172.332.533.54 對比結果可以看出，每個構件不同車道的最大相當應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

47、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吃水處。Add Add 屈服強度校核標準

48、屈服強度校核標準 屈服強度校核一般借助于屈服因子結構位置甲板板0.75甲板梁0.75橫隔板0.75舷側板0.8舷側肋骨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von Mises應力，其值vm按下式計算 ：yvm235y2/mmN當取時，各結構最大許用應力列于下表 結構分類許用應力甲板板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梁單元軸向應力橫向梁176縱向

49、梁206支柱115連接銷95vmlw屈曲強度校核標準屈曲強度校核標準 屈曲強度的校核同樣利用安全因子，校核公式： recr臨界屈曲應力； crre實際應力 結構位置處的屈曲因子列于右表： 結構位置結構位置甲板板1舷側板1.1甲板梁1舷側肋骨1.2橫隔板1支柱1.2外底板1其他1算例：算例：100噸級浮橋直接計算強度校核噸級浮橋直接計算強度校核 屈服強度校核結果： 甲板骨架序號構件應力成分應力值應力比所在工況危險區域1甲板強橫梁相當應力130.70 69.52%LC1縱向正應力45.86 21.84%LC1橫向正應力46.36 31.97%LC1剪應力31.36 33.01%LC12甲板強橫梁面

50、板軸向應力102.83 58.43%LC13甲板橫梁相當應力31.36 16.68%LC1縱向正應力18.18 8.66%LC1橫向正應力17.79 12.27%LC1剪應力7.91 8.32%LC14甲板縱桁相當應力59.77 31.79%LC1縱向正應力22.08 10.52%LC1橫向正應力25.22 17.39%LC4剪應力31.69 33.36%LC15甲板縱桁面板軸向應力38.30 21.76%LC1舷側骨架序號構件應力成分應力值應力比所在工況危險區域1實肋板相當應力174.45 92.79%LC1縱向正應力62.20 29.62%LC1橫向正應力58.01 40.01%LC1剪應

51、力73.21 77.07%LC12普通肋骨軸向應力69.64 37.04%LC1船底構件序號構件應力成分應力值應力比所在工況危險區域1實肋板相當應力58.83 33.42%LC3縱向正應力19.82 LC1橫向正應力19.82 LC1剪應力24.30 25.58%LC12底肋骨軸向應力42.96 0.228523LC13底縱桁相當應力54.60 29.04%LC3縱向正應力39.54 18.83%LC1橫向正應力39.64 LC1剪應力17.14 18.04%LC34底縱桁面板軸向應力29.47 15.67%LC15底縱骨軸向應力9.85 5.24%LC2主要構件序號構件應力成分應力值應力比所

52、在工況危險區域1甲板相當應力53.02 30.13%LC1縱向正應力48.00 22.86%LC1橫向正應力8.04 LC1剪應力15.19 LC12舷側外板相當應力58.44 31.09%LC1縱向正應力21.61 10.29%LC1橫向正應力21.63 14.92%LC1剪應力29.36 LC13船底板相當應力27.49 14.62%LC1縱向正應力8.50 4.05%LC1橫向正應力13.82 9.53%LC1剪應力13.62 LC14舭列板相當應力40.42 21.50%LC1縱向正應力19.24 9.16%LC1橫向正應力19.38 13.36%LC1剪應力23.26 24.49%L

53、C15橫艙壁相當應力174.91 99.95%LC1縱向正應力36.10 LC1橫向正應力39.43 LC1剪應力66.16 69.64%LC16支柱軸向應力43.11 37.49%LC1屈曲強度校核結果： 計算部位最小屈曲應力比所在設計波工況不合格區域舷側外板25.07 LC1-橫艙壁4.07 LC5-實肋板23.93 LC3-橫框架17.76 LC3-甲板板1.47 LC1-甲板縱桁1.66LC1-工況1 工況2工況3工況5工況1 工況2工況3工況5工況1 工況2工況3工況5工況6結構應力云圖工況7結構應力云圖 通過上述有限元直接計算方法對承載舟17工況進行屈服屈曲強度校核，計算結果表明該承載舟結構均滿足要求，該浮箱固冰通道已經工作接近十年，沒有出現任何強度問題；有限元計算結構和實際符合，說明本文方法給出的校核方法是合理的。四、跳板直接計算四、跳板直接計算結構建模結構建模 按實際比例建立1：1跳板模型，跳板和支耳的連接方式要和實際情況一致；跳板結構建模要求與浮箱體建模求一致。 通過跳板的車輛量信息和浮箱結構應力計算時車輛信息相同，有限元計算加載時，跳板上的靜載荷乘系數1.2作為對車輛的沖擊力考慮 。 設計載荷設計載荷邊界條件邊界條件考慮跳板處于放置狀態，邊界條件如下： 工況：1、車輛中心線與跳板中心線重合通過 2、車