黑龙江水系浮箱固冰通道

1、黑龙江水系浮箱固冰通道黑龙江水系浮箱固冰通道检验暂行规定研究检验暂行规定研究 2014 2014年年7 7月月 浮箱固冰通道系指由浮箱连接搭建的甲板能通行车辆且固置于冰中及浅滩上的特种船舶。浮箱包括专用双体驳船以及用于搭建浮箱固冰通道的现有驳船。 本课题特指由多个具有舷伸甲板或连接桥甲板等过水结构的双体浮箱连接组成的结构，对由驳船搭建的浮箱固冰通道将进行特殊说明。课题简介课题简介 浮箱固冰通道的组成单元即浮箱所处工况环境有冰封期、流冰期，目前我国尚无建造及检验浮箱的相关法规 。“浮箱固冰通道检验暂行规定” 可以为国内黑龙江水系特别是中俄界河浮箱固冰通道的安全技术检验及管理提供具有科学、系统、完

2、整的法律依托，为浮箱固冰通道的设计、建造、营运及管理提供科学实用的依据，以完善我国船舶检验规范体系。课题简介课题简介 一、浮箱固冰通道应力试验测试二、浮箱体结构暂行规定三、浮箱固冰通道强度直接计算四、跳板直接计算五、浮箱固冰通道设备六、浮箱浮态内容内容一、浮箱固冰通道应力试验测试一、浮箱固冰通道应力试验测试 通过对黑龙江现役浮箱固冰通道处于工作状态时的应力等数据的采集，掌握其应力分布与受力特点，为有限元计算提供参考数据。 试验目的：试验目的： DH3817F数采 数量： 2个 笔记本电脑 数量： 2台 应变片 数量： 若干片 导线 数量： 800米 试验设备及器材：试验设备及器材： 试验地点试

3、验地点： 黑龙江省同江市同辉浮箱固冰通道 试验单位试验单位 ： 哈尔滨工程大学船舶与海洋工程力学研究所 黑龙江海事局佳木斯船舶检验处试验浮箱固冰通道主尺度试验浮箱固冰通道主尺度 总 长 22 m 船 宽 24.8 m 船 长 21.8 m 片 体 宽 6 m 片体间距 17.2 m 吃 水 0.4 m 型 深 1.6 m 排 水量 200T 试验通车信息试验通车信息 序号类型方向车前通过浮桥时间车重(KG)车速（m/s）4货车中俄A456PY794月1日9:24232061.95货车中俄A8980E794月1日9:26189011.911货车中俄A207PT794月1日10:08250992.

4、525货车俄中黑D352084月1日12:55375802.126货车中俄黑D351664月1日13:00398602.227货车中俄OM022KB1254月1日13:08208982.328货车中俄黑D351764月1日13:0940480529货车俄中黑D355214月1日13:1739480531货车俄中黑D382554月1日13:22377803.1通车图片展示通车图片展示 试验布点试验布点 试验图片展示试验图片展示 试验数据试验数据 单位（Mpa）辆4拉应力压应力车辆5拉应力压应力车辆11拉应力压应力测点14.52-4.83测点15.29-2.68测点14.91-5.16测点23.0

5、3-7.57测点22.65-9.5测点23.52-6.14测点35-9.02测点36.01-7.57测点35.57-2.14测点45.05-4.56测点43.19-3.73测点43.09-3.69测点519.39-3.06测点513.84-2.45测点54.02-1.23测点612.22-15.84测点68.93-18.63测点611.77-15.47测点78.26-11.43测点78.93-8.6测点78.55-8.02测点80.85-2.63测点80.94-2.84测点81.29-1.94测点924.63-3.86测点919.13-3.98测点91.17-6.91测点101.44-11.5

6、1测点101.35-11.04测点101.4-3.17测点1114.69-10.86测点1113.81-7.69测点1113.6-14.47测点128.81-8.66测点128.36-7.3测点127.02-11.86测点131.75-2.87测点131.93-2.97测点132.79-2.59测点1410.28-1.38测点1410.09-1.83测点1414.71-0.98车辆25拉应力压应力车辆26拉应力压应力车辆27拉应力压应力测点15.21-4.41测点13.5-2.65测点15.37-3.45测点21.76-4.34测点22.22-3.63测点22.56-6.72测点33.84-3

7、.54测点33.54-1.74测点35.55-4.83测点42.96-5.94测点42.21-2.69测点43.29-3.71测点52.39-1.68测点53.12-1.32测点510.36-1.89测点65.26-15.56测点67.28-8.75测点610.63-16.24测点79.74-8.48测点73.76-6.37测点77.95-9.15测点87.84-6.52测点80.83-1.6测点80.87-2.07测点915.08-7.15测点99.5-2.09测点922.45-2.7测点102.16-5.75测点101.55-4.47测点102.22-10.16测点1113.65-2.6测

8、点117.44-7.74测点1112.44-10.64测点127.52-1.85测点125.04-5.42测点127.08-7.87测点132.36-3.26测点132.35-3.48测点132.16-2.86测点142.5-2.02测点146.31-1.51测点1411.98-0.99车辆28拉应力压应力车辆29拉应力压应力车辆31拉应力压应力测点13-1.71测点17.62-2.01测点16.59-2.29测点21.79-3.12测点22.18-8.03测点21.93-4.28测点32.99-1.82测点35.51-2.85测点35.36-2.14测点42.26-1.67测点44.56-2

9、.41测点43.26-2.54测点54.16-0.75测点56.35-4.66测点52.21-2.89测点64.06-8.19测点64.06-26测点63.56-18.25测点73.72-4.54测点714.64-4.8测点710.84-10.38测点80.12-1.82测点80.79-6.11测点81.01-1.95测点97.39-2.47测点922.49-5.31测点927.15-3.07测点101.36-4.42测点102.07-8.5测点102.76-9.12测点117.04-4.26测点1121.51-3.85测点1115.73-1.7测点124.44-3.81测点1211.91-4

10、.9测点128.13-3.24测点131.42-2.18测点132.34-4.18测点132.75-3.41测点146.33-1.13测点1411.02-0.94测点142.46-1.42结论结论 1、试验共测量通车37辆，其中包括大货车27辆，大客车10辆，其中最大车重为40.48吨，最大车速约为5m/s，大多数为6轴大挂车，包括平时通行所有车型，通车吨位也较大，试验数据真实，具有实际意义。 2、从试验数据变化趋势可见，车的动力放大系数不是很明显，测得最大拉应力为27.15Mpa最大压应力为26 Mpa，承载舟结构强度均满足要求 。拉应力响应较大区域拉应力响应较大区域 测点9，甲板横梁靠近横

11、舱壁面板上 测点5，甲板横梁中间面板测点14，连接桥甲板横梁面板压应力响应较大区域压应力响应较大区域 测点6船体舷侧纵骨上 测点2支柱下端测点10横舱壁上端 3、通车方向对结构应力响应关系不大，车辆通行车道位置对结构应力影响很大；车辆从浮桥中间通过时，对结构对结构产生的应力较小，偏于甲板一侧行驶时，对结构产生的应力较大。 二、浮箱体结构暂行规定二、浮箱体结构暂行规定l通则 l焊缝设计 l外板和甲板 l浮箱底骨架l舷侧骨架l甲板骨架l支柱 l首尾结构 l舱壁 l连接装置 l其他 通则通则 该节依据的规范或规定：钢质内河船舶建造规范（2009）车辆运输船舶船体结构指南（2008）内河小型船舶建造规

12、范（2006） 钢制海船入级规范（2006） 河船法定营运检验技术规程（2011） 通则内容：一般要求 、构件尺寸的确定 、构件剖面模数和惯性矩 、构件的跨距点 、构件的布置与连接 、焊接T型材 、材料与焊接 、高强度钢材料的使用 、暴露于低气温下的浮箱体结构用钢的要求 、浮箱体构件蚀耗极限 、浮箱体构件变形极限 、计算半波高 、计算载荷 、通道 、纵坡度 。焊缝设计焊缝设计 该节依据的规范或规定：钢质内河船舶建造规范（2009）船舶焊接检验指南（2008） 焊缝设计内容：一般要求 、填角焊缝 、无损检测 、无损检测的数量 、检测位置 。外板和甲板外板和甲板 浮箱底板 外底板的计算主要考虑水压

13、力与落滩时冰体对浮箱底部的反力。选取计算模型时，浮于水中的浮箱考虑水压作用，对于落滩的浮箱，考虑平整但存在起伏的河底。计算模型为四周刚性固定受均布载荷作用的板模型。 板中最大弯矩为 板中最大应力为 全浮浮箱载荷q： 落滩浮箱载荷q： 落滩修正项， 为货车质量。 22max),max(qakqakkkkMyyxyxqtaktMy222maxmax66)(rDgq)()(MrDgq)(MM 落滩修正项随车重变化曲线绘于下图： 由上图曲线可以看出落滩修正项 与允许通过车重基本成线性关系，其拟合关系式为：7046.00593.0M 板中最大弯矩公式ky值按下表查取（本公式出自船舶结构力学）板的边长比k

14、板的边长比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 强度条件： 由以上条件得底板厚度应不小于按下式计算所得之值：KsmaxmmrDkat)(69.17 最大冰压，根据浮箱固冰通道所在环境的的初始温度和温度上升速率进行确定 冰带区外板需加强，加强外板的厚度不小于按下式计算值：mmbapats)4 .01 (500min 平板龙骨依据钢质内河船舶建造规范（2009）第一篇第2

15、章第3节2.3.1相关规定制定。 舭列板依据钢质内河船舶建造规范（2009）第一篇第2章第3节2.3.3相关规定制定。 舷侧板依据钢质内河船舶建造规范（2009）第一篇第2章第3节2.3.4相关规定制定。 首尾封板依据钢质内河船舶建造规范（2009）第一篇第2章第3节2.3.6相关规定制定。 甲板 甲板板计算时取甲板横梁与纵骨间的板格，横梁间距较小接近轮印宽，因此其计算模型可取为一对边自由支持另一对边刚性固定受均布载荷作用的板模型，横梁边为刚性固定，纵骨边为自由支持。 板中最大弯矩为 板中最大应力为 甲板受载荷q： （Q为设计轴压，为载荷修正系数） 强度条件： （k为安全系数，取1.25）22

16、max),max(qakqakkkMxxyxabQq005KsmaxqtaktMx222maxmax66 表中：a板格刚性固定边边长，m；b板格自由边边长，m； 甲板计算载荷的修正系数 : 板中最大弯矩公式k值按下表查取（本公式出自船舶结构力学）板的边长比k板的边长比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轴双后轴单后轴由以上公式计算得车辆甲板板厚不小于按下式计算之值： 另外，浮箱使用河段水流较急、阴雨天或清晨气温变化时，都会导致甲板潮湿，造成安全隐患。为防止车轮打滑引发事故，车辆甲板上应设有防滑装置。 根据浮箱使用经验及钢质内河船舶建造规范（2009）第一篇第2章第4节2.4.1.1条中对C级航区的规定，非车辆甲板厚度的最小值应不小于3，且应不小于通车甲板板厚的1/2。mmQbakkt)/(41 一般规定 浮箱底骨架宜采用横骨架式, 横骨架式浮箱底应在每个肋位上设置实肋板。若采用纵骨架型式，实肋板间距应不大于

18、2个肋距。 浮箱底纵向构件不应突然中断。浮箱底骨架由一种型式过渡到另一种型式时，应采用增设肘板，或延续构件等办法，相互延伸2个或交错4个肋距。 旁龙骨与实肋板相交时，实肋板应保持连续。底龙骨应尽量均匀设置。靠近舷侧的一根龙骨距舷侧距离不宜大于1，其他位置间距应不大于1.5。 浮箱底骨架浮箱底骨架 实肋板 明水期、流冰期实肋板与冰封期实肋板所受受力压力不同，分别为水压（计入落滩修正系数）和冰压。简化模型为两端自由支持受均布载荷的单跨梁（跨距l为支柱间距 )。 梁内最大弯矩： 梁中最大应力： 明水、流冰期载荷： 冰封期载荷：82maxqlMWKql82maxsrDgq)(1lslqsq)5 . 0

19、(2 冰封期最大冰压q2值按照下表取值： 计入强度条件： 分别得到明水、流冰期和冰封期的最小剖面模数： 实肋板的剖面模数W应不小于上式计算所得之值。 沿车辆甲板范围内，实肋板建议为“T”型组合型材。 Ksmax32)(52. 6cmlrDsW3)5 . 0(665. 0cmqsllsW 中内龙骨 浮箱底应设置中内龙骨，中内龙骨应尽量贯通整个浮箱。浮箱箱体允许以2 根旁内龙骨（左右各1 根）代替中内龙骨。中内龙骨与旁内龙骨不应在舱壁处突然中断，应各自向舱壁的另一面延伸，相互交错不小于3 个肋距；或加过渡性肘板，肘板长度不小于2 个肋距。 中内龙骨腹板的高度和厚度与该处实肋板相同，面板剖面积应不小

20、于实肋板面板剖面积的1.5倍。 中内龙骨在舱壁处中断时应采用下列方式之一与舱壁连接： （1）将中内龙骨腹板在一个肋距内逐渐升高至原高度的1.5倍，中内龙骨的面板应延伸至舱壁并与舱壁焊接： 如图（1）所示： （2）用有面板或折边的肘板与舱壁或垂直桁（或扶强材）连接，肘板的直角边长应等于中内龙骨的高度，肘板的厚度及面板（或折边）尺寸与中内龙骨相同，此时中内龙骨面板可不与舱壁焊接，如图（2）所示。 （3）将中内龙骨面板宽度在一个肋距内逐渐放宽，至舱壁处为原宽度的2 倍，并与舱壁焊接，如图（3）所示。 旁内龙骨 浮箱底应设置旁内龙骨，其尺寸与该处实肋板相同。 旁内龙骨与舱壁的连接方式与中内龙骨处理方式

21、相同。在首、尾部区域内，旁内龙骨的腹板尽可能垂直于外板，若有困难，其夹角应不小于45。 底纵骨 明水期、流冰期实肋板与冰封期实肋板所受受力压力不同，分别为水压（计入落滩修正系数）和冰压。简化模型为两端刚性固定，受均布载荷的单跨梁 （l为纵骨跨距 )。 梁内最大弯矩： 梁中最大应力： 明水、流冰期载荷： 冰封期载荷：srDgq)(1lslqsq)5 . 0(2122maxqlMqKlWS122 冰封期最大冰压q2值按照下表取值： 计入强度条件： 分别得到明水、流冰期和冰封期的最小剖面模数不小于下式： 底纵骨的剖面惯性矩应不小于按下式计算所得之值： (a为纵骨连同带板的剖面积 ） Ksmax32)

22、(35. 4cmlrDsW3)5 . 0(443. 0cmqsllsW421 . 1cmalI 浮箱底纵骨应用肘板与横舱壁连接，肘板的直角边长应为纵骨高度的2 倍，厚度与纵骨相同。 当肘板任一直角边长度与肘板厚度的比值大于30时，肘板的自由边应折边或设面板，折边或面板的宽度一般为肘板厚度的10倍。（钢质内河船舶建造规范2009） 开孔 中内龙骨的腹板上禁止开孔（流水孔除外）。 实肋板与旁内龙骨腹板的下方应开设流水孔。各个流水孔均能自由流通。 一般规定 舷侧骨架应采用横骨架式、强肋骨与普通肋骨相间布置的交替肋骨制结构形式。舷侧应在设置实肋板处设置强肋骨。 强肋骨 强肋骨不仅支持舷侧板承受舷侧水压

23、或冰压，同时承受甲板强横梁传递下来的车辆载荷 ，计算时从屈服强度、稳定性及弯曲强度方面考虑。舷侧骨架舷侧骨架 屈服强度 强度公式： 最小截杆面积公式：稳定性 偏于安全考虑其计算模型选为两端自由支持的压杆。 最小截面惯性矩：弯曲强度 明水、流冰期：强肋骨弯曲强度计算模型选为垂向受线性分布载荷、两端自由支持的单跨梁。 KAPssKPAminEAlIs22min8 . 2 最大弯矩： 强度条件： 最小剖面模数： 冰封期：浮箱强肋骨受冰层冰压和冰下水压共同作用，弯曲强度计算模型所施加载荷随冰厚的增加变化，计算简图如下： 最大弯矩： 强度条件： 最小剖面模数：2max)125. 006415. 0(gl

24、srDMKWMs32)2(35. 3cmlrDsW22max)1 (8lclqcM32665. 0cmqlbW KWMs强肋骨的剖面模数应不小于按下式计算所得之值： 舷侧纵桁当肋骨跨距超过2m时，应设置一道舷侧纵桁。舷侧纵桁的剖面尺寸应与强肋骨相同，且应尽量延伸至首尾。舷侧纵桁应在间距不大于2个肋距的肋骨穿过处设置防倾肘板。 舷侧纵桁在舱壁处选用下列方式之一与舱壁（或舱壁水平桁）连接：( l ）将舷侧纵桁的腹板在一个肋距内逐渐升高至舱壁处，在该处的高度应为原高度的1.5倍，舷侧纵桁面板应延伸至舱壁（或舱壁水平桁）并与之连接；( 2 ）用肘板与舱壁（或舱壁水平桁）连接，肘板的直角边长应32)2(

25、35. 3cmlrDsW32665. 0cmbqlW 等于舷侧纵桁腹板高度，肘板的厚度及面板（或折边）尺寸与舷侧纵桁相同，此时，舷侧纵桁面板可不与舱壁（或舱壁水平桁）焊接； ( 3 ）将舷侧纵桁面板的宽度在一个肋距内逐渐加宽，至舱壁处为原宽度的2 倍，并与舱壁焊接。 以上内容根据钢质内河船舶建造规范（2009）第一篇第2章第7节2.7.4条规定制定。 舭肘板 肋骨与实肋板的连接，对平底浮箱应用舭肘板连接，舭肘板高出肋板的高度应不小于肋骨高度的3倍，舭肘板的宽度约等于中纵剖面处实肋板的高度，舭肘板的厚度取与实肋板相同，如图所示。 对纵骨架式浮箱底板，应用舭肘板将肋骨及底纵骨与浮箱底板固定，舭肘板

26、与肋骨的搭接长度应不小于连接肋骨高度的2倍，如图所示。对横骨架式浮箱底板，肋骨与底肋骨应用舭肘板连接，舭肘板与肋骨及舭肘板与底肋骨的搭接长度应不小于连接肋骨高度的2倍，如上图所示。强肋骨与实肋板用舭肘板连接，舭肘板的直角边长应与实肋板中部腹板高度相同，厚度与实肋板厚度相同。舭肘板的自由边应有折边（或面板），折边（面板）的宽度一般为舭肘板厚度的10倍。 梁肘板 肋骨与横梁应用肘板连接，肘板直角边长应为横梁高度2倍，如图所示，肘板的厚度取与横梁相同。 当肘板任一直角边长与肘板厚度的比值大于30时，肘板的自由边应折边或设面板，折边（或面板）的宽度一般为肘板厚度的10倍。 强肋骨与强横梁应用肘板连接，

27、肘板的厚度与强横梁腹板厚度相同，其自由边折边（或设面板）的要求应符合上条规定。 以上内容根据钢质内河船舶建造规范（2009）第一篇第2章第7节2.7.5.条相关规定制定。甲板骨架甲板骨架 一般要求 甲板骨架应采用横骨架式。在对应舷侧肋骨处设横梁，对应强肋骨处设置强横梁。 车辆甲板骨架由强横梁、横梁、纵桁构成。片体内可不必设置纵桁。 车辆甲板、人行通道甲板前后（沿浮箱长方向）端部由甲板强横梁支撑。 车辆甲板横梁如设梁拱，其高度不应超过浮箱长度1%。 横梁与纵桁 普通横梁与纵桁计算模型：强横梁与纵桁作为边界，所以计算普通横梁与纵桁的边界可近似取为刚性固定。位置简图边界条件计算跨长载荷横梁纵桁作为横

28、梁的刚性固定支座纵桁间距与纵桁和强纵桁间距中的大者计算轮压纵桁强横梁作为纵桁的刚性固定支座强横梁间距计算轮压 甲板横梁 由于连接桥甲板强横梁尺寸大，间距小，贯通片体，而横骨架式连接桥甲板强纵桁间距相对较大且两端自由，考虑到强横梁的安全性，计算模型为承受集中力，两端刚性固定于片体间的单跨梁。 最大弯矩为： 应力计算公式为： 强度条件： 车辆甲板横梁的剖面模数不小于按下式计算所得之值： 317. 0cmTlW 8maxlPMQWlPQ8maxKWMs 非车辆甲板横梁的剖面模数W 应不小于按下式计算所得之值： 非车辆甲板横梁的剖面惯性矩I 应不小于按下式计算所得之值： 横梁穿过甲板纵桁时应与纵桁腹板

29、焊接，且每间隔一个肋位设置单面肘板，也可设置间距不大于 2m的双面肘板。肘板厚度与纵桁腹板厚度相同。如图所示。 25cshlW3cml3WI 4cm 甲板纵桁 甲板纵桁可当作两边刚性固定受双集中力作用的单跨梁计算，其中甲板强横梁作为纵桁的刚性固定支座，计算轮压作为集中力处理。 最大应力计算公式为： 强度条件： （K为安全系数） 车辆甲板纵桁的剖面模数不小于按下式计算所得之值： 非车辆甲板纵桁的剖面模数W 应不小于按下式计算所得之值： max29PlMpaWKsmax33 . 0cmTlW 2kcbhlW3cm 非通车甲板纵桁受力类似内河船，非车辆甲板纵桁的剖面模数W 应不小于按下式计算所得之值

30、： 根据钢质内河船舶建造规范（2009）第一篇第2章第8节相关规定确定以下内容： 非车辆甲板纵桁的剖面惯性矩I 应不小于按下式计算所得之值： 甲板纵桁腹板的高度应不小于横梁穿过处的开孔高度的2 倍，否则开口处的剖面模数应满足上条要求。 2kcbhlW3cm3cml2.75WI 甲板纵桁在同一舱室中的跨距相差较大时，其腹板可做成不等高度，但腹板较高的纵桁应逐渐过渡到腹板较低的纵桁，过渡范围的长度应不小于纵桁高度之差的3倍。 片体甲板的纵桁，应尽量向首尾延伸，不应终断在同一横剖面上，相邻纵桁的末端应相互错开至少一个肋骨间距，并用肘板与横向骨材焊牢。 片体内甲板纵桁应尽量与浮箱底龙骨对应。 甲板纵桁

31、与横舱壁相交处，应与横舱壁垂直桁或扶强材对准，将纵桁腹板在一个肋骨间距内逐渐升高到原高度 1.5 倍；可用肘板连接，肘板高度应不小于纵桁高度，厚度与腹板厚度相同，面板与纵桁面板相同；也可采用纵桁面板宽度在一个肋骨间距内逐渐加宽，至横舱壁处为原宽度的2倍，再与横舱壁焊接的方法。 连接桥甲板强横梁 连接桥甲板强横梁：其尺寸大，间距小，贯通片体，而连接桥甲板强纵桁间距相对较大且两端自由，故在计算强横梁时可近似略去强纵桁的支持作用，将其视为承受集中力 ，两端刚性固定于片体间的单跨梁，计算简图如下： 模型中最大弯矩为： （连接桥甲板强横梁跨距， 取两片体内舷间距） 强度条件: 最小剖面模数计算公式：8m

32、axlPMQWlPQ8maxsQlKPW8min 连接桥甲板强纵桁 连接桥甲板强纵桁计算模型：计算连接桥甲板强纵桁中的应力时，可将其当做弹性基础梁计算，其计算简图如下图： 最大弯矩： （ ） 强度条件： 计及剖面惯性矩与最小剖面模数的无因次系数 及其他参数，经整理得：KWMs3/4WIc 35 . 1375. 03min)()(55.19cmTIslWtt4maxPM4348IalItt 通过实际使用及有限元计算，对于非通车甲板，强横梁尺寸按甲板纵桁取值能够满足强度要求。非车辆甲板强横梁尺寸与甲板纵桁相同。 连接桥甲板强横梁跨距较大，设置强纵桁不仅可以提高连接桥的纵向强度，同时可以将单根强横梁

33、上的力传递给相邻强横梁，提高连接桥的承载能力。所以连接桥甲板应设置强纵桁。 为保证横梁的强度，强纵桁作为横梁的边界支撑，因此其间距不宜过大。通过有限元计算及实际使用，强纵桁间距一般应不超过2m。 通过计算发现，强纵桁尺寸略小于强横梁即可满足连接桥甲板结构强度。但从建造工艺考虑，强纵桁与强横梁尺寸相同易于建造。通过实际浮箱使用，取强纵桁与强横梁尺寸相同这一方案切实可行。 舷伸甲板 考虑舷伸甲板结构强度时可将其当做悬臂梁计算，计算简图如下： 梁中最大弯矩为： 强度条件： 整理得 ： 舷伸甲板宽度应不大于按下式计算之值：但应不小于0.5。 当外伸长度为0.5m时舷伸甲板在最不利工况下结构应力已远远小

34、于许用应力，因此舷伸甲板宽度不小于0.5m。 保证舷伸甲板与浮箱结构的连续性，避免出现应力集中，舷伸甲板骨架应为甲板骨架的等值延伸，并保证在舷侧良好的过渡性。 PlM KWMsPKWlsmaxmTWl37. 0 好的过渡性。舷伸甲板骨架应为甲板骨架的等值延伸，并保证在舷侧良好的过渡性。舷伸甲板的宽度大于1.0m时，应设置纵桁，其尺寸与车辆甲板纵桁相同。 为保证舷伸甲板结构的整体传力，应设置封板。沿车辆甲板范围内，舷伸甲板端部应设封板，其厚度与车辆甲板相同。舷伸甲板连接装置之间应设置护舷材。 （1）护舷材的两端和中间应设置肘板，护舷材和肘板的板厚应不小于舷侧板的厚度。 （2）护舷材的长度应不影响

35、连接销的安装，且不小于相邻两组连接装置中心距的50%，宽度应小于连接装置孔中心至外伸舷封板的距离，肘板的高度不小于横梁高度。局部加强 在设置舾装设备的部位，应视具体情况加设强横梁，短纵桁或支柱等。（引用钢质内河船舶建造规范2009第一篇第2章第8节2.8.8规定 ）支柱支柱 根据中国船级社钢质内河船舶建造规范规定，浮箱应设置支柱。 内容包括：支柱的设置于连接形式、支柱负荷的确定及支柱。 为传递甲板上的车辆载荷，保证片体结构的强度，通车甲板下应在每一实肋板与底龙骨的相交位置设置支柱。如下图，浮箱固冰通道浮箱体内应设置支柱。支柱横向间距为龙骨间距,纵向间距为实肋板间距。 支柱上下两端应设置在强骨材

36、上，且应加设垫板和肘板并与强骨材牢固焊接。 车辆甲板下支柱的负荷P： Pc 车轴的最大负荷，t，对于叉式装卸车，总重量应算再同一根轴上； a 支柱所支持甲板面积的长度，m； b 支柱所支持甲板面积的宽度，m； c系数，A 级航区船舶取1.45；B 级航区船舶取1.2；C 级航区船舶取1. 管形支柱和“十”字型组合支柱：查表确定其许用应力。abcPPc43.38.9 其他型式支柱： 剖面积按下式计算： l包括肘板在内的支柱长度 ； r支柱剖面的最小惯性半径。 210cmPA 2523/10056. 7120/109 . 456.119120/rlrlrlrl时，时，首尾结构首尾结构 一般要求 浮

37、箱结构首端线型应利于破冰，首端舷侧设置舷侧纵桁，纵桁应位于满载水线和空载水线之间；尾部线型应利于排冰。（根据钢质海船入级规范2006第八篇第9章第1节规定制定） 本节内容包括：板型首柱及型材首柱 、首尖舱骨架、尾封板及平头型浮箱首封板骨架 。以上内容根据钢质内河船舶建造规范（2009）第一篇第2章第13节 规定制定。舱壁舱壁 一般要求 包括浮箱应在首尾各设一道水密横舱壁，舱壁的高度应延伸至干舷甲板；横向舱壁的间距及距首尾端的距离均应不大于6倍舱深等内容。 本节内容包括：平面舱壁板 、舱壁扶强材及垂直桁。连接装置连接装置 一般要求 车辆甲板强横梁是甲板结构的主要承载构件，因此甲板强横梁的储备强度

38、较大。通过有限元计算以及实船的使用，在每一甲板强横梁的端部设置连接铰链能够保证结构的强度。连接铰链沿每道甲板强横梁设置。连接铰链应与浮箱体、跳板牢固连接，连接处浮箱体结构及跳板结构应予适当加强。 本节内容为连接铰链、制约挡板。 连接铰链 （1）铰链轴销的直径d应满足下式要求：（2）铰链中心眼板的尺寸满足下列两式要求： mmFd27. 100tbF（3）铰链中心眼板的尺寸满足下列两式要求： 221ttF 制约挡板 驳船式固冰通道，一般采用制约挡板约束驳船之间的垂向位移，制约挡板可按下图形式进行设计。 制约挡板纵向中轴线距甲板边线距离应不小于1m，且不大于1.5m。 制约挡板横剖面最小剖面模数应不

39、小于按下式计算之值： 驳船间应设置连接盖板，且连接盖板厚度应不小于通车甲板厚度；建议盖板一侧用销轴连接在驳船端部，以便容易安装与拆卸。3186. 3cmTlWyTKNlmm后轴设计轴压，制约挡板探出船体长度，其他其他 护栏护栏 车辆对护栏的冲撞示意图如下： 根据浮箱固冰通道使用情况,参照高速公路交通安全设施设计及施工技术规范，发生碰撞时碰撞角度一般不超过15度。 （1）载重汽车轮胎刚度按下式估算 单胎负荷能力，kg ； 最大外直径， 静负荷半径， 重力加速度。 （2）冲撞力P v车与护栏碰撞时实际行驶速度mNrdgPKjmd/21000mmmmdPmdjrgKMvPsinM车辆质量 防滑条 依

40、据现有浮箱防滑条图纸给出的尺寸得到，通道在冬季通车会因冰雪等因素会变光滑，所以将防滑条间距定为200mm。 栏杆中心线栏杆中心线车道总宽b200200200单车道宽度b/2单车道宽度b/220045454545300300 或者采取在浮箱固冰通道甲板板架的每个板格中央压制沿桥轴线方向的压筋，压筋在方舟上的布置见图（1）;制作与压筋形状相同的橡胶防滑条，其表面高于四周的防护板条35 。橡胶条结合压筋槽细部设计见图（2）。 三、承载舟强度直接计算三、承载舟强度直接计算结构建模结构建模 1、模型范围要求包括浮箱固冰通道一个整船体。 2、船体结构有限元网格沿横向按纵骨间距的1/2， 纵向按肋骨间距的1

41、/2。3、网格形状尽量接近正方形，长宽比不能超过3。 4、承载舟所有板材用4节点壳单元模拟，高应力变 化区避免用三角形单元。 5、骨材单元如果腹板宽度大于0.2m，需要用板 单元模拟，其他用两单元模拟。 6、支耳处需要模拟真实情况，链接销用梁单元模拟， 并用MPC进行约束。100吨级浮箱固冰通道单体模型效果图全船模型板厚显示图甲板下部结构图片体内横舱壁 舟底结构 框架结构 单支耳结构双支耳结构 支耳链接结构 计算载荷计算载荷 （1）车辆载荷 车辆载荷选择经常通过承载舟的6轴车进行计算，车轮印0.20.3 ，车辆载荷以pressure形式加载。车轮印中、后轮压力（pressure） 前轮压力（p

42、ressure） 以单元面力施加车轮载荷整船模型 按温度上升率与最大冰压的关系确定冰温度膨胀力。这种方法是根据由实验资料绘制的最大冰压和达到最大冰压力的时间与温度上升率的关系曲线见图通过温度上升率的关系曲线可得到冰膨胀压力。 本暂行规定假设冰厚大于0.5米没有温度变化，0.5米以上冰的温度变化和空气变化率的0.5倍。 （2）冰温度膨胀力 计算时取极限情况及：冰内温度上升率取为4/h，初始温度为-23.4。按图查得最大冰压力为0.16MPa。（3）冰温度膨胀力加载： 浮箱无法承受春季大量流冰的撞击作用，因此必须在春季流冰开始之前拆卸。秋季搭建初期小量流冰撞击力按路桥涵设计规范（JTJ021-85

43、）给出的 公式计算。（4）流冰撞击力计算 当冰块垂直撞击时： 当撞击夹角小于80时： 冰块面积（m2）；为设计冰厚度(m) 冰块运动速度 (m/s) 系数等于136（S*KN/m3） FKVH22sinFCVHH VHC与冰的计算抗压强度极限有关的系数 ，4412.922207353.713339804.3100012254.880014715.26673/*mKNSKpac随角变化的系数 20304555606570756.72.250.50.160.080.040.0160.005计算得到浮冰冲击力： 当浮冰和浮箱艏相撞时：FKVHKN05.15当浮冰和浮箱舷侧相撞时：22sinFCVHH

44、KN44.12H式中：冰块面积49（m2） 冰厚度0.2（m） 冰块撞击角度为55流冰压力的加载：波浪载荷计算 水动力网格建立质量模型建立环境参数设定浮态调整波浪载荷计算确定设计波参数设计波波浪载荷波浪载荷计算流程如图 边界条件确定 冰封期 冰封期时浮箱底边界条件设为铰支，约束X、Y、Z方向位移。 流冰期 有限元计算结果和实验值对比有限元计算结果和实验值对比 将试验数据通过低频滤波处理，除去波动频率较高的部分，找到试验数据和有限元计算工况对应点，进行比较，对比结果如下图： 测点2有限元计算和试验对比 测点3有限元计算和试验对比 测点5有限元计算和试验对比 测点9有限元计算和试验对比 测点10有

45、限元计算和试验对比 测点14有限元计算和试验对比 1、通过上测点2、5、9、10、14比较，可以发现有限元计算变化趋势和试验值变化趋势基本相同，说明上述加载方式施加载荷是正确的，可以通过上述加载方式，用有限元对结构进行强度校核。 对比结果对比结果2、从三种方案计算效果和试验对比可知道方案二和试验值更加接近，因为网格尺寸和车轮印大小接近，以面载荷方式加载，考虑面内弯矩，和实际作用力效果最接近，因此在进行有限元强度直接校核时选用方案二进行计算。 校核工况的确定校核工况的确定 1、冰封期 冰封期工况主要确定车辆作用在浮箱上的位置。汽车行驶在一个车道不同位置处对各个构件的应力响应不同，汽车从不同车道经

46、过浮箱时对各个构件的应力响应也不同。为了研究车辆载荷作用位置对浮箱结构的应力响应的影响，计算车辆从10个车道经过舟桥，每个车道计算160个工况，提取每个通道下各个构件的相当应力极值进行对比。 车道序号12345678910位置 (m)0.511.522.172.332.533.54 对比结果可以看出，每个构件不同车道的最大相当应力所处工况位置基本变化不大；横向舱壁、甲板横梁、实肋板和甲板纵桁随车道变化应力变化比较明显。 计算工况吃水位置描述简图工况1无载重车后轮组位于浮箱体中间，外轮距连接桥甲板边缘0.5m，舭部受冰温度膨胀力；工况2无载重车后轮组位于校核支柱中间，外轮距连接桥甲板边缘1m，舭

47、部受冰温度膨胀力；工况3无后轮载荷作用在校核甲板纵行上方，车轮右边外侧距连接桥边缘2.5m；浮箱舭部受冰膨胀力；工况4无载重车后轮组位于校核横向舱壁正上方通过，舭部受冰温度膨胀力；工况5无两车的后轮组同时作用在浮箱中间，外轮距连接桥甲板边缘0.5m，舭部受冰温度膨胀力；2、流冰期 流冰期浮箱主要承受静水浮力、波浪载荷、流冰的撞击力、水流阻力和锚缆的拉力，确定校核工况时，主要考虑流冰撞击力的撞击形式。 工况6水浮力，中拱波浪动载荷，水流阻力，锚缆拉力，冰冲击载荷作用在浮箱艏部吃水处；工况7水浮力，中垂波浪动载荷，水流阻力，锚缆拉力，冰冲击载荷作用在浮箱舷侧吃水处。Add Add 屈服强度校核标准

48、屈服强度校核标准 屈服强度校核一般借助于屈服因子结构位置甲板板0.75甲板梁0.75横隔板0.75舷侧板0.8舷侧肋骨0.8支柱0.8外底板0.8其他0.8对于直接计算中强度校核所用的von Mises应力，其值vm按下式计算 ：yvm235y2/mmN当取时，各结构最大许用应力列于下表 结构分类许用应力甲板板176/k210/k145/k95/k甲板梁176/k210/k145/k95/k横隔板176/k210/k145/k95/k舷侧板188/k210/k145/k115/k外底板188/k210/k145/k95/k其他188/k210/k145/k95/k梁单元轴向应力横向梁176纵向

49、梁206支柱115连接销95vmlw屈曲强度校核标准屈曲强度校核标准 屈曲强度的校核同样利用安全因子，校核公式： recr临界屈曲应力； crre实际应力 结构位置处的屈曲因子列于右表： 结构位置结构位置甲板板1舷侧板1.1甲板梁1舷侧肋骨1.2横隔板1支柱1.2外底板1其他1算例：算例：100吨级浮桥直接计算强度校核吨级浮桥直接计算强度校核 屈服强度校核结果： 甲板骨架序号构件应力成分应力值应力比所在工况危险区域1甲板强横梁相当应力130.70 69.52%LC1纵向正应力45.86 21.84%LC1横向正应力46.36 31.97%LC1剪应力31.36 33.01%LC12甲板强横梁面

50、板轴向应力102.83 58.43%LC13甲板横梁相当应力31.36 16.68%LC1纵向正应力18.18 8.66%LC1横向正应力17.79 12.27%LC1剪应力7.91 8.32%LC14甲板纵桁相当应力59.77 31.79%LC1纵向正应力22.08 10.52%LC1横向正应力25.22 17.39%LC4剪应力31.69 33.36%LC15甲板纵桁面板轴向应力38.30 21.76%LC1舷侧骨架序号构件应力成分应力值应力比所在工况危险区域1实肋板相当应力174.45 92.79%LC1纵向正应力62.20 29.62%LC1横向正应力58.01 40.01%LC1剪应

51、力73.21 77.07%LC12普通肋骨轴向应力69.64 37.04%LC1船底构件序号构件应力成分应力值应力比所在工况危险区域1实肋板相当应力58.83 33.42%LC3纵向正应力19.82 LC1横向正应力19.82 LC1剪应力24.30 25.58%LC12底肋骨轴向应力42.96 0.228523LC13底纵桁相当应力54.60 29.04%LC3纵向正应力39.54 18.83%LC1横向正应力39.64 LC1剪应力17.14 18.04%LC34底纵桁面板轴向应力29.47 15.67%LC15底纵骨轴向应力9.85 5.24%LC2主要构件序号构件应力成分应力值应力比所

52、在工况危险区域1甲板相当应力53.02 30.13%LC1纵向正应力48.00 22.86%LC1横向正应力8.04 LC1剪应力15.19 LC12舷侧外板相当应力58.44 31.09%LC1纵向正应力21.61 10.29%LC1横向正应力21.63 14.92%LC1剪应力29.36 LC13船底板相当应力27.49 14.62%LC1纵向正应力8.50 4.05%LC1横向正应力13.82 9.53%LC1剪应力13.62 LC14舭列板相当应力40.42 21.50%LC1纵向正应力19.24 9.16%LC1横向正应力19.38 13.36%LC1剪应力23.26 24.49%L

53、C15横舱壁相当应力174.91 99.95%LC1纵向正应力36.10 LC1横向正应力39.43 LC1剪应力66.16 69.64%LC16支柱轴向应力43.11 37.49%LC1屈曲强度校核结果： 计算部位最小屈曲应力比所在设计波工况不合格区域舷侧外板25.07 LC1-横舱壁4.07 LC5-实肋板23.93 LC3-横框架17.76 LC3-甲板板1.47 LC1-甲板纵桁1.66LC1-工况1 工况2工况3工况5工况1 工况2工况3工况5工况1 工况2工况3工况5工况6结构应力云图工况7结构应力云图 通过上述有限元直接计算方法对承载舟17工况进行屈服屈曲强度校核，计算结果表明该承载舟结构均满足要求，该浮箱固冰通道已经工作接近十年，没有出现任何强度问题；有限元计算结构和实际符合，说明本文方法给出的校核方法是合理的。四、跳板直接计算四、跳板直接计算结构建模结构建模 按实际比例建立1：1跳板模型，跳板和支耳的连接方式要和实际情况一致；跳板结构建模要求与浮箱体建模求一致。 通过跳板的车辆量信息和浮箱结构应力计算时车辆信息相同，有限元计算加载时，跳板上的静载荷乘系数1.2作为对车辆的冲击力考虑 。 设计载荷设计载荷边界条件边界条件考虑跳板处于放置状态，边界条件如下： 工况：1、车辆中心线与跳板中心线重合通过 2、车