李東

（寧波公路市政設(shè)計(jì)有限公司，浙江 寧波315016）

1 引言

由于泥沙作用，某些河道河床的地形環(huán)境十分復(fù)雜，建造常規(guī)橋梁的難度較大，且建設(shè)周期長，建造成本高[1-2]。 為解決此類河道兩岸的交通運(yùn)輸問題，承壓舟浮橋應(yīng)運(yùn)而生，該類型橋梁可適應(yīng)不同地形變化的河道，可滿足在浮態(tài)、落灘或者半落灘狀態(tài)下的正常使用， 同時(shí)具備良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，可緩解非通航區(qū)域的交通難題[3-4]。

民用承壓舟經(jīng)過多年發(fā)展，先后歷經(jīng)了四代舟型，當(dāng)前承壓舟設(shè)計(jì)船長和船寬大部分均超過了30 m， 具有很大的儲(chǔ)備浮力。 由于承壓舟規(guī)模越來越大，滿載排水量也越來越高，承壓舟浮橋的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問題也逐漸凸顯， 而承壓舟結(jié)構(gòu)強(qiáng)度主要受結(jié)構(gòu)布置的影響， 不同的結(jié)構(gòu)布置情況會(huì)產(chǎn)生不同的受力情況，從而影響承壓舟的可靠性和安全性[5]。

本文基于前人研究理論和經(jīng)驗(yàn)，通過橫艙壁位置、底封板數(shù)量和連接橋跨度3 個(gè)參數(shù)對(duì)雙體承壓舟的結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期能為工程實(shí)踐提供借鑒。

2 工程背景

本項(xiàng)目水面寬約為60 m，河堤內(nèi)間距約258 m，浮橋總體設(shè)計(jì)為：鋼質(zhì)單甲板雙體承壓舟，總長20 m，船寬18 m，型深1.65 m，設(shè)計(jì)吃水1 m，中間通航為16 m 寬升降連接體（一面各8 m）。為保證浮橋架設(shè)的安全性，擬在浮橋上游距橋面中心線120 m 處放鋼筋混凝土錨，用錨鏈同錨碇舟相連，承壓舟用鋼絲繩同錨碇舟相連，每個(gè)錨碇系1 艘承壓舟。

3 承壓舟結(jié)構(gòu)布置優(yōu)化方案

本文主要針對(duì)上述3 種參數(shù)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

橫艙壁：共設(shè)計(jì)4 種橫艙壁結(jié)構(gòu)布置方案。 方案A（原設(shè)計(jì)方案）為5 道橫艙壁，在車道正下方布置1 個(gè)，并延伸至甲板的橫梁面板下方，其余4 個(gè)橫艙壁左右兩側(cè)各2 個(gè)；方案B在方案一的基礎(chǔ)上，將中間橫艙壁向船首、船尾分別移動(dòng)1 個(gè)強(qiáng)框架間距（1 m）；方案C 在方案一的基礎(chǔ)上，將中間橫艙壁向船中移動(dòng)1 個(gè)強(qiáng)框架間距（1 m）；方案D 將方案一的中間橫艙壁改為2 個(gè)橫艙壁，彼此間隔距離為5 m。

底封板：共設(shè)計(jì)6 種底封板結(jié)構(gòu)布置方案。 方案一為對(duì)照試驗(yàn)組，即不設(shè)置底封板；方案二在連接橋首、尾處各設(shè)置1塊底封板；方案三（原設(shè)計(jì)方案）在連接橋兩側(cè)各布置2 塊底封板；方案四在連接橋兩側(cè)各布置3 塊底封板；方案五在連接橋兩側(cè)各布置4 塊底封板；方案六在連接橋上均勻布設(shè)10 塊底封板。

連接橋跨度：方案Ⅰ（原設(shè)計(jì)方案）連接橋跨度為6 m，分別將其增加至8 m、10 m 和12 m，分別對(duì)應(yīng)方案Ⅱ、方案Ⅲ和方案Ⅳ。

4 結(jié)構(gòu)布置優(yōu)化分析

對(duì)不同結(jié)構(gòu)布置方案下的主要構(gòu)件應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算分析，構(gòu)件包括橫艙壁、甲板強(qiáng)橫梁、欄桿、船體內(nèi)舷板、強(qiáng)肋骨。 分析時(shí)分為兩種工況，一種是汛期橋體處于浮態(tài)狀態(tài)，另一種是枯水期橋體處于半落灘狀態(tài)。

4.1 橫艙壁對(duì)受力的影響

橫艙壁位置對(duì)浮橋不同結(jié)構(gòu)的受力影響規(guī)律如圖1 所示。 從圖1 中可知：橫艙壁位置變化對(duì)橫艙壁處的受力影響最大，當(dāng)浮橋處于浮態(tài)狀態(tài)時(shí)，甲板強(qiáng)橫梁處的應(yīng)力最大，其次為欄桿處，而后依次為船體內(nèi)舷板處、強(qiáng)肋骨處、橫艙壁處。 當(dāng)浮橋處于半落灘狀態(tài)時(shí)，欄桿處的應(yīng)力最大，其次為甲板強(qiáng)橫梁，然后依次為強(qiáng)肋骨處、橫艙壁處、船體內(nèi)舷板處。 與原設(shè)計(jì)方案相比，方案B（橫艙壁向兩側(cè)移動(dòng)間距1 m）對(duì)各結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響較小，但增加中間艙室的長度后，會(huì)降低承壓舟整體的抗沉性，方案C（橫艙壁向中間移動(dòng)間距1 m）對(duì)橫艙壁處的受力有較大的影響，在浮態(tài)狀態(tài)時(shí)，比原方案增加了33.6 MPa，在半落灘狀態(tài)時(shí)，相比原方案增加了83 MPa，方案D（將中間橫艙壁改為2 個(gè)橫艙壁）相比原設(shè)計(jì)方案，橫艙壁處的受力會(huì)有所增大，且當(dāng)橫艙壁數(shù)量增加后，肯定會(huì)使承壓舟的結(jié)構(gòu)重量增加。 因此，對(duì)比各方案對(duì)承壓舟結(jié)構(gòu)受力的影響，認(rèn)為原橫艙壁布置為最佳設(shè)計(jì)方案。

圖1 橫艙壁位置對(duì)承壓舟結(jié)構(gòu)受力的影響

4.2 底封板對(duì)受力的影響

底封板對(duì)承壓舟結(jié)構(gòu)受力的影響規(guī)律如圖2 所示。

圖2 底封板對(duì)承壓舟結(jié)構(gòu)受力的影響

從圖2 中可知：隨著底封板數(shù)量的增加，橫艙壁的受力呈先減小后增大的變化特征，當(dāng)?shù)追獍鍞?shù)量為6～8（方案四或者方案五）塊時(shí)，橫艙壁的最大應(yīng)力最?。患装鍙?qiáng)橫梁、船體內(nèi)舷板以及強(qiáng)肋骨除的最大應(yīng)力隨底封板數(shù)量增加呈先增大后減小的變化特征， 當(dāng)連接橋上均勻布設(shè)10 塊底封板 （方案六）時(shí)，受力最小；欄桿處的最大受力隨底封板數(shù)量增加呈逐漸減小的變化特征，當(dāng)不布設(shè)底封板時(shí)，欄桿在半落灘狀態(tài)下的最大受力超過了屈服應(yīng)力； 合理布設(shè)底封板可以有效改善承壓舟各結(jié)構(gòu)的受力情況，但是原設(shè)計(jì)方案（連接橋兩側(cè)各布置2塊底封板）底封板數(shù)量設(shè)置明顯不足，導(dǎo)致各結(jié)構(gòu)處的應(yīng)力均較大，對(duì)比各底封底板時(shí)的受力情況，當(dāng)?shù)追獍鍞?shù)量為8（方案五）塊時(shí)，各結(jié)構(gòu)處的受力相對(duì)更合理。

4.3 連接橋跨度對(duì)受力的影響

不同連接橋跨度下承壓舟各結(jié)構(gòu)處的受力情況如圖3所示。

圖3 連接橋跨度對(duì)承壓舟結(jié)構(gòu)受力的影響

從圖3 中可知：當(dāng)承壓舟處于浮態(tài)狀態(tài)時(shí)，各結(jié)構(gòu)處的最大受力從大到小依次為甲板強(qiáng)橫梁＞欄桿＞船體內(nèi)舷板＞強(qiáng)肋骨＞橫艙壁，當(dāng)承壓舟處于半落灘狀態(tài)時(shí)，最大受力依次為欄桿＞甲板強(qiáng)橫梁＞強(qiáng)肋骨＞船體內(nèi)舷板＞橫艙壁； 當(dāng)承壓舟處于浮態(tài)狀態(tài)時(shí)，連接橋跨度對(duì)結(jié)構(gòu)受力影響較大，隨著跨度增大，甲板強(qiáng)橫梁、欄桿、船體內(nèi)舷板、強(qiáng)肋骨4 個(gè)結(jié)構(gòu)部位的最大受力逐漸增大，而橫艙壁處的最大受力逐漸減小，當(dāng)承壓舟處于半落灘狀態(tài)時(shí)，連接橋跨度對(duì)結(jié)構(gòu)受力影響較小，隨連接橋跨度增大，結(jié)構(gòu)受力逐漸減小；增加連接橋跨度雖然可能導(dǎo)致浮態(tài)狀態(tài)時(shí)結(jié)構(gòu)受力增大，但也可以減少建設(shè)成本，增強(qiáng)汛期泄流和河中漂浮物通過的能力，跨度從6 m 增加至12 m后， 各結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力均未超過屈服應(yīng)力， 滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求。 因此，在原有設(shè)計(jì)方案下，可合理增加連接橋的跨度。

5 結(jié)語

1）橫艙壁位置變化對(duì)橫艙壁處的受力影響最大，縮短中間橫艙壁或者增加中間橫艙壁， 均會(huì)導(dǎo)致橫艙壁處的受力增大，故建議保持原橫艙壁設(shè)計(jì)方案。

2）原設(shè)計(jì)方案底封板數(shù)量明顯不足，導(dǎo)致各結(jié)構(gòu)受力均較大，建議將原設(shè)計(jì)方案兩側(cè)底封板由各2 塊增加至各4 塊。

3）連接橋跨度增大會(huì)導(dǎo)致浮態(tài)狀態(tài)時(shí)各結(jié)構(gòu)（除橫艙壁）受力增大，但均沒有超過屈服應(yīng)力，增加連接橋跨度可以提升汛期泄流和河中漂浮物通過的能力， 建議將原設(shè)計(jì)6 m 跨度進(jìn)行適當(dāng)增加。