浮桥设计与分析要点

浮桥设计与分析要点

一.浮桥设计和分析的要点

目的是为了说明浮桥设计和分析的程序。

由于浮桥仅是桥梁的一种特殊形式，所以浮桥的设计也应该遵循通用桥梁的一般设计原则，但也需要提出一些针对浮桥的具体标准。

日本防腐蚀工程学会JSCE(是The Japan Society of Corrosion Engineering的英文缩写)基于性能设计格式已经出版了设计指导书。

表4是根据指导书概括出主要设计程序。

二.浮桥设计基本方案考虑要点

路况：

路况的细节，如分类、设计速度、宽度、净空界限、车道等应按道路组织

规划图来设计。

性能：

浮桥最终性能应由在自然载荷作用下，如风、水波、流速、车辆交通等，浮桥的动力学响应特征来判断。

浮桥结构：

对于浮桥结构设计，应该考虑桥体结构，支撑结构，如在高潮汐、低潮汐时或在最大流速情况时水位变化和浮桥结构的运动情况。

浮桥图纸：

桥的设计图，如浮桥位置和类型，应遵循治理该水域的一些原则。设计图还应包括日常维护和管理要求，以确保浮桥高性能运转，同时还应有耐用结构、检查和管理设施说明书。

环境：

在浮桥设计过程中，通过充分观测和研究现场水位来合理地确定河床的高度。

重视桥周围的环境因素，这些因素包括黄河水深度，潮汐变化，流速，风速，风向，水波，渗盐情况，地基条件，浮流物，动物和植物。

浮桥的位置和类型设计应考虑区域规划，包括在自然灾难条件下的疏散路线等。如果需要设置航道通过浮桥段，需考虑航道的宽度，余隙，深度等条件。

浮桥在现场环境的建筑因素也要研究，以尽可能降低其影响。这些因素包括水的流速，动植物及其他环境因素。

三.浮桥基本设计原理

遵循的原则：性能目标与用途，安全，耐用性，质量，易于维修和管理，与环境相和谐，经济性等指标相一致。

选择结构类型：应考虑地形,地质和地理等条件.

浮桥结构数量和全局系统都要满足强度,变形和稳定性等指标要求。

浮桥的使用寿命对环境条件和自然载荷（如风，水波，水流，潮汐变化，湖面次波动）和腐蚀等因素非常敏感。在低循环成本条件下，浮桥的使用寿命一般期望是75-100年。

按照重要性分类，浮桥分为标准型和特别重要型，也即A型浮桥和B型浮桥。表5根据其重要型分别进行了分类。

表6 给出了浮桥状态性能等级分类。状态性能水平为0主要是与其他性能水平1-3相比而言的。针对交通负载，暴风浪，海啸和地震等，浮桥被设计成几种性能级别。

根据重要性系数，浮桥设计时应保证具有表7所列出的对应目标性能水平，如负载载荷、暴风浪、海啸及地震等。

四.浮桥设计载荷

设计载荷

主要包括：静载荷，动载荷，冲击载荷（例如碰撞等），土压力（如锚泊系统里锚桩对浮桥的作用力），流体静压力（包括浮力），风载荷，水波因素（包括膨胀因素），地震因素（包括流体动压力），温度变化因素，水流因素，潮汐变化因素，基础变形因素，支座运动因素，雪载荷，离心荷载，海啸因素，暴风潮因素，湖面波动（次波动），船激波，海震，制动载荷，装配载荷，碰撞载荷（包

括船舶碰撞），浮冰因素和浮冰压力，沿岸运输因素，漂移物体因素，水体等级因素（侵蚀和摩擦）和其他载荷。

表8将这些载荷分为主要载荷P，次要载荷S，等价于主要载荷的特殊载荷PP，还有等价于次要载荷的特殊载荷PA。这些载荷中有些也许不是很重要，但主要设计载荷应包括载荷1，2，6，7，8，11，12，16，17，22和23。

浮力、水波、风及重现周期

浮桥设计过程中，潮汐、海啸、风暴潮等引起的水位变化是控制载荷之一。设计中应考虑风向垂直浮桥轴线情况。风吹过水面时，产生的波浪会对浮桥产生水平方向，竖直方向和扭转载荷。这些载荷取决于风速，风向，持续时间，吹程（风区长度），水道构造和水深。

设计风速是指水面上空10m高度处10分钟时间内的平均速度。对于风和地震等自然载荷在许多情况下就成为关键因素。

在讨论自然载荷的频率时，常使用重现周期这个概念。主导自然载荷（如风速等）的非超过数概率P N可由重现周期和期望使用寿命来得到：

在许多情况下，Q或T 一般假设取为0.5-1。这样，由方程1可知，非超过数概率，也就是设计载荷不出现在使用寿命期间的概率，预计为60%或略低于40%。由于100%的概率对应于事件不可避免地出现，所以从风险管理角度出发，大约50%的概率看上去比较合理。而0概率对应的是为永远不出现的事件投资额外或浪费的钱。以可靠统计记录看出和考虑到危机事件（通常假设100年一次），50年的使用寿命是合理的。

Yumemai浮桥就是这种情形。另外，就建在日本的钢桥而言，平均寿命寿命是30年，然后经过尽可能修复可再使用30年。因此，钢桥总的设计寿命大约为60年。

为了安全，桥上交通应根据风速进行控制。如遇上20年一遇的风暴天气，为了安全和公众舒适度通常需考虑是否关闭交通。这个值应根据浮桥的特性、附近的设施和地区灾难保护计划等因素来确定。例如，风速为20m/s时，规章就要求上报。

不规则水波

通常情况下水波是非常不规则的。它们是由许多种频率成分的规则水波组成。

由于浮桥的固有周期远大于传统桥,因此含有长周期的水波作用影响较大. 就频率而言,波谱代表了水波能量分布。当风从一定水平距离吹过来时，水波不断传播。但经过一定时间后，水波停止逐步增强而变得稳定。

组合式载荷

组合式载荷会对浮桥产生不利的效应，如表9所示，所使用符号如表8中。

潮汐等级被分为以下几类：

地震期间: 在H.W.L.(high water level)和L.W.L.(low water level)之间；

暴风雪期间：在H.H.W.L.(highest H.W.L.)和L.W.L.之间或者在H.H.W.L.和L.L.W.L.(lowest L.W.L.)之间；

使用条件：在H.W.L.和L.W.L.之间；

因此，在海啸期间，不论在H.W.L.和L.W.L.之间的极端潮汐变化还是升高和降低水位，不会出现致命损害。