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1. Eine schwimmende Pontonbrücke bezieht sich auf eine Brücke, die mit einem Boot oder einem Pontontank anstelle von Brückenpfeilern auf der Wasseroberfläche schwimmt. Die schwimmende Pontonbrücke besteht aus einem schwimmenden Pier, einer Platte, einem Verteilerbalken und einem Kabelluftsystem.
2. Grundlegende Überlegungen zum Design einer schwimmenden Pontonbrücke
Straßenzustand, Leistung, Pontonstruktur, Pontonzeichnungen, Umgebung
3. Grundlegendes Konstruktionsprinzip einer schwimmenden Pontonbrücke
Zu befolgende Grundsätze: Die Leistungsziele stimmen mit dem Zweck überein, Sicherheit, Haltbarkeit, Qualität, einfache Wartung und Verwaltung, Harmonie mit der Umwelt, Wirtschaftlichkeit und anderen Indikatoren.
Bei der Wahl des Bauwerkstyps sind topografische, geologische und geographische Gegebenheiten zu berücksichtigen.
Die Anzahl der Pontonkonstruktionen und das Gesamtsystem sollten den Anforderungen an Festigkeit, Verformung und Stabilität genügen.
Die Lebensdauer einer schwimmenden Pontonbrücke hängt sehr empfindlich von Umweltbedingungen und Faktoren wie natürlichen Belastungen (wie Wind, Wasserwellen, Strömung, Gezeitenwechsel, Unterschwankungen der Seeoberfläche) und Korrosion ab. Unter der Bedingung niedriger Zykluskosten wird im Allgemeinen eine Lebensdauer der schwimmenden Pontonbrücke von 75 bis 100 Jahren erwartet.
Entsprechend der Wichtigkeitsklassifizierung werden schwimmende Pontonbrücken in Standardtypen und besonders wichtige Typen unterteilt, d. h. schwimmende Pontonbrücken vom Typ A und schwimmende Pontonbrücken vom Typ B. Die schwimmende Pontonbrücke A unterscheidet sich von der schwimmenden Pontonbrücke B. B schwimmende Pontonbrücken sind unterteilt in: Schnellstraßen, städtische Schnellstraßen, ausgewiesene Stadtstraßen, normale Nationalstraßen, Doppelkreuzungen, Viadukte, Eisenbahnbrücken, insbesondere wichtige lokale und kommunale Brücken.
Die folgende Tabelle gibt die Klassifizierung der Status-Leistungsniveaus der schwimmenden Pontonbrücke an. Eine Landesleistungsstufe 0 wird überwiegend mit anderen Leistungsstufen 1-3 verglichen. Für Verkehrslasten, Sturmwellen, Tsunamis und Erdbeben sind die Pontons in mehreren Leistungsstufen ausgelegt.
Je nach Wichtigkeitsfaktor sollte die Konstruktion der schwimmenden Pontonbrücke sicherstellen, dass sie das entsprechende in Tabelle 7 aufgeführte Zielleistungsniveau aufweist, z. B. Belastung, Sturmwelle, Tsunami und Erdbeben.
4. Bemessungslast einer schwimmenden Pontonbrücke
Bemessungslast
Es umfasst hauptsächlich: Statische Belastung, dynamische Belastung, Stoßbelastung (z. B. Kollision usw.), Erddruck (z. B. der Ankerpfahl im Verankerungssystem auf der schwimmenden Pontonbrücke), hydrostatischer Druck (einschließlich Auftrieb), Windlast, Wasserwellenfaktor (einschließlich Ausdehnungsfaktor), seismischer Faktor (einschließlich hydrodynamischer Druck), Temperaturänderungsfaktor, Wasserströmungsfaktor, Gezeitenänderungsfaktor, Fundamentverformungsfaktor, Stützbewegungsfaktor usw. Schneelast, Zentrifugallast, Tsunami-Faktor, Sturmflutfaktor, Seefluktuation (sekundäre Fluktuation), Schiffsstoßwelle, Seeschock, Bremslast, Montagelast, Kollisionslast (einschließlich Schiffskollision), Packeisfaktor und Packeisdruck, Küstentransportfaktor, Faktor treibendes Objekt, Wasserklassenfaktor (Erosion und Reibung) und andere Belastungen.
Auftrieb, Wasserwelle, Wind und Wiederholungsperiode
Bei der Konstruktion der schwimmenden Pontonbrücke ist die durch Gezeiten, Tsunamis und Sturmfluten verursachte Wasserstandsänderung eine der Kontrolllasten. Die vertikale Achse der schwimmenden Pontonbrücke sollte bei der Konstruktion berücksichtigt werden. Wenn der Wind über das Wasser weht, erzeugen die entstehenden Wellen horizontale, vertikale und Torsionskräfte auf der schwimmenden Pontonbrücke. Diese Belastungen sind abhängig von Windgeschwindigkeit, -richtung, -dauer, Windlänge (Windzonenlänge), Kanalstruktur und -tiefe.
Die Auslegungswindgeschwindigkeit ist die Durchschnittsgeschwindigkeit über einen Zeitraum von 10 Minuten in einer Höhe von 10 m über dem Wasser. Natürliche Belastungen wie Winde und Erdbeben sind in vielen Fällen ein entscheidender Faktor.
Unregelmäßige Wasserwelle
Normalerweise sind Wasserwellen sehr unregelmäßig. Sie bestehen aus regelmäßigen Wasserwellen mit vielen Frequenzkomponenten.
Da die natürliche Periode der schwimmenden Pontonbrücke viel länger ist als die der herkömmlichen Brücke, ist die Wirkung von Wasserwellen mit langer Periode größer. Das Spektrum repräsentiert frequenzmäßig die Energieverteilung von Wasserwellen. Wenn der Wind aus einer bestimmten horizontalen Entfernung weht, breiten sich die Wasserwellen weiter aus. Aber nach einer gewissen Zeit hört die Wasserwelle auf, sich allmählich zu verstärken und wird stabil.
Kombinierte Ladung
Die kombinierte Belastung wird sich negativ auf die schwimmende Pontonbrücke auswirken.
Die Gezeitenstände sind in die folgenden Kategorien unterteilt:
Bei Erdbeben: zwischen HWL (Hochwasserstand) und LWL (Niedrigwasserstand);
Bei Schneestürmen: zwischen HHWL (höchster HWL) und LWL oder zwischen HHWL und LLWL (niedrigster LWL);
Nutzungsbedingungen: zwischen HWL und LWL
Somit treten bei Tsunamis keine tödlichen Schäden auf, weder durch extreme Gezeitenwechsel zwischen HWL und LWL noch durch steigende und sinkende Wasserstände.
5. Schwimmendes Pontonbrückenmaterial
Gängige Materialien sind Stahl und Beton.
Im Allgemeinen sollte zuerst die Korrosion der Pontonstruktur berücksichtigt werden. Da die Wasserdichtigkeit von Beton sehr wichtig ist, wird bei der Herstellung schwimmender Pontonbrücken im Allgemeinen wasserdichter Beton oder Meeresbeton verwendet. Darunter können mittelschmelzender Portlandzement, Portland-Hochofenschlackenzement und Portland-Flugstaubzement zur Herstellung schwimmender Pontonbrücken verwendet werden. Die Peristaltik- und Kontraktionseffekte der Struktur müssen nur berücksichtigt werden, wenn der Tank trocken ist. Daher müssen die oben genannten Effekte nicht berücksichtigt werden, sobald der Tank zu Wasser gelassen wird. Hochleistungsbeton wie Flugstaub und Quarzpulver eignet sich am besten für die Herstellung von schwimmenden Tanks.
Die im Verankerungssystem verwendeten Materialien sollten entsprechend den Designzielen, der Umgebung, der Haltbarkeit und der Wirtschaftlichkeit ausgewählt werden.
Aufgrund der korrosiven Umgebung ist ein Korrosionsschutz erforderlich, insbesondere in Teilen unterhalb des durchschnittlichen Wasserspiegels (MLWL), wo es zu ernsthafter lokaler Korrosion kommt. Für solche Teile wird im Allgemeinen ein kathodischer Schutz angewendet.
Die Oberflächenbehandlung wird im Allgemeinen im Rahmen der LWL-Oberflächenbehandlung angewendet. Zu den Methoden der Oberflächenbehandlung gehören Lackieren, Hinzufügen organischer Materialoberflächen, mineralischer Fettoberflächen, anorganischer Materialoberflächen usw. Anorganische Oberflächenbehandlungen umfassen Metallbeschichtungen wie Titanbeschichtungen, Edelstahloberflächen, Zink, Aluminium, Aluminiumlegierungen usw. Der Einfluss der Wassertiefe auf die Korrosionsrate hängt von der Umgebung ab.
Spritzkorrosion ist am schwerwiegendsten und ihre Obergrenze kann je nach Installation der Struktur bestimmt werden.
Das Ebbe-Flut-Gebiet ist die raueste Umgebung und die Korrosionsrate variiert stark mit der Tiefe.
In der Salzwasserzone wird die Umgebung gemäßigter. Unter bestimmten Bedingungen wie Strömungen und erhöhtem Schiffsverkehr kann die Korrosion jedoch beschleunigt werden.
Die Umgebung der Bodenschicht unter dem Meeresboden hängt von der Salzdichte, dem Verschmutzungsgrad und den klimatischen Bedingungen ab, die Korrosionsrate ist jedoch relativ stabil.
Hinweis: Im Vergleich zur festen Struktur ändert sich die schwimmende Pontonbrücke mit der Wasseroberfläche, sodass Ebbe und Flut nicht vorhanden sind.
6. Grenzzustand der schwimmenden Pontonbrücke
Die schwimmende Pontonbrücke sollte über eine ausreichende Kapazität verfügen, um potenziellen Gefahren wie Schiffen, Trümmern, Holz, Überschwemmungen, dem Versagen des Festmacherseils und der vollständigen Trennung der Brücke nach einem seitlichen oder schrägen Bruch standzuhalten.
Obwohl das Wasser für den Auftrieb der schwimmenden Pontonbrücke sorgt, wird das Wasser, wenn es in das Innere der schwimmenden Pontonbrücke eindringt, nach und nach die schwimmende Pontonbrücke beschädigen und schließlich zum Untergang der Brücke führen. Dies ist das aktuelle Forschungsproblem der schwimmenden Pontonbrücke.
7. Spezifischer Entwurf und Analyse einer schwimmenden Pontonbrücke
Stabilität: bezieht sich auf die Fähigkeit des Schiffes, sich unter der Einwirkung äußerer Kräfte zu neigen und nach dem Verschwinden der äußeren Kräfte in die ursprüngliche Gleichgewichtsposition zurückzukehren.
Drei Gleichgewichtszustände:
1) Stabiles Gleichgewicht: G liegt unter M und Schwerkraft und Auftrieb bilden nach der Neigung ein Stabilitätsdrehmoment.
2) Instabiles Gleichgewicht: G liegt über M und Schwerkraft und Auftrieb bilden nach dem Kippen ein Kippmoment.
3) Zufälliges Gleichgewicht: G und M fallen zusammen, und Schwerkraft und Auftrieb wirken nach der Neigung auf derselben vertikalen Linie, ohne Drehmoment.
Der Zusammenhang zwischen Stabilität und Schiffsnavigation:
1) Die Stabilität ist zu groß und das Schiff schwingt heftig, was zu Unannehmlichkeiten für das Personal, einer unbequemen Verwendung von Navigationsinstrumenten, einer leichten Beschädigung der Rumpfstruktur und einer leichten Verschiebung der Ladung im Laderaum führt und somit die Sicherheit des Schiffes gefährdet.
2) Die Stabilität ist zu gering, die Kenterschutzfähigkeit des Schiffes ist schlecht, es kommt leicht zu einem großen Neigungswinkel, einer langsamen Erholung, und das Schiff liegt lange Zeit auf der Wasseroberfläche geneigt und die Navigation ist ineffektiv.
Wie bei Booten hängt das Umkippen von Pontons mit ihrer statischen Stabilität zusammen.
Beim Entwurf einer schwimmenden Pontonbrücke müssen mehrere wichtige physikalische Größen berücksichtigt werden: vertikale Verschiebung und horizontale Verschiebung sowie Neigungsgrad.
Ganz gleich, ob es sich um die üblichen Schneesturmbedingungen, die nur einmal im Jahr auftreten, oder um die extremen Schneesturmbedingungen, die nur einmal im Jahrhundert auftreten, handelt, muss der Komfort des Verkehrs bei der Gestaltung sorgfältig berücksichtigt werden. Daher sollte die Ansprechbeschleunigung der Brücke im Bereich tolerierbarer Werte liegen.
Fahrstabilität: Die einfache Handhabung ist eine der wichtigsten Leistungen.
Ermüdung: um strukturelle Schäden zu verhindern, die durch dynamische Belastungen wie Wind, Wasserwellen usw. verursacht werden. Die Bewertungsmethode ist die gleiche wie bei herkömmlichen Brücken.
Seismische Faktoren: Da die schwimmende Pontonbrücke eine lange natürliche Periode hat, ist es notwendig, den Einfluss langperiodischer seismischer Wellen zu untersuchen. Obwohl Pontons von Natur aus isoliert sind, muss die Widerstandsfähigkeit des Verankerungssystems gegenüber Erdbeben überprüft werden, insbesondere der Verankerungspfähle und Fundamente.
8. Konstruktion des schwimmenden Pontonbrückenkörpers: Bei allgemeinen Pontons wird hauptsächlich der separate Pontontank berücksichtigt. Wie bereits erläutert, können die hydrodynamischen Eigenschaften jedes Tanks einzeln untersucht und die erhaltenen Ergebnisse dann für eine globale Systemanalyse verwendet werden. Tatsächlich werden in der globalen Systemanalyse häufig diskrete Methoden wie die Finite-Elemente-Methode verwendet. Für diese Analysemethode sollten die zusätzliche Masse jedes Tanks, die hydrodynamische Dämpfung und hydrodynamische Faktoren berücksichtigt und die Position des Auftriebszentrums des Tanks eingegeben werden.
Auslegung der Windgeschwindigkeit und effektiven Wellenhöhe: Die effektive Wellenhöhe von 2,5 m ist ein entscheidender Punkt der Pontonbrücke. Um sicherzustellen, dass die effektive Wellenhöhe unter 2,5 m liegt, ist die Errichtung einer Wellensperre erforderlich. Der viskose Effekt und der potenzielle Strömungseffekt sind zwei wichtige Faktoren bei der Analyse der einfallenden Wasserwellenbewegung und der Beanspruchung von Unterwasserstrukturen. Für die Potentialströmungstheorie sind es hauptsächlich die Streu- und Strahlungseffekte von Wasserwellen um die Struktur herum.
Am wichtigsten ist die Wasserstreuung. Daher ist es sehr sinnvoll, die Streutheorie von Wasserwellen anzuwenden, um das Problem in dieser Region zu analysieren.
Obwohl die Theorie der freien Oberflächenströmungspotentialströmung auf der Annahme basiert, dass die Flüssigkeit inkompressibel, rotationsfrei und nicht viskos ist, stimmen ihre Vorhersageergebnisse gut mit den experimentellen Ergebnissen überein. Aus diesem Grund wird in der Entwurfsanalyse häufig die Theorie der Wasserwellenstreuung auf der Grundlage der Theorie der linearen Potentialströmung angewendet.
Aufbaudesign: umfasst hauptsächlich die Auswahl des Strukturtyps, das Design der Strukturzusammensetzung und den Korrosionsschutzinhalt.
Schwebekörperdesign: Das Schwebekörperdesign unterscheidet sich stark vom traditionellen Brückendesign. Die Konstruktion von Schwimmkörpern umfasst: Auswahl des Schwimmkörpertyps, Konstruktion von Hochwasserschutzteilen für Schwimmkörper, Konstruktion zur Verhinderung von Schiffskollisionen, Konstruktion von Übergangsverbindungsabschnitten, Korrosionsschutz, Hilfseinrichtungen und Konstruktion von Verankerungsstrukturen.
Entwurf der Verankerungsstruktur: Bestätigen Sie Art, Verteilung und Menge der Verankerungsstruktur. Bei der Konstruktion ist es notwendig, die verschiedenen Parameter der Umgebung zu verstehen, wie Windgeschwindigkeit, Wasserwelle und -strömung, Erdbeben, Temperaturänderung, Tsunami, Seeoberflächenschock (Sekundärwelle), langperiodische Wasserwelle, Ankerpfahl-Verankerungsstrukturdesign, Ankerkettenverankerung, Spannbeinplattform und andere Bedingungen sowie die Verankerungsmethode durch die beiden Enden der Klemme.
Grundentwurf: Der Grundentwurf umfasst normalerweise: Bestätigung der Last, Auswahl des Fundamenttyps.
Zubehördesign: Auswahl und Design der Verbindungsstruktur.
9. Anwendung der schwimmenden Pontonbrücke: Fußgänger, Straße und Eisenbahn.
10. Merkmale der schwimmenden Pontonbrücke: Die Struktur ist nicht kompliziert, sie lässt sich auch leicht demontieren, aber die Wartungskosten sind hoch.
Der Zweck des Baus schwimmender Pontonbrücken wird im Allgemeinen in zwei Kategorien unterteilt: Die erste besteht darin, den Bedarf an militärischer Kampfbereitschaft oder Katastrophenhilfe zu decken. Da das schwimmende Fundament das komplexe Unterwasser-Festfundament ersetzt, ist die schwimmende Pontonbrücke einfach aufzubauen, leicht zu demontieren, einfacher zu evakuieren und zu verstecken sowie einfacher zu laden und zu transportieren und weist eine hervorragende Schnelligkeit und Mobilität auf.
In Kriegszeiten kann es Flusshindernisse überwinden, den Schienen- und Straßentransport gewährleisten, in Friedenszeiten Überschwemmungskatastrophen überwinden, schnelle Reparaturen und Katastrophenhilfe durchführen oder schnell mit beiden Seiten kommunizieren, um verschiedene große Baumaterialien zu transportieren, was ein kurzfristig flexibles und effizientes Notfallmittel darstellt. Daher ist die theoretische und experimentelle Forschung an dieser Art schwimmender Pontonbrücke von großer praktischer Bedeutung.
Der andere Zweck dient hauptsächlich wirtschaftlichen Überlegungen. Wenn nämlich die Wassertiefe des Standorts sehr groß oder der Boden sehr weich ist, ist der Bau herkömmlicher Pfeiler nicht geeignet. Zu diesem Zeitpunkt ist eine schwimmende Pontonbrücke, die keine herkömmlichen Pfeiler oder guten Fundamente erfordert, die bessere Wahl, da sie den natürlichen Auftrieb des Wassers nutzt.
| EVERCROSS – GREAT WALL STEEL BRIDGE SPEZIFIKATION | ||
| EVERCROSS – GREAT WALL STAHLBRÜCKE |
Bailey-Brücke (Compact-200, Compact-100, LSB, PB100, China-321, BSB) , modulare Brücke (GWD, HBD60, CB300, Delta, 450-Typ usw.), Fachwerkbrücke, Warren-Brücke, Bogenbrücke, Plattenbrücke, Balkenbrücke, Hohlkastenbrücke, Hängebrücke, Schrägseilbrücke, schwimmende Brücke usw |
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| DESIGNSPANNUNGEN | 10 m bis 300 m, einzelne Spannweite | |
| Kutschweg | EINSPUR, ZWEISPUR, MEHRSPUR, GEHWEG, ETC | |
| LADEKAPAZITÄT | AASHTO HL93.HS15-44,HS20-44,HS25-44, BS5400 HA+20HB,HA+30HB, AS5100 Truck-T44, IRC 70R Klasse A/B, NATO STANAG MLC80/MLC110. LKW-60T, Anhänger-80/100Tonnen usw. Korea 1. Klasse Brücke DB24 |
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| STAHLSorte | EN10025 S355JR S355J0/EN10219 S460J0/EN10113 S460N/BS4360 Klasse 55C AS/NZS3678/3679/1163/Klasse 350, ASTM A572/A572M GR50/GR65 GB1591 GB355B/C/D/460C usw |
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| ZERTIFIKATE | ISO9001, ISO14001, ISO45001, EN1090, CIDB, COC, PVOC, SONCAP usw | |
| SCHWEISSEN | AWS D1.1/AWS D1.5 AS/NZS 1554 oder gleichwertig |
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| SCHRAUBEN | ISO898,AS/NZS1252,BS3692 oder gleichwertig | |
| VERZINKUNGSCODE | ISO1461 AS/NZS 4680 ASTM-A123, BS1706 oder gleichwertig |
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| Leistungsniveau | Gefahrenbeschreibung |
| 0 | Keine Beschädigung der Stabilität der Brücke |
| 1 | Keine Beeinträchtigung der Brückenfunktion |
| 2 | Obwohl der Schaden zu einigen Einschränkungen der Funktion der Brücke führt, können diese Funktionen wiederhergestellt werden |
| 3 | Gefahren können zum Verlust der Brückenfunktion führen, sind jedoch begrenzt, um Einsturz, Senkung und Drift zu vermeiden |
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