1. 浮体舟橋とは、橋脚の代わりに船や舟タンクなどを用いて水面に浮かぶ橋を指します。浮体舟橋は浮体橋脚、パネル、配電ビーム、ケーブルエアシステムで構成されています。
2. 浮き舟橋設計基本スキームの留意点
道路状況、性能、ポンツーン構造、ポンツーン図面、環境
3. 浮体舟橋の基本設計原理
従うべき原則：性能目標が目的と一致していること、安全性、耐久性、品質、維持管理の容易さ、環境との調和、経済性、その他の指標。
構造物のタイプを選択するときは、地形、地質、地理的条件を考慮する必要があります。
ポンツーン構造の数とシステム全体は、強度、変形、安定性の要件を満たしている必要があります。
浮き舟橋の耐用年数は、自然負荷 (風、水波、潮流、潮の変化、湖面の部分変動など) や腐食などの環境条件や要因に非常に影響されます。低いサイクルコストの条件下では、浮体舟橋の耐用年数は一般に 75 ～ 100 年と予想されます。
浮体舟橋は重要度の分類に応じて標準型と特別重要型、つまりA型浮体舟橋とB型浮体舟橋に分けられます。浮体舟橋 A は浮体舟橋 B とは異なります。浮体舟橋 B は、高速道路、都市高速道路、指定都市道路、一般国道、二重交差点、高架橋、鉄道橋、特に重要な地方橋および自治体橋に分けられます。
浮体舟橋のステータス性能レベルの分類を以下の表に示します。状態パフォーマンス レベル 0 は、主に他のパフォーマンス レベル 1 ～ 3 と比較されます。交通負荷、暴風雨、津波、地震に備えて、ポンツーンはいくつかの性能レベルで設計されています。
浮体舟橋の設計は、重要度に応じて、荷重、高波、津波、地震など、表 7 に示す対応する目標性能レベルを確実に満たさなければなりません。
4. 浮体舟橋設計荷重
設計負荷
主なものとしては、静荷重、動荷重、衝撃荷重（衝突など）、土圧（浮体舟橋の定着システムのアンカーパイルなど）、静水圧（浮力を含む）、風荷重、水波係数（膨張係数を含む）、地震係数（動圧を含む）、温度変化係数、水流係数、潮汐変化係数、基礎変形係数、支承移動係数など、積雪荷重、遠心荷重、津波などが挙げられます。要因、高潮要因、湖変動（二次変動）、船舶衝撃波、海上衝撃、制動荷重、組立荷重、衝突荷重（船舶衝突を含む）、流氷係数及び流氷圧力、沿岸輸送係数、漂流物係数、水級係数（侵食・摩擦）等の荷重。
浮力、水波、風、再発周期
浮き舟橋の設計中、潮汐、津波、高潮によって引き起こされる水位変化は制御荷重の 1 つです。浮体舟橋の垂直軸を設計時に考慮する必要があります。風が水の上を吹くと、その結果生じる波によって、浮いている舟橋に水平、垂直、ねじり荷重が生じます。これらの荷重は、風速、風向、持続時間、吹き込み長さ (風域の長さ)、水路の構造、および深さに依存します。
設計風速は水上10mにおける10分間の平均風速です。多くの場合、風や地震などの自然荷重が重要な要因となります。
不規則な水の波
通常、水の波は非常に不規則です。それらは、多くの周波数成分を含む規則的な水の波で構成されています。
浮き舟橋の固有周期は従来の橋よりもはるかに長いため、長周期の水波の影響が大きくなります。周波数の観点から見ると、スペクトルは水の波のエネルギー分布を表します。一定の水平距離から風が吹くと、水の波は伝わり続けます。しかし、一定の時間が経過すると、水の波は徐々に強くならなくなり、安定します。
合成荷重
複合荷重は浮体舟橋に悪影響を及ぼします。
潮位は次のカテゴリに分類されます。
地震時：HWL（高水位）とLWL（低水位）の間。
吹雪時：HHWL（最も高いHWL）とLWLの間、またはHHWLとLLWL（最も低いLWL）の間。
使用条件：HWLとLWLの間
したがって、HWL と LWL の間の極端な潮の変化や水位の上昇と低下によって、津波が発生しても致命的な被害は発生しません。
5.浮体舟橋材
一般的な材質はスチールとコンクリートです。
一般に、ポンツーン構造の腐食を最初に考慮する必要があります。コンクリートの水密性は非常に重要であるため、浮き舟橋の製造には一般的に水密コンクリートまたはマリンコンクリートが使用されます。その中で、中溶融ポルトランドセメント、ポルトランド高炉スラグセメント、ポルトランド飛散ダストセメントは浮体舟橋の製造に使用できます。構造の蠕動と収縮の影響は、タンクが乾燥している場合にのみ考慮する必要があるため、タンクが発射された後は上記の影響を考慮する必要はありません。浮体タンクの製作にはフライダストやシリカパウダーなどの高性能コンクリートが最適です。
係留システムに使用される材料は、設計目的、環境、耐久性、経済性に応じて選択する必要があります。
腐食環境のため、防食が必要です。特に平均水位 MLWL より下の部分では、深刻な局部腐食が発生します。このような部品には、通常、陰極防食が採用されます。
LWLの表面処理方法には、塗装、有機材料表面の添加、ミネラルグリース表面、無機材料表面などの表面処理が一般的に採用されています。無機表面処理には、チタンコーティング、ステンレス鋼表面、亜鉛、アルミニウム、アルミニウム合金などの金属コーティングが含まれます。腐食速度に対する水深の影響は環境によって異なります。
飛沫腐食が最も深刻であり、その上限は構造物の設置状況に応じて決定されます。
干潮域は最も過酷な環境であり、深さによって腐食速度が大きく異なります。
塩水ゾーンでは、環境はより穏やかになります。しかし、海流や輸送量の増加などの条件によっては、腐食が加速する可能性があります。
海底下の土壌層の環境は塩分濃度、汚染レベル、気候条件によって異なりますが、腐食速度は比較的安定しています。
注：浮体舟橋は固定構造と比べて水面に合わせて変化するため、潮の満ち引きがありません。
6. 浮き舟橋の限界状態
浮き舟橋は、船、瓦礫、木材、洪水、係留ロープの破損、横または斜めの破壊後の橋の完全な分離などの潜在的な危険に直面するのに十分な能力を備えていなければなりません。
水は浮き舟橋に浮力を与えますが、水が浮き舟橋の内部に漏れると、徐々に浮き舟橋にダメージを与え、最終的には橋の沈下につながります。これが浮き舟橋の現在の研究課題です。
7. 浮体舟橋の具体的な設計と解析
安定性：船が外力の作用下で傾き、外力がなくなった後に元のバランス位置に戻る能力を指します。
3 つの平衡状態:
1) 安定バランス: G は M 未満であり、傾斜後に重力と浮力によって安定トルクが形成されます。
2) 不安定平衡: G が M より大きく、傾斜後に重力と浮力により転倒モーメントが形成されます。
3) 偶然のバランス: G と M が一致し、傾斜後に重力と浮力がトルクなしで同じ鉛直線上に作用します。
安定性と船舶の航行の関係:
１）復原力が大きすぎるため、船が激しく揺れ、乗員に不快感を与え、航海計器の使用が不便になり、船体構造が損傷しやすく、船倉内の貨物が移動しやすくなり、船の安全が危険にさらされる。
2) 復原力が小さすぎて、船の転覆防止能力が低く、大きな傾斜角が現れやすく、回復が遅く、船が長時間水面上で傾いていて、航行が効率的ではありません。
ボートと同様、ポンツーンの転覆は静的安定性に関係します。
浮体舟橋の設計プロセスでは、垂直変位、水平変位、傾斜度など、いくつかの最も重要な物理量を考慮する必要があります。
1年に1度の猛吹雪のような気象条件であっても、100年に一度の猛吹雪のような気象条件であっても、交通の快適性を考慮した設計が必要です。したがって、橋梁の応答加速度は許容値の範囲内である必要があります。
操縦安定性：扱いやすさは最も重要な性能の一つです。
疲労: 風や水波などの動的荷重によって引き起こされる構造損傷を防止します。評価方法は従来の橋の場合と同じです。
地震要因：浮体舟橋は固有周期が長いため、長周期地震波の影響を検討する必要がある。ポンツーンは本質的に隔離されていますが、係留システム、特に係留杭と基礎の地震に対する耐性を検証する必要があります。
8.フローティングポンツーンブリッジ本体設計：一般的なポンツーンは主に独立したポンツーンタンクを考慮しています。前に説明したように、各タンクの流体力学的特性を個別に調べることができ、得られた結果を全体的なシステム解析に使用できます。実際、大域系解析では有限要素法などの離散手法がよく使われます。この解析方法では、各タンクの付加質量、流体力学的減衰、流体力学的係数を考慮し、タンクの浮力中心の位置を入力する必要があります。
風速と有効波高の設計：有効波高2.5mが舟橋のポイントです。実効波高を2.5m以下に抑えるためには、防波堤を設置する必要があります。粘性効果とポテンシャルフロー効果は、入射水波動と水中構造物の応力の解析における 2 つの重要な要素です。ポテンシャル流理論の場合、主に構造物の周囲の水波の散乱と放射の影響です。
水の飛散が最も重要です。したがって、この領域の問題を分析するために水波の散乱理論を適用することは非常に合理的です。
実際、自由表面流体ポテンシャル流れ理論は、流体が非圧縮性、非回転性、非粘性であるという仮定に基づいていますが、その予測結果は実験結果とよく一致しています。これが、線形ポテンシャル流理論に基づく水波散乱理論が設計解析によく適用される理由です。
上部構造設計:主に構造タイプの選択、構造構成設計、および防食内容が含まれます。
フローティングボディ設計: フローティングボディ設計は、従来のブリッジ設計とは大きく異なります。浮体設計には、浮体型式の選定、浮体治水部の設計、船舶衝突防止設計、移行接続部構造設計、防食、付帯設備、アンカー構造設計が含まれます。
定着構造の設計：定着構造の種類、分布、数量を確認します。設計においては、風速、水波と潮流、地震、温度変化、津波、湖面衝撃（二次波）、長周期水波、アンカーパイル定着構造設計、アンカーチェーン定着、引張脚プラットフォーム等の条件、クランプ両端による定着方法などの環境パラメータを理解する必要があります。
基本設計: 基本設計には通常、荷重の確認、基礎の種類の選択が含まれます。
付属品の設計：接続構造の選択と設計。
9.浮体舟橋の応用：歩行者、道路、鉄道。
10.浮体舟橋の特徴：構造が複雑ではなく、分解も簡単ですが、メンテナンスコストが高くなります。
浮体舟橋を建設する目的は一般に 2 つのカテゴリに分けられます。1 つは軍事戦闘準備または災害救援のニーズを満たすことです。浮き舟橋は、複雑な水中固定基礎を浮体基礎に置き換えるため、設置が容易、解体が容易、避難や隠れが容易、積み込みや輸送が容易で、迅速性と機動性に優れています。
戦時には、河川の障害を克服し、鉄道と道路の輸送を保証し、平時は、洪水災害を克服し、迅速な修理と災害救助を実行し、または双方と迅速に連絡してさまざまな大型建設資材を輸送することができ、短期の柔軟で効率的な緊急手段であるため、この種の浮体舟橋に関する理論的および実験的研究は非常に実用的意義があります。
もう 1 つの目的は主に経済的考慮のためです。つまり、敷地の水深が非常に深い場合、または底が非常に柔らかい場合、従来の橋脚の建設は適していません。現時点では、水の自然浮力を利用し、従来の橋脚や優れた基礎を必要としない浮き舟橋がより良い選択肢となります。
| エバークロス - 万里の長城鋼橋仕様 | ||
| エバークロス - 万里の長城 鋼橋 |
ベイリー橋（コンパクト-200、コンパクト-100、LSB、PB100、チャイナ-321、BSB） モジュラー橋（GWD、HBD60、CB300、デルタ、450型など）、 トラス橋、ワーレン橋、アーチ 橋、プレート橋、梁橋、箱桁橋 、吊橋、斜張橋 、浮橋など |
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| デザインスパン | 10M ～ 300M シングルスパン | |
| 馬車道 | シングルレーン、ダブルレーン、マルチレーン、歩道など | |
| 積載量 | AASHTO HL93.HS15-44、HS20-44、HS25-44、 BS5400 HA+20HB、HA+30HB、 AS5100 トラック-T44、 IRC 70R クラス A/B、 NATO STANAG MLC80/MLC110。 トラック-60T、トレーラー-80/100Ton等 韓国1級橋 DB24 |
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| スチールグレード | EN10025 S355JR S355J0/EN10219 S460J0/EN10113 S460N/BS4360 グレード 55C AS/NZS3678/3679/1163/グレード 350、 ASTM A572/A572M GR50/GR65 GB1591 GB355B/C/D/460Cなど |
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| 証明書 | ISO9001、ISO14001、ISO45001、EN1090、CIDB、COC、PVOC、SONCAPなど | |
| 溶接 | AWS D1.1/AWS D1.5 AS/NZS 1554 または同等のもの |
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| ボルト | ISO898、AS/NZS1252、BS3692または同等のもの | |
| 亜鉛メッキコード | ISO1461 AS/NZS 4680 ASTM-A123、 BS1706 または同等品 |
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| パフォーマンスレベル | 危険性の説明 |
| 0 | 橋の安定性を損なわない |
| 1 | ブリッジ機能を損傷しない |
| 2 | 損傷により橋の機能に制限が生じますが、機能を回復することは可能です。 |
| 3 | 危険は橋の機能喪失を引き起こす可能性がありますが、崩壊、沈下、漂流を避けるために制限されています。 |
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