充气膜结构作为一种由新型轻质材料包裹、内部填充气体的膜结构,以其重量轻、成型速度快,造价低、安全可靠等优点,在建筑及航空航天领域得到了越来越广泛的应用,如著名建筑外墙、航空飞艇以及太空天线承力构件等。在海洋工程领域,尤其是海上军事交通及海上抢险救灾方面,为满足其特殊的战备及抢险要求,急需一种自身结构重量轻,储备运输空间小、架设撤收速度快且具有一定承载能力的临时结构,浮式充气膜结构的概念应运而生。为了更好的掌握浮式充气膜结构的相关特性及探讨其工程应用的可行性,本文围绕浮式充气膜结构弯曲变形特性及极限承载能力展开研究。通过模型试验与理论分析相结合的方法,得出了内压、直径与浮式充气膜承载性能的关系,并探索将浮式充气膜结构应用于浮桥设计中的可行性。本文的研究工作填补了浮式充气膜研究领域的空白,对推动浮式充气膜在海洋工程领域的应用具有重要的工程价值,具体研究工作如下:(1)为获取膜结构的材料属性参数,开展了编织膜材料的力学性能单轴拉伸试验,得到了膜材经、纬以及经纬45°方向的伸长率、撕裂强度及应力应变曲线。由试验结果分析可知编织膜材料的应力应变曲线呈现“直线—曲线—直线”的三个阶段,为典型的各向异性材料。(2)以简支条件下充气膜结构为研究对象,开展了充气膜结构的弯曲变形特性、抗弯刚度及其影响因素的试验研究。针对多个直径、内压充气膜结构进行了三点、四点弯曲试验,获得了充气膜结构载荷变形规律及褶皱发展历程,探讨了内压对其承载能力的影响。基于能量原理结合四点弯曲试验,推出关于内压和载荷的等效剪切模量G计算公式,进一步推导出了充气膜的跨中挠度预报公式,并与试验对比,验证了预报公式的准确性。(3)为探究浮式充气膜结构的承载性能,开展了静水边界下充气膜结构的承载力试验研究。基于非接触式应变测量系统,探究内压与应变的关系,发现二者成线性正相关,且内压变化幅值较小的情况下,充气速度对应变几乎无影响。对充气膜结构进行静水边界下的弯曲试验,获得了浮式充气膜结构载荷位移规律及褶皱发展历程,并将位移分解为下沉量和变形值,分别探讨了直径及内压对二者的影响。基于弹性基础梁理论预报浮式充气膜结构的跨中位移,并与试验对比,探讨其误差因素及适用范围。(4)以充气膜结构为主要承力单元,设计了一种新型充气式浮桥,基于浮式充气膜跨中位移预报方法,对浮桥河中桥节进行校核,并基于势流理论校核锚泊力和运动响应,证明了浮式充气膜结构在浮桥设计中应用的合理性和可行性。