代兆立，劉進(jìn)鵬，張書紅，徐 爽，焦 輝

1.冀東油田南堡作業(yè)區(qū)，河北唐山 063200

2.中國石油集團(tuán)海洋工程有限公司，北京 100028

南堡油田共有四個(gè)登陸點(diǎn)，分別是NP1-1D、NP1-2D、NP1-3D 和NP4-1D，每個(gè)登陸點(diǎn)上均有一座長40 m 的鋼吊橋，用于碼頭和船舶的連接，自投入使用至今已近10年，一直未對其狀態(tài)進(jìn)行檢測。目前尚缺乏相關(guān)的規(guī)范實(shí)施對鋼吊橋完整的檢測、評價(jià)其運(yùn)行狀態(tài)[1]。因此本文建立了一套對鋼吊橋的變形、損傷和承載力進(jìn)行檢測評價(jià)的方法，利用GPS、全站儀、水準(zhǔn)儀等設(shè)備，對鋼吊橋的橋面、門架立柱、立柱墩臺(tái)、坡道等結(jié)構(gòu)進(jìn)行橋面變形、門架垂直度、坡道變形、墩臺(tái)沉降[2]等檢測；采用超聲波測厚、磁粉探傷、超聲波探傷和滲透探傷等幾種無損檢測方式，對鋼吊橋的橋面、承載梁結(jié)構(gòu)、門架結(jié)構(gòu)、主鉸鏈座、油缸吊點(diǎn)等結(jié)構(gòu)缺陷和承載力進(jìn)行檢測。在此基礎(chǔ)上對鋼吊橋的狀況進(jìn)行評估，并給出后續(xù)檢測和維護(hù)的相關(guān)建議。

1 檢測評價(jià)技術(shù)方法

鋼吊橋整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。本文對登陸點(diǎn)鋼吊橋的綜合檢測評價(jià)工作主要從對其變形情況檢測、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及部位的損傷狀況檢測、結(jié)構(gòu)目前承載力檢測3 個(gè)方面9 個(gè)子項(xiàng)開展。

圖1 鋼吊橋結(jié)構(gòu)

（1）橋面變形檢測。檢測鋼吊橋橋面在最低位、最高位處的橫向與縱向變形情況，直接或間接地反映鋼吊橋橋面自身存在的問題。利用GPS RTK 定位測量技術(shù)進(jìn)行全站儀自由設(shè)站，測定觀測點(diǎn)位的平面坐標(biāo)與高程。

（2）門架垂直度檢測。采用光學(xué)測角法檢測鋼吊橋門架兩側(cè)立柱的垂直度，檢查門架形變情況。

（3）坡道坡度測量。利用GPS RTK 定位與全站儀坐標(biāo)法測量鋼吊橋與碼頭連接處的坡道，確定鋼吊橋附屬結(jié)構(gòu)（碼頭及坡道）變化情況。

（4）墩臺(tái)高程檢測。采用四等水準(zhǔn)和三角高程測量相結(jié)合的方法檢測鋼吊橋兩側(cè)立柱所在墩臺(tái)臺(tái)面高程，然后與竣工設(shè)計(jì)值比較以檢查墩臺(tái)變化情況。

（5）磁粉檢測。對鋼吊橋零部件和焊接接頭表面進(jìn)行檢測，以分析關(guān)鍵結(jié)構(gòu)表面和近表面的裂紋缺陷。

（6）超聲波檢測。利用脈沖反射法檢測工件的厚度變化，同時(shí)檢測出材料焊接接頭的內(nèi)部缺陷。

（7）滲透檢測。以毛細(xì)作用原理為基礎(chǔ)，通過在構(gòu)件表面施加滲透劑，再通過移除多余滲透劑，并進(jìn)行干燥、顯像處理，以檢查表面開口缺陷。

（8）撓度檢測。使用全站儀測量載荷施加前后的大臂梁最大變形量，確定連接橋最大靜載荷下的撓度值。

（9）應(yīng)力檢測。采用無損測量法，沿大臂梁均布測量點(diǎn)，對連接橋施加靜載荷，通過與數(shù)據(jù)線連接的電腦顯示、讀取各部位的應(yīng)力值。

2 工程檢測與評價(jià)

針對NP1-1D、NP1-2D、NP1-3D 和 NP4-1D四處登陸點(diǎn)的鋼吊橋進(jìn)行了檢測和評估。下面以NP4-1D 登陸點(diǎn)鋼吊橋的檢測結(jié)果為例進(jìn)行說明。其檢測點(diǎn)位布置見圖2。

2.1 橋面變形檢測

鋼吊橋橋面變形檢測分為8 個(gè)橫斷面、3 個(gè)縱斷面（圖2），分別檢測其高差變化量和坡度變化量，典型橫斷面左右側(cè)高差變化情況如圖3所示。

圖3 橋面下放至最低位和上提至最高位時(shí)橫斷面左右側(cè)高差

從圖3檢測結(jié)果分析，橋面在最低位狀態(tài)時(shí)橫向變形較大，最大處橫斷面左右側(cè)高差為12 cm；橋面在最高位狀態(tài)時(shí)橫向變形較小，最大處橫斷面左右側(cè)高差為2.5 cm。鋼吊橋縱向整體呈現(xiàn)向下彎曲變形，距離碼頭固定銷軸越遠(yuǎn)，向下彎曲的趨勢越大。綜合橋面在最高位和最低位處的檢測結(jié)果，初步認(rèn)為橋面在不同狀態(tài)時(shí)發(fā)生變形的原因是受液壓控制系統(tǒng)不同步的影響所致。

2.2 門架垂直度檢測

為綜合分析鋼吊橋門架總體在垂直方向上的形變情況，檢測了門架兩側(cè)立柱正面垂直度（Y 方向）和側(cè)面垂直度（X 方向），方向設(shè)置如圖1所示，立柱的相對位置關(guān)系如圖4所示。

圖4 門架立柱正視圖

檢測結(jié)果表明，1 號(hào)立柱頂部最大偏移量0.5 cm，為Y 方向；2 號(hào)立柱頂部最大偏移量0.9 cm，為X方向，門架整體的垂直度較好。

2.3 坡道坡度測量

鋼吊橋與碼頭連接處坡道的沉降變化也會(huì)影響鋼吊橋整體的變形，對坡道6 個(gè)點(diǎn)位實(shí)施檢測，計(jì)算了3 個(gè)坡度值I（I=H/L×100%，H 為高差，m；L 為水平距離，m），其中最大坡度值為11.95%，最小坡度值為11.70%，見表1。

表1 坡道坡度采樣點(diǎn)實(shí)測值與設(shè)計(jì)值比較

2.4 墩臺(tái)高程檢測

鋼吊橋立柱橋墩的高程不均勻沉降會(huì)引起鋼吊橋門架的變形，采用原始設(shè)計(jì)值為高程基準(zhǔn)，對橋立柱墩臺(tái)進(jìn)行了高程檢測，結(jié)果如表2所示。鋼吊橋固定端（銷軸處）高程存在沉降變形，最大變化量42 mm；門架兩側(cè)墩臺(tái)臺(tái)面高程存在均勻沉降變形，與設(shè)計(jì)值相比，兩側(cè)變化量分別為-28、-31 mm，兩側(cè)墩臺(tái)高度基本一致。

表2 鋼吊橋墩臺(tái)及碼頭特征點(diǎn)高程測量數(shù)據(jù)

2.5 磁粉檢測

對鋼吊橋主要焊道進(jìn)行磁粉檢測，測點(diǎn)主要布置在門架立柱底部加強(qiáng)三角肋板處、液壓油缸上下吊點(diǎn)焊縫處、主鉸鏈座底部和側(cè)面焊道處以及橋面對接焊縫處。

磁粉檢測結(jié)果表明，在門架液壓缸左側(cè)上端吊點(diǎn)處有表面裂紋1 處，外側(cè)長度10 mm，內(nèi)側(cè)長度100 mm；在門架液壓缸左側(cè)下端吊點(diǎn)處有表面裂紋1 處，長度20 mm；門架立柱左、右側(cè)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)處有多處細(xì)小裂紋。

2.6 超聲波檢測

對鋼吊橋的超聲波檢測分為厚度減薄情況檢測和焊道內(nèi)部缺陷情況檢測，厚度測點(diǎn)主要布置在橋面、橋面?zhèn)让婀ぷ至豪甙濉㈤T架立柱和門架頂部，焊道檢測主要布置在工字梁對接焊縫處。

鋼吊橋厚度測點(diǎn)布置情況：登陸點(diǎn)門架100點(diǎn)，鋼吊橋橋面160 點(diǎn)，兩端工字梁120 點(diǎn)。鋼吊橋測厚結(jié)果顯示，有10 處腐蝕裕量超過15%，均在鋼吊橋前端。工字梁面板對接縫超聲檢測發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷，缺陷長度360 mm，缺陷深度18～22 mm。

2.7 滲透檢測

門架拉桿兩個(gè)銷軸無法使用傳統(tǒng)的磁粉和超聲檢測，采用了滲透檢測的方法對其進(jìn)行檢測，經(jīng)表面處理、施加滲透劑、清洗、施加顯影劑等步驟，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)銷軸僅有表面小腐蝕麻坑，而沒有裂紋等缺陷。

2.8 撓度檢測

橋面在載荷作用下的變形情況可以用撓度值來表征，對鋼吊橋橋面施加載荷前后的撓度進(jìn)行了10點(diǎn)位測量，測點(diǎn)如圖2所示。

根據(jù)GB 50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]、JTJ 283—1999《港口工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]、JTJ 215—1995《港口工程載荷規(guī)范》[5]規(guī)定，撓度允許值不應(yīng)大于L/1 000（L 為橋總長），即：40 m/1 000=40 mm，極限取值不大于設(shè)計(jì)值的1.15 倍，即：40 mm×1.15=46 mm。計(jì)算本吊橋在加載工況下實(shí)測跨中撓度最大值為40 mm，符合要求。

2.9 應(yīng)力檢測

鋼吊橋的承載力可以通過對其施加載荷前后的應(yīng)力變化進(jìn)行計(jì)算分析[6]，以鋼吊橋空載時(shí)為初始零應(yīng)力狀態(tài)，選用與設(shè)計(jì)載荷一致的修井機(jī)作為加載車，當(dāng)其停留在鋼吊橋中間位置時(shí)為最終加載狀態(tài)，對測點(diǎn)位置產(chǎn)生的加載應(yīng)力見表3。

表3 鋼吊橋應(yīng)力檢測結(jié)果

從表3測點(diǎn)位置的應(yīng)力值可以看出，橋的上、下表面承受沿橋長度方向的正應(yīng)力數(shù)值相當(dāng)，方向相反；腹板上緣及下緣承受剪應(yīng)力數(shù)值相當(dāng)。由于材料彎曲許用應(yīng)力為167.4 MPa，剪切許用應(yīng)力為49 MPa，而測點(diǎn)位置加載應(yīng)力遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)許用應(yīng)力，因此當(dāng)55 t 加載車停留在鋼吊橋中間位置時(shí)，鋼吊橋測點(diǎn)位置處于安全狀態(tài)。

3 檢測結(jié)果的評價(jià)

根據(jù)綜合檢測分析結(jié)果，對16 個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行了評價(jià)，結(jié)果見表4，據(jù)此可對鋼吊橋的整體狀態(tài)和情況進(jìn)行直觀的判斷，從而制訂相應(yīng)的處理措施，以保證鋼吊橋的安全運(yùn)行。

表4 鋼吊橋檢測評價(jià)結(jié)果

4 結(jié)論及建議

對南堡油田登陸點(diǎn)鋼吊橋的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行多種方法檢測，并建立了評價(jià)方法。檢測結(jié)果分析表明：各島的鋼吊橋整體變形和垂直度變化較??；液壓油缸吊耳、立柱支撐加強(qiáng)結(jié)構(gòu)和工字梁對接焊縫處均存在不同程度的裂紋損傷，后期已完成修復(fù)；橋表面出現(xiàn)不同程度的鋼板腐蝕減薄，防滑條有磨損、脫落情況；橋體橋撓度和承載力經(jīng)檢測合格，滿足原設(shè)計(jì)技術(shù)說明書要求。

在今后鋼吊橋的使用過程中，應(yīng)增加布置鋼吊橋門架立柱的固定觀測點(diǎn)，并定期觀測；建立鋼吊橋結(jié)構(gòu)定期檢測和維護(hù)保養(yǎng)制度，每季度對液壓系統(tǒng)、銷軸部位等活動(dòng)和旋轉(zhuǎn)構(gòu)件進(jìn)行潤滑保養(yǎng)；針對鋼吊橋外觀、液壓系統(tǒng)、橋面、門架、梁結(jié)構(gòu)、吊耳、支座等結(jié)構(gòu)，每年進(jìn)行抽檢，3年進(jìn)行一次全面檢測。并根據(jù)檢測情況進(jìn)行維護(hù)，保證鋼吊橋的安全運(yùn)行。