美國舊金山新海灣大橋船運(yùn)技術(shù)

通過對船和貨物受力分析，采取有效的固定方式，實(shí)現(xiàn)海運(yùn)安全順利進(jìn)行，重點(diǎn)從鋼橋海洋運(yùn)輸方面介紹美國舊金山新海灣大橋鋼箱梁及鋼塔運(yùn)輸技術(shù)，可為重大件海上運(yùn)輸設(shè)計提供參考。

美國舊金山新海灣大橋是迄今為止世界上最昂貴、技術(shù)含量最高的鋼結(jié)構(gòu)橋梁，運(yùn)輸海況復(fù)雜，為使鋼橋能安全運(yùn)輸，需制定科學(xué)合理的海運(yùn)技術(shù)方案。

鋼橋海運(yùn)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范

（1）“舊金山-奧克蘭灣大橋設(shè)計準(zhǔn)則”技術(shù)要求規(guī)定；

（2） AASHTO規(guī)范；

（3） 美國鋼結(jié)構(gòu)手冊；

（4） IMO 船舶完整穩(wěn)性規(guī)則；

（5） 海洋環(huán)境參數(shù)以權(quán)威的30年統(tǒng)計數(shù)據(jù)的極大值為設(shè)計依據(jù)。

裝船作業(yè)

根據(jù)鋼橋吊裝段外形尺寸大，重量重等特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)安全吊裝及保證產(chǎn)品完整性，設(shè)計了一套吊裝裝置系統(tǒng)。

圖1 吊裝裝置系統(tǒng)示意圖

圖2 鋼橋吊裝圖

裝船時，運(yùn)輸船順靠指定碼頭，采用浮吊將鋼橋吊裝上船，然后綁扎、固定。

船運(yùn)方案

該鋼橋海運(yùn)設(shè)計分為鋼箱梁和鋼塔二種形式，鋼箱梁采用箱梁兩層疊放，內(nèi)部輔助加強(qiáng)，放置于甲板分載梁上，周邊專用支架非焊接固定；鋼塔采用平放，放置于甲板支撐架上，周邊支架非焊接固定，并設(shè)置現(xiàn)場專用豎起裝置。這種設(shè)計確保了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)完整性，可靠性高，成本低，另外大大降低了對船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，海運(yùn)綁扎安裝施工簡便，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

1、鋼箱梁海運(yùn)方案

鋼箱梁最大外尺寸為5.5m×27.5m×70m，單重約1600噸，在海運(yùn)時，船舶在海浪作用下將會產(chǎn)生橫搖，縱搖及升沉運(yùn)動，產(chǎn)生的慣性力對鋼橋海運(yùn)影響巨大，另外船體與箱梁變形不一致，也會產(chǎn)生箱梁局部受力不均等情況。

根據(jù)上述分析，針對鋼箱梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在船上鋪設(shè)分載梁，以降低鋼箱梁對甲板單位載荷力，考慮海運(yùn)成本，鋼箱梁二層疊放，根據(jù)計算，箱梁內(nèi)部需加輔助支撐，外部設(shè)置綁扎支架，對箱梁起到海綁固定作用。

圖3 船體與箱梁相對變形量

2、鋼塔海運(yùn)方案

鋼塔單根重量1300噸，高47米，為五邊形塔柱形狀，采用平放發(fā)運(yùn)，鋼塔平放于甲板支撐架上，這樣對船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求較低，同時節(jié)省了大量海運(yùn)綁扎工裝。為解決鋼塔放平發(fā)運(yùn)在現(xiàn)場安裝問題，設(shè)計了一個現(xiàn)場安裝專用翻身滑道裝置，可利用安裝鋼塔的固定吊將其直接豎起并安裝，操作簡便，節(jié)約用浮吊吊卸安裝的巨大成本，大大加速了工程進(jìn)展。

圖4 箱梁海運(yùn)橫剖面圖

圖5 鋼塔現(xiàn)場安裝翻身滑道裝置

海上運(yùn)動分析與計算

完整穩(wěn)性及總縱強(qiáng)度計算。為確保船舶安全及船舶裝載可行性，需校核船舶完整穩(wěn)性及總縱強(qiáng)度，經(jīng)計算均滿足規(guī)范要求。

航線。根據(jù)氣象情況，航線為：上海-大隅海峽再走北緯30度恒向線-中途島-奧克蘭。

環(huán)境參數(shù)。根據(jù)船舶航行線路和BMT公司提供的海區(qū)海浪譜數(shù)據(jù)，選擇了在整個航線中最惡劣的海區(qū)，將該海區(qū)海浪譜數(shù)據(jù)作為海上運(yùn)動計算設(shè)計依據(jù)。

海上運(yùn)動計算。根據(jù)航行環(huán)境數(shù)據(jù)以及基于美國NSRDC的FRANK切片理論為基礎(chǔ)，建立包括船舶升沉、縱搖、橫蕩、橫搖、首搖五個線性耦合的運(yùn)動微分方程，計算得到升沉、縱搖、橫蕩、橫搖、首搖在規(guī)則波中的頻率響應(yīng)函數(shù)，然后再利用線性疊加原理得到船舶在不規(guī)則波中的響應(yīng)，即運(yùn)動幅值和加速度。

鋼橋結(jié)構(gòu)海運(yùn)計算。根據(jù)船舶加速度和風(fēng)力，對鋼橋結(jié)構(gòu)及海運(yùn)綁扎件進(jìn)行分析計算，結(jié)果顯示應(yīng)力在許用范圍之內(nèi)，因此，海運(yùn)安全可靠。

卸船作業(yè)

卸船前檢驗。運(yùn)輸船到達(dá)工作現(xiàn)場之后，承包商的焊接質(zhì)量控制經(jīng)理(QCM)對鋼節(jié)段進(jìn)行檢驗，確定是否有螺栓的松弛、焊縫裂紋或其它損傷。QCM在完成每一節(jié)段的檢驗之后，在吊裝之前提交書面報告。

卸船。在用戶提交檢驗書面報告后，確定鋼結(jié)構(gòu)完好后，實(shí)施卸船作業(yè)，采用1700t浮吊卸船。

圖6 鋼橋現(xiàn)場施工圖

結(jié)語

鋼箱梁，鋼塔運(yùn)輸方案最終通過美國第三方審核，加州交通部批準(zhǔn)，現(xiàn)已成功發(fā)運(yùn)，受到用戶好評，在加州鋼橋海運(yùn)史上，鋼橋本體上總會出現(xiàn)不同程度損傷，需現(xiàn)場修復(fù)，給工程進(jìn)度造成很大影響，而我們的海運(yùn)通過海上考驗及美方嚴(yán)格檢查，海運(yùn)過程中未出現(xiàn)鋼橋結(jié)構(gòu)損壞的現(xiàn)象，保證了工程順利進(jìn)行。

（作者單位：上海振華重工集團(tuán)股份有限公司）