美国旧金山新海湾大桥船运技术

来源:用户上传      作者: 王永田

　　通过对船和货物受力分析，采取有效的固定方式，实现海运安全顺利进行，重点从钢桥海洋运输方面介绍美国旧金山新海湾大桥钢箱梁及钢塔运输技术，可为重大件海上运输设计提供参考。
　　美国旧金山新海湾大桥是迄今为止世界上最昂贵、技术含量最高的钢结构桥梁，运输海况复杂，为使钢桥能安全运输，需制定科学合理的海运技术方案。
　　钢桥海运设计标准、规范
　　（1）“旧金山-奥克兰湾大桥设计准则”技术要求规定；
　　（2） AASHTO规范；
　　（3） 美国钢结构手册；
　　（4） IMO 船舶完整稳性规则；
　　（5） 海洋环境参数以权威的30年统计数据的极大值为设计依据。
　　装船作业
　　根据钢桥吊装段外形尺寸大，重量重等特点，为实现安全吊装及保证产品完整性，设计了一套吊装装置系统。
　　 图1 吊装装置系统示意图
　　图2 钢桥吊装图
　　装船时，运输船顺靠指定码头，采用浮吊将钢桥吊装上船，然后绑扎、固定。
　　船运方案
　　该钢桥海运设计分为钢箱梁和钢塔二种形式，钢箱梁采用箱梁两层叠放，内部辅助加强，放置于甲板分载梁上，周边专用支架非焊接固定；钢塔采用平放，放置于甲板支撑架上，周边支架非焊接固定，并设置现场专用竖起装置。这种设计确保了产品结构完整性，可靠性高，成本低，另外大大降低了对船体结构强度要求，海运绑扎安装施工简便，经济效益显著。
　　1、钢箱梁海运方案
　　钢箱梁最大外尺寸为5.5m×27.5m×70m,单重约1600吨，在海运时，船舶在海浪作用下将会产生横摇，纵摇及升沉运动，产生的惯性力对钢桥海运影响巨大，另外船体与箱梁变形不一致，也会产生箱梁局部受力不均等情况。
　　根据上述分析，针对钢箱梁结构特点，在船上铺设分载梁，以降低钢箱梁对甲板单位载荷力，考虑海运成本，钢箱梁二层叠放，根据计算，箱梁内部需加辅助支撑，外部设置绑扎支架，对箱梁起到海绑固定作用。
　　 图3 船体与箱梁相对变形量
　　2、钢塔海运方案
　　钢塔单根重量1300吨，高47米，为五边形塔柱形状，采用平放发运，钢塔平放于甲板支撑架上，这样对船体结构强度要求较低，同时节省了大量海运绑扎工装。为解决钢塔放平发运在现场安装问题，设计了一个现场安装专用翻身滑道装置，可利用安装钢塔的固定吊将其直接竖起并安装，操作简便，节约用浮吊吊卸安装的巨大成本，大大加速了工程进展。
　　 图4 箱梁海运横剖面图
　　 图5 钢塔现场安装翻身滑道装置
　　海上运动分析与计算
　　完整稳性及总纵强度计算。为确保船舶安全及船舶装载可行性，需校核船舶完整稳性及总纵强度，经计算均满足规范要求。
　　航线。根据气象情况，航线为：上海-大隅海峡再走北纬30度恒向线-中途岛-奥克兰。
　　环境参数。根据船舶航行线路和BMT公司提供的海区海浪谱数据，选择了在整个航线中最恶劣的海区，将该海区海浪谱数据作为海上运动计算设计依据。
　　海上运动计算。根据航行环境数据以及基于美国NSRDC的FRANK切片理论为基础，建立包括船舶升沉、纵摇、横荡、横摇、首摇五个线性耦合的运动微分方程，计算得到升沉、纵摇、横荡、横摇、首摇在规则波中的频率响应函数，然后再利用线性叠加原理得到船舶在不规则波中的响应，即运动幅值和加速度。
　　钢桥结构海运计算。根据船舶加速度和风力，对钢桥结构及海运绑扎件进行分析计算，结果显示应力在许用范围之内，因此，海运安全可靠。
　　卸船作业
　　卸船前检验。运输船到达工作现场之后，承包商的焊接质量控制经理(QCM)对钢节段进行检验，确定是否有螺栓的松弛、焊缝裂纹或其它损伤。QCM在完成每一节段的检验之后，在吊装之前提交书面报告。
　　卸船。在用户提交检验书面报告后，确定钢结构完好后，实施卸船作业，采用1700t浮吊卸船。
　　 图6 钢桥现场施工图
　　结语
　　钢箱梁，钢塔运输方案最终通过美国第三方审核，加州交通部批准，现已成功发运，受到用户好评，在加州钢桥海运史上，钢桥本体上总会出现不同程度损伤，需现场修复，给工程进度造成很大影响，而我们的海运通过海上考验及美方严格检查，海运过程中未出现钢桥结构损坏的现象，保证了工程顺利进行。
　　（作者单位：上海振华重工集团股份有限公司）

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