南堡油田登陸點鋼吊橋的檢測及評價

代兆立，劉進鵬，張書紅，徐 爽，焦 輝

1.冀東油田南堡作業區，河北唐山 063200

2.中國石油集團海洋工程有限公司，北京 100028

南堡油田共有四個登陸點，分別是NP1-1D、NP1-2D、NP1-3D 和NP4-1D，每個登陸點上均有一座長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，一直未對其狀態進行檢測。目前尚缺乏相關的規范實施對鋼吊橋完整的檢測、評價其運行狀態[1]。因此本文建立了一套對鋼吊橋的變形、損傷和承載力進行檢測評價的方法，利用GPS、全站儀、水準儀等設備，對鋼吊橋的橋面、門架立柱、立柱墩臺、坡道等結構進行橋面變形、門架垂直度、坡道變形、墩臺沉降[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、承載梁結構、門架結構、主鉸鏈座、油缸吊點等結構缺陷和承載力進行檢測。在此基礎上對鋼吊橋的狀況進行評估，并給出后續檢測和維護的相關建議。

1 檢測評價技術方法

鋼吊橋整體結構如圖1所示。本文對登陸點鋼吊橋的綜合檢測評價工作主要從對其變形情況檢測、關鍵結構及部位的損傷狀況檢測、結構目前承載力檢測3 個方面9 個子項開展。

圖1 鋼吊橋結構

（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 定位測量技術進行全站儀自由設站，測定觀測點位的平面坐標與高程。

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

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

（4）墩臺高程檢測。采用四等水準和三角高程測量相結合的方法檢測鋼吊橋兩側立柱所在墩臺臺面高程，然后與竣工設計值比較以檢查墩臺變化情況。

（5）磁粉檢測。對鋼吊橋零部件和焊接接頭表面進行檢測，以分析關鍵結構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，同時檢測出材料焊接接頭的內部缺陷。

（7）滲透檢測。以毛細作用原理為基礎，通過在構件表面施加滲透劑，再通過移除多余滲透劑，并進行干燥、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）應力檢測。采用無損測量法，沿大臂梁均布測量點，對連接橋施加靜載荷，通過與數據線連接的電腦顯示、讀取各部位的應力值。

2 工程檢測與評價

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

2.1 橋面變形檢測

鋼吊橋橋面變形檢測分為8 個橫斷面、3 個縱斷面（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橫斷面左右側高差

從圖3檢測結果分析，橋面在最低位狀態時橫向變形較大，最大處橫斷面左右側高差為12 cm；橋面在最高位狀態時橫向變形較小，最大處橫斷面左右側高差為2.5 cm。鋼吊橋縱向整體呈現向下彎曲變形，距離碼頭固定銷軸越遠，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果，初步認為橋面在不同狀態時發生變形的原因是受液壓控制系統不同步的影響所致。

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，檢測了門架兩側立柱正面垂直度（Y 方向）和側面垂直度（X 方向），方向設置如圖1所示，立柱的相對位置關系如圖4所示。

圖4 門架立柱正視圖

檢測結果表明，1 號立柱頂部最大偏移量0.5 cm，為Y 方向；2 號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影響鋼吊橋整體的變形，對坡道6 個點位實施檢測，計算了3 個坡度值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 坡道坡度采樣點實測值與設計值比較

2.4 墩臺高程檢測

鋼吊橋立柱橋墩的高程不均勻沉降會引起鋼吊橋門架的變形，采用原始設計值為高程基準，對橋立柱墩臺進行了高程檢測，結果如表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；門架兩側墩臺臺面高程存在均勻沉降變形，與設計值相比，兩側變化量分別為-28、-31 mm，兩側墩臺高度基本一致。

表2 鋼吊橋墩臺及碼頭特征點高程測量數據

2.5 磁粉檢測

對鋼吊橋主要焊道進行磁粉檢測，測點主要布置在門架立柱底部加強三角肋板處、液壓油缸上下吊點焊縫處、主鉸鏈座底部和側面焊道處以及橋面對接焊縫處。

磁粉檢測結果表明，在門架液壓缸左側上端吊點處有表面裂紋1 處，外側長度10 mm，內側長度100 mm；在門架液壓缸左側下端吊點處有表面裂紋1 處，長度20 mm；門架立柱左、右側加強結構處有多處細小裂紋。

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部缺陷情況檢測，厚度測點主要布置在橋面、橋面側面工字梁肋板、門架立柱和門架頂部，焊道檢測主要布置在工字梁對接焊縫處。

鋼吊橋厚度測點布置情況：登陸點門架100點，鋼吊橋橋面160 點，兩端工字梁120 點。鋼吊橋測厚結果顯示，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現內部缺陷，缺陷長度360 mm，缺陷深度18～22 mm。

2.7 滲透檢測

門架拉桿兩個銷軸無法使用傳統的磁粉和超聲檢測，采用了滲透檢測的方法對其進行檢測，經表面處理、施加滲透劑、清洗、施加顯影劑等步驟，發現兩個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行了10點位測量，測點如圖2所示。

根據GB 50017—2003《鋼結構設計規范》[3]、JTJ 283—1999《港口工程鋼結構設計規范》[4]、JTJ 215—1995《港口工程載荷規范》[5]規定，撓度允許值不應大于L/1 000（L 為橋總長），即：40 m/1 000=40 mm，極限取值不大于設計值的1.15 倍，即：40 mm×1.15=46 mm。計算本吊橋在加載工況下實測跨中撓度最大值為40 mm，符合要求。

2.9 應力檢測

鋼吊橋的承載力可以通過對其施加載荷前后的應力變化進行計算分析[6]，以鋼吊橋空載時為初始零應力狀態，選用與設計載荷一致的修井機作為加載車，當其停留在鋼吊橋中間位置時為最終加載狀態，對測點位置產生的加載應力見表3。

表3 鋼吊橋應力檢測結果

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

3 檢測結果的評價

根據綜合檢測分析結果，對16 個項目進行了評價，結果見表4，據此可對鋼吊橋的整體狀態和情況進行直觀的判斷，從而制訂相應的處理措施，以保證鋼吊橋的安全運行。

表4 鋼吊橋檢測評價結果

4 結論及建議

對南堡油田登陸點鋼吊橋的運行狀態進行多種方法檢測，并建立了評價方法。檢測結果分析表明：各島的鋼吊橋整體變形和垂直度變化較小；液壓油缸吊耳、立柱支撐加強結構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；橋表面出現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檢測合格，滿足原設計技術說明書要求。

在今后鋼吊橋的使用過程中，應增加布置鋼吊橋門架立柱的固定觀測點，并定期觀測；建立鋼吊橋結構定期檢測和維護保養制度，每季度對液壓系統、銷軸部位等活動和旋轉構件進行潤滑保養；針對鋼吊橋外觀、液壓系統、橋面、門架、梁結構、吊耳、支座等結構，每年進行抽檢，3年進行一次全面檢測。并根據檢測情況進行維護，保證鋼吊橋的安全運行。