南堡油田登陆点钢吊桥的检测及评价

代兆立，刘进鹏，张书红，徐 爽，焦 辉

1.冀东油田南堡作业区，河北唐山 063200

2.中国石油集团海洋工程有限公司，北京 100028

南堡油田共有四个登陆点，分别是NP1-1D、NP1-2D、NP1-3D 和NP4-1D，每个登陆点上均有一座长40 m 的钢吊桥，用于码头和船舶的连接，自投入使用至今已近10年，一直未对其状态进行检测。目前尚缺乏相关的规范实施对钢吊桥完整的检测、评价其运行状态[1]。因此本文建立了一套对钢吊桥的变形、损伤和承载力进行检测评价的方法，利用GPS、全站仪、水准仪等设备，对钢吊桥的桥面、门架立柱、立柱墩台、坡道等结构进行桥面变形、门架垂直度、坡道变形、墩台沉降[2]等检测；采用超声波测厚、磁粉探伤、超声波探伤和渗透探伤等几种无损检测方式，对钢吊桥的桥面、承载梁结构、门架结构、主铰链座、油缸吊点等结构缺陷和承载力进行检测。在此基础上对钢吊桥的状况进行评估，并给出后续检测和维护的相关建议。

1 检测评价技术方法

钢吊桥整体结构如图1所示。本文对登陆点钢吊桥的综合检测评价工作主要从对其变形情况检测、关键结构及部位的损伤状况检测、结构目前承载力检测3 个方面9 个子项开展。

图1 钢吊桥结构

（1）桥面变形检测。检测钢吊桥桥面在最低位、最高位处的横向与纵向变形情况，直接或间接地反映钢吊桥桥面自身存在的问题。利用GPS RTK 定位测量技术进行全站仪自由设站，测定观测点位的平面坐标与高程。

（2）门架垂直度检测。采用光学测角法检测钢吊桥门架两侧立柱的垂直度，检查门架形变情况。

（3）坡道坡度测量。利用GPS RTK 定位与全站仪坐标法测量钢吊桥与码头连接处的坡道，确定钢吊桥附属结构（码头及坡道）变化情况。

（4）墩台高程检测。采用四等水准和三角高程测量相结合的方法检测钢吊桥两侧立柱所在墩台台面高程，然后与竣工设计值比较以检查墩台变化情况。

（5）磁粉检测。对钢吊桥零部件和焊接接头表面进行检测，以分析关键结构表面和近表面的裂纹缺陷。

（6）超声波检测。利用脉冲反射法检测工件的厚度变化，同时检测出材料焊接接头的内部缺陷。

（7）渗透检测。以毛细作用原理为基础，通过在构件表面施加渗透剂，再通过移除多余渗透剂，并进行干燥、显像处理，以检查表面开口缺陷。

（8）挠度检测。使用全站仪测量载荷施加前后的大臂梁最大变形量，确定连接桥最大静载荷下的挠度值。

（9）应力检测。采用无损测量法，沿大臂梁均布测量点，对连接桥施加静载荷，通过与数据线连接的电脑显示、读取各部位的应力值。

2 工程检测与评价

针对NP1-1D、NP1-2D、NP1-3D 和 NP4-1D四处登陆点的钢吊桥进行了检测和评估。下面以NP4-1D 登陆点钢吊桥的检测结果为例进行说明。其检测点位布置见图2。

2.1 桥面变形检测

钢吊桥桥面变形检测分为8 个横断面、3 个纵断面（图2），分别检测其高差变化量和坡度变化量，典型横断面左右侧高差变化情况如图3所示。

图3 桥面下放至最低位和上提至最高位时横断面左右侧高差

从图3检测结果分析，桥面在最低位状态时横向变形较大，最大处横断面左右侧高差为12 cm；桥面在最高位状态时横向变形较小，最大处横断面左右侧高差为2.5 cm。钢吊桥纵向整体呈现向下弯曲变形，距离码头固定销轴越远，向下弯曲的趋势越大。综合桥面在最高位和最低位处的检测结果，初步认为桥面在不同状态时发生变形的原因是受液压控制系统不同步的影响所致。

2.2 门架垂直度检测

为综合分析钢吊桥门架总体在垂直方向上的形变情况，检测了门架两侧立柱正面垂直度（Y 方向）和侧面垂直度（X 方向），方向设置如图1所示，立柱的相对位置关系如图4所示。

图4 门架立柱正视图

检测结果表明，1 号立柱顶部最大偏移量0.5 cm，为Y 方向；2 号立柱顶部最大偏移量0.9 cm，为X方向，门架整体的垂直度较好。

2.3 坡道坡度测量

钢吊桥与码头连接处坡道的沉降变化也会影响钢吊桥整体的变形，对坡道6 个点位实施检测，计算了3 个坡度值I（I=H/L×100%，H 为高差，m；L 为水平距离，m），其中最大坡度值为11.95%，最小坡度值为11.70%，见表1。

表1 坡道坡度采样点实测值与设计值比较

2.4 墩台高程检测

钢吊桥立柱桥墩的高程不均匀沉降会引起钢吊桥门架的变形，采用原始设计值为高程基准，对桥立柱墩台进行了高程检测，结果如表2所示。钢吊桥固定端（销轴处）高程存在沉降变形，最大变化量42 mm；门架两侧墩台台面高程存在均匀沉降变形，与设计值相比，两侧变化量分别为-28、-31 mm，两侧墩台高度基本一致。

表2 钢吊桥墩台及码头特征点高程测量数据

2.5 磁粉检测

对钢吊桥主要焊道进行磁粉检测，测点主要布置在门架立柱底部加强三角肋板处、液压油缸上下吊点焊缝处、主铰链座底部和侧面焊道处以及桥面对接焊缝处。

磁粉检测结果表明，在门架液压缸左侧上端吊点处有表面裂纹1 处，外侧长度10 mm，内侧长度100 mm；在门架液压缸左侧下端吊点处有表面裂纹1 处，长度20 mm；门架立柱左、右侧加强结构处有多处细小裂纹。

2.6 超声波检测

对钢吊桥的超声波检测分为厚度减薄情况检测和焊道内部缺陷情况检测，厚度测点主要布置在桥面、桥面侧面工字梁肋板、门架立柱和门架顶部，焊道检测主要布置在工字梁对接焊缝处。

钢吊桥厚度测点布置情况：登陆点门架100点，钢吊桥桥面160 点，两端工字梁120 点。钢吊桥测厚结果显示，有10 处腐蚀裕量超过15%，均在钢吊桥前端。工字梁面板对接缝超声检测发现内部缺陷，缺陷长度360 mm，缺陷深度18～22 mm。

2.7 渗透检测

门架拉杆两个销轴无法使用传统的磁粉和超声检测，采用了渗透检测的方法对其进行检测，经表面处理、施加渗透剂、清洗、施加显影剂等步骤，发现两个销轴仅有表面小腐蚀麻坑，而没有裂纹等缺陷。

2.8 挠度检测

桥面在载荷作用下的变形情况可以用挠度值来表征，对钢吊桥桥面施加载荷前后的挠度进行了10点位测量，测点如图2所示。

根据GB 50017—2003《钢结构设计规范》[3]、JTJ 283—1999《港口工程钢结构设计规范》[4]、JTJ 215—1995《港口工程载荷规范》[5]规定，挠度允许值不应大于L/1 000（L 为桥总长），即：40 m/1 000=40 mm，极限取值不大于设计值的1.15 倍，即：40 mm×1.15=46 mm。计算本吊桥在加载工况下实测跨中挠度最大值为40 mm，符合要求。

2.9 应力检测

钢吊桥的承载力可以通过对其施加载荷前后的应力变化进行计算分析[6]，以钢吊桥空载时为初始零应力状态，选用与设计载荷一致的修井机作为加载车，当其停留在钢吊桥中间位置时为最终加载状态，对测点位置产生的加载应力见表3。

表3 钢吊桥应力检测结果

从表3测点位置的应力值可以看出，桥的上、下表面承受沿桥长度方向的正应力数值相当，方向相反；腹板上缘及下缘承受剪应力数值相当。由于材料弯曲许用应力为167.4 MPa，剪切许用应力为49 MPa，而测点位置加载应力远小于设计许用应力，因此当55 t 加载车停留在钢吊桥中间位置时，钢吊桥测点位置处于安全状态。

3 检测结果的评价

根据综合检测分析结果，对16 个项目进行了评价，结果见表4，据此可对钢吊桥的整体状态和情况进行直观的判断，从而制订相应的处理措施，以保证钢吊桥的安全运行。

表4 钢吊桥检测评价结果

4 结论及建议

对南堡油田登陆点钢吊桥的运行状态进行多种方法检测，并建立了评价方法。检测结果分析表明：各岛的钢吊桥整体变形和垂直度变化较小；液压油缸吊耳、立柱支撑加强结构和工字梁对接焊缝处均存在不同程度的裂纹损伤，后期已完成修复；桥表面出现不同程度的钢板腐蚀减薄，防滑条有磨损、脱落情况；桥体桥挠度和承载力经检测合格，满足原设计技术说明书要求。

在今后钢吊桥的使用过程中，应增加布置钢吊桥门架立柱的固定观测点，并定期观测；建立钢吊桥结构定期检测和维护保养制度，每季度对液压系统、销轴部位等活动和旋转构件进行润滑保养；针对钢吊桥外观、液压系统、桥面、门架、梁结构、吊耳、支座等结构，每年进行抽检，3年进行一次全面检测。并根据检测情况进行维护，保证钢吊桥的安全运行。