机械常识
取日本构和分裂后这位科学家携备用方案临危受
日期:2025-11-28 16:17

  江苏无锡人,工程力学家、教育家。1936年结业于中法国立工学院(现上海理工大学),以土木匠程系总评第一的成就获中比庚款赞帮赴比利时留学,1938年获比利时布鲁塞尔大学“最劣等工程师”学位。1955年被选聘为中国科学院学部委员(院士)。持久处置布局力学、板壳理论、极限阐发、变分道理、布局优化设想等研究,正在我国鼎力成立计较力学学科。从意力学为工程办事,并身体力行,鞭策力学正在桥梁、水坝、口岸、制船和国防等工程中阐扬主要感化。1975年,大连鲇鱼湾油港扶植陷入困局。我国本打算斥巨资从日本引进“单点系泊”船埠扶植方案,然而日方为环节设备部件供给备用件,构和分裂,工程接近搁浅。就正在此时,一位科学家率领团队设想的那份曾被弃捐的备用方案解了燃眉之急。这不只使大连鲇鱼湾油港扶植如期进行,更给国度工程扶植提振了决心——中国人完全有能力本人扶植大规模的现代化深水油港。这位科学家就是工程力学家、中国科学院院士钱令希。渤海湾畔,他从导设想的那座“百米跨度空肚桁架全焊接钢栈桥”至今已耸立正在大连鲇鱼湾油港近半个世纪。大连鲇鱼湾油港位于辽东半岛南端的大孤山东北麓、黄海岸边的大窑湾西南侧。鲇鱼湾油港是全国第一座10万吨级的现代化深水油港,由中国自行勘测、设想、施工,并全数采用国产材料。此中栈桥的设想取建制是鲇鱼湾油港扶植的一个次要构成部门。栈桥毗连陆地和岛式船埠,从海岸曲伸外海,全桥共9跨,长954米。栈桥上,铺设4条曲径720毫米输油管和1条曲径720毫米污水管,以及其他较小的管道、电缆和灯具等,还可通行车辆和行人。20世纪70年代初期,我国开辟了油田,大连港成为主要的石油输出港。跟着原油出口量的不竭添加,承担出口使命的大连港寺儿沟船埠却因泊位不脚、输油能力低下,经常形成压港压船,正在大连扶植大型深水油港刻不容缓。1973年3月,大连工学院(现大连理工大学)接管交通部(现交通运输部)和旅大市(1981年更名为大连市)的委托,进行多学科协同做和,启动鲇鱼湾油港水工工程的设想及部门船埠设备的试制工做,此中钱令希率领的数理力学系工程力学专业的师生担任全长近千米的船埠钢栈桥设想使命。1974年1月20日,为统筹新港区扶植,鲇鱼湾油港建港批示部成立。7月,鲇鱼湾建港工程正式启动,钱令希任栈桥设想组参谋。很快,钱令希等人便设想出栈桥式船埠的模子,由建港批示部副总批示曹凯带到交通部报告请示。然而,鲇鱼湾油港所正在地是一个小渔村,经济掉队、扶植经验缺乏,而栈桥式船埠扶植使命量太大,几乎没人有把握把图纸变成现实。于是,鲇鱼湾油港扶植方决定破费2700万美元从日本引进“单点系泊”式船埠,原油通过漂浮软管进入管道从海底输送。1974年11月1日,鲇鱼湾油港扶植破土动工。此时,钱令希领衔的栈桥设想组工做仍然没有遏制。1974岁尾,鲇鱼湾油港设想方案会正在一所高校举行。1975年4月,从日本引进单点系泊构和呈现了问题。水下输送软管是出产系统中的环节部件,其一旦发生毛病将导致全线停产,形成严沉丧失。因而,必需为其配备备用件。然而,日本企业供给。中日代表谈了数月也没谈出成果。1975年5月上旬,经核准,鲇鱼湾油港扶植项目遏制从日本引进单点系泊设备,全力抢建由钱令希之前提出的栈桥船埠。现实上,自1974年大连工学院全面衔接鲇鱼湾油港从体工程的设想使命当前,钱令希就一曲正在做栈桥船埠合理的备用方案。缘由正在于单点系泊方案虽然正在国际风行,但成本高、输油量小,且手艺完全掌控正在日本人手中,钱令希感应不太托底。理论上,还能够通过移山填海制一个离岸船埠。可是要填平从岸边到可以或许停靠20万吨巨轮的深水处,不只所需的土石方数量惊人,资金数额庞大,工期也难以,所以移山填海制港的设想并不现实。钱令希认为,独一的选择就是建筑海上栈桥了,“虽然难度也不小,可是我们中国人对于制桥不目生,有把握建制出来”。他们正在悬索桥、钢筋混凝土桥和大跨度钢布局桥三种方案中进行选择。考虑到材料、施工前提和工期等缘由,再加上旅大市很多厂矿有较强的金属布局加工能力,他们最终选用了大跨度钢布局桥。采用这种方案组织会和,可以或许栈桥工期和质量,并有益于处所潜力的阐扬。而针对钢栈桥,钱令希领衔的设想小组做过70米、100米、100米以上三种跨度方案的比力。正在衡量工期、总投资、施工和吊拆前提以及水上水下的施工量之后,最初决定桥跨布局的跨度为100米。别的,他们选用了全焊布局工艺。这是由于旅大市的相关厂矿遍及利用焊接工艺,焊接手艺和机具设备都有较高程度,故立脚于当地前提选用焊接工艺是很抱负的。全焊布局还免却了铆钉、螺栓和拼接板等环节,使制制加工大为简化,易于采用从动化操做,减轻了桥沉,节约了钢料,降低了制价,而且杆件不因钻孔而遭到减弱,材料获得了充实的操纵。关于桥形的选择,钱令希等人正在初步设想中考虑过抛物线形空肚桁架、抛物线形通俗桁架、柔拱劲梁和平行弦桁架4种方案,并最终选用了抛物线形空肚桁架。抛物线形空肚桁架,就是没有斜腹杆,而把节点制做成刚性节点的抛物线形刚架,最合用于全跨受均布荷载的环境。大连新港栈桥承受的荷载84%是全跨平均分布静载荷,活载荷只占16%,且这种由管道中流体的分量所形成的活载荷根基上是局部平均分布的。选定方案后,钱令希指导设想组会商设想中可能呈现的问题,激励大师查阅材料。大连工学院科技谍报材料室也集中最劣势的人力,正在很短时间内为设想组供给了国表里相关文献。钱令希取设想组按照对文献材料的阐发,配合寻求对策,最初基于工程布局设想方案选优的思,选择“百米跨度空肚桁架全焊接钢栈桥”的方案。现实上,该设想方案正在一起头提出时备受质疑和否决。否决的缘由是这种空肚桁架桥发生过多次变乱。比利时曾正在艾伯特运河上建制了约50座空肚桁架桥。此中跨长为74。5米的哈塞尔特全焊空肚桁架桥正在交付利用14个月后俄然裂成三段坠入艾伯特运河。后来,连续又有几座桥坍塌或损坏。据统计,1938至1950年间,比利时共有14座这种型式的桥梁断裂。从此,这种设想方案不再风行,特别是建制跨度较大的桥梁时,更没人敢冒这种风险了。钱令希正在比利时留学时,曾伴随来比的我国岩土工程事业开辟者俞调梅调查过空肚桁架桥,并拍摄了桥梁的照片。他们感慨,桥型确实标致,从力学上阐发,从建建美学上赏识,无可挑剔。只是后来发生了变乱,且其时未能找出变乱缘由。因而,当钱令希提出采用空肚桁架桥型方案时,有些人就劝他说:“这种桥型,国内无先例,国外也没有这么大跨度的,畴前的那几座桥都出过变乱报废了,几十年再也没人采用这种设想方案了,何须去冒这个风险!”更况且,钱令希设想的桥的跨度几乎是那些断裂桥的2倍,等于给本人出了个题。可钱令希心想,既达到施工快、材料省的要求,又合适受力合理、美妙风雅的高尺度,除此之外曾经没有其他法子了。当然也没有最完满的设想,任何事物都有可能被优于它的事物所取代,包罗设想。因而,钱令希和他的帮手们要测验考试优化空肚桁架桥的设想布局。钱令希吸收了空肚桁架桥那些失败的教训,采用了柔化毗连的思惟,把中国保守“以柔克刚”的使用到节点的构制,降低了节点应力集中的负面效应。通过模子试验,他们证了然钱令希以柔克刚的策略可行,印证了这是降低节点应力集中最无效的法子。钱令希后来注释说,该设想方案沉点正在于承载通油通水的管道和一个车道,将陆地取1公里外的油船埠毗连起来。如许,1公里只需要9个桥墩,每个桥墩间距100米,这能够节约大量的钢筋混凝土,降低正在大海中施工的难度。更主要的是,只要这个设想方案,才最节流材料和缩短工期,达到“快好省”的目标。驻扎一线月,栈桥桥跨布局设想完成。钱令希虽胸有成竹,但为稳妥起见,但愿收罗出名桥梁工程专家、同济大学传授李国豪院士的看法。“百米跨度空肚桁架全焊接钢栈桥”的方案获得了李国豪的必定和承认。李国豪为此特地“施工要出格留意细节”。随后,设想组便动手进行栈桥的拆卸和实桥满负荷尝试。栈桥正式拆卸前,为确保原材料取施工团队的优良靠得住,钱令希正在大连一一走访10余家大型工场。他曲奔一线,取早已选定的每位手艺工人当面沟通,诚邀各“手艺大王”取经验深挚的老工人坐正在一路会商。他牵头开展严酷培训,不只亲授焊接实操技巧,还将复杂的力学道理拆解细化,用由浅入深的体例为工人们耐心,为栈桥施工建牢根本。栈桥第一跨钢桥是正在经验不脚、预备不充实的环境下上马的。拆卸第一跨桥需16锰钢280吨,焊缝总长40公里,跨度101。2米、高12。5米、宽12米。7月10日,当拆卸起头时,钱令希和设想组的师生便把行李搬到工地,住正在木板棚里,随时为拆卸工人处理各类疑问问题。工地的带领和工人们看到钱令希年岁大,身体欠好,想正在糊口上给他一些照应,但都被他婉拒了。正在栈桥第一跨桥拼拆最严重的时候,他连续20多天没有分开工地,和大师同吃一个食堂的大锅饭,工人师傅赐与的任何照应。钢栈桥吊运是栈挢工程设想中的一个主要问题,间接关系到工期、投资金额和施工质量。正在吊拆设想过程中,钱令希取相关人员共开过十几回会议。设想组多次到工场、工地向有经验的工人就教和进修。最初确定,杆件正在工场制制好发送到工地进行陆地平台拼拆,桥跨布局安拆完毕,将桥跨落到4台小车上,并拆上管道、面和4个支座,然后拖到引堤头,待满潮时段,操纵600吨浮吊运到一两千米以外的桥址,正在桥墩上就位,将支座焊接正在墩顶预埋的钢垫板上,即完成吊拆。吊沉共计405吨,吊件长101。2米、高13。1米、宽12米。如许的庞然大物正在大海中被吊着走,需一次就位落成,因而是十分主要和庄重的环节,关系到桥跨的平安,也关系到600吨浮吊的平安。钱令希说,如许的整跨海上远距离吊拆,没有先例可循,所以设想必需缜密,操做必需严酷,只许成功,不许失败。钱令希和工程手艺人员做了认实的会商、调研、设想和计较。大连理工大学力学系传授曹富新多次参取栈桥的设想取施工。栈桥建成后40多年,对于栈桥扶植工做中的很多细节,他仍然回忆深刻:“正在栈桥设想阶段,钱先生就用手算(借帮计较尺)算出前5阶的频次和响应振型。后来,课题小组用计较机对栈桥计较模子进行了比力切确的计较。发觉前5阶的频次和响应振型的计较成果取钱先生的手算成果高度分歧,并和尝试成果的前2阶频次和响应振型吻合。我们感慨钱先生的手算也太神了,手算成果竟然能够和计较机比拟。可惜的是其时钱先生的手算草稿没有保留下来。”1975年8月5日,是第一跨钢桥吊拆的日子。虽然钱令希曾经把海上全体吊拆的架桥方案制定得很详尽了,但终究是第一次,他要做万全的预备。吊拆的前几天,他和设想组正在一路,趴正在图板上频频地绘图示范。正在吊拆的头一天晚上,钱令希一宿未眠,蹲正在工地上取工人一路做预备工做。吊拆当日上午恰逢天文大潮。借帮这一位,大幅降低了现场拆卸的施工难度,为功课创制了有益前提。当天清晨,钱令希取现场世人怀着同样的,一同守候正在海边,静待吊拆启动。然而,天亮之后,海面俄然刮起大风。此时已吊挂正在吊拆船浮吊上的钢桥,正在强风感化下摆布猛烈扭捏、难以节制。现场合有人都紧绷神经,心提到了嗓子眼,无不担心吊拆过程中呈现不测情况。怎样才能让钢桥正在空中不再扭捏?钱令希向工做正在出产扶植第一线的工人就教。工人们想出了屡试不爽的笨法子——实行千绳和术,正在钢梁上拴无数根绳子,靠人力稳住钢梁,再使浮吊将钢梁落正在桥墩之上。采用这种和术,钢梁一点一点地移到了桥墩之上,正在接近半夜的时候,才稳稳地落实。其时,钱令希的表情也像大海的波澜一样崎岖,他以至健忘本人坐正在了海中桥墩上的处所,其时若是稍不小心,就有被撞伤或掉入大海的。然而,他那时已把了。后来,他谈起这一段情景时,滑稽地说,“今天想起来还有点后怕哩!”第一跨钢桥成功吊拆,9月4日,第二跨钢桥正式安拆。此前,钱令希设想了4个小“板凳”焊接正在钢梁之下,每个小“板凳”拉出4根钢丝,固定正在分歧方位,以削减海风吹过的扭捏,他又正在钢梁上加了8个斜拉杆来加强不变性。这些安拆从属物,本来没有给钢梁添加过多的荷载,可细心的钱令希仍是拿出计较尺进行测算。为了绝对平安靠得住,他还让相关人员正在计较机长进行了更切确的计较,曲到计较出了靠得住的成果,才肯组织施工。本来曾经满有把握了,安拆前一天晚上,钱令希仍是不安心,他猜测出后焊接的斜拉杆很可能和浮吊上的钢丝绳碰上,一旦撞断就发生新的麻烦。为了防患于未然,那一晚,他又没睡,和工人们一道给那几根斜拉杆缠上了垫。安拆如期成功完成。大连新港工程投产后,仅三年半的时间就收回了建港的全数投资,那时每年出口原油占全国总出口量的90%以上。1978年这项工程荣获全国科学大会,后来还正在第17届国际海洋工程会议上做了引见,遭到国外学者的好评。1982年,设想小组编写、钱令希核阅点窜的《全焊空肚桁架钢桥》一书由人平易近交通出书社出书。



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