錢令希（1916—2009）
江蘇無錫人，工程力學(xué)家、教育家。1936年畢業(yè)于中法國立工學(xué)院（現(xiàn)上海理工大學(xué)），以土木工程系總評第一的成績獲中比庚款資助赴比利時留學(xué)，1938年獲比利時布魯塞爾自由大學(xué)“最優(yōu)等工程師”學(xué)位。1955年被選聘為中國科學(xué)院學(xué)部委員（院士）。長期從事結(jié)構(gòu)力學(xué)、板殼理論、極限分析、變分原理、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計等研究，在我國大力倡導(dǎo)建立計算力學(xué)學(xué)科。主張力學(xué)為工程服務(wù)，并身體力行，推動力學(xué)在橋梁、水壩、港口、造船和國防等工程中發(fā)揮重要作用。
1975年，錢令希（左二）在鲇魚灣棧橋工地上
1976年，錢令希（左六）與設(shè)計組成員在鲇魚灣棧橋竣工后合影
耄耋之年的錢令希（前排左三）赴鲇魚灣了解棧橋的現(xiàn)狀
20世紀(jì)90年代中期的錢令希
1976年，竣工后的鲇魚灣棧橋
1975年，大連鲇魚灣油港建設(shè)陷入困局。我國本計劃斥巨資從日本引進(jìn)“單點系泊”碼頭建設(shè)方案，然而日方拒絕為關(guān)鍵設(shè)備部件提供備用件，談判破裂，工程瀕臨擱淺。
就在此時，一位科學(xué)家?guī)ьI(lǐng)團(tuán)隊設(shè)計的那份曾被擱置的備用方案解了燃眉之急。這不僅使大連鲇魚灣油港建設(shè)如期進(jìn)行，更給國家工程建設(shè)提振了信心——中國人完全有能力自己建設(shè)大規(guī)模的現(xiàn)代化深水油港。
這位科學(xué)家就是工程力學(xué)家、中國科學(xué)院院士錢令希。渤海灣畔，他主導(dǎo)設(shè)計的那座“百米跨度空腹桁架全焊接鋼棧橋”至今已屹立在大連鲇魚灣油港近半個世紀(jì)。
? ?啟用備用方案
大連鲇魚灣油港位于遼東半島南端的大孤山東北麓、黃海岸邊的大窯灣西南側(cè)。鲇魚灣油港是全國第一座10萬噸級的現(xiàn)代化深水油港，由中國自行勘察、設(shè)計、施工，并全部采用國產(chǎn)材料。其中棧橋的設(shè)計與建造是鲇魚灣油港建設(shè)的一個主要組成部分。棧橋連接陸地和島式碼頭，從海岸直伸外海，全橋共9跨，長954米。棧橋上，鋪設(shè)4條直徑720毫米輸油管和1條直徑720毫米污水管，以及其他較小的管道、電纜和燈具等，還可通行車輛和行人。
錢令希便是這棧橋的總設(shè)計師。
20世紀(jì)70年代初期，我國開發(fā)了大慶油田，大連港成為重要的石油輸出港。隨著大慶原油出口量的不斷增加，承擔(dān)出口任務(wù)的大連港寺兒溝碼頭卻因泊位不足、輸油能力低下，經(jīng)常造成壓港壓船，在大連建設(shè)大型深水油港刻不容緩。
1973年3月，大連工學(xué)院（現(xiàn)大連理工大學(xué)）接受交通部（現(xiàn)交通運(yùn)輸部）和旅大市（1981年改名為大連市）的委托，進(jìn)行多學(xué)科協(xié)同作戰(zhàn)，啟動鲇魚灣油港水工工程的設(shè)計及部分碼頭設(shè)備的試制工作，其中錢令希帶領(lǐng)的數(shù)理力學(xué)系工程力學(xué)專業(yè)的師生負(fù)責(zé)全長近千米的碼頭鋼棧橋設(shè)計任務(wù)。
1974年1月20日，為統(tǒng)籌新港區(qū)建設(shè)，鲇魚灣油港建港指揮部成立。7月，鲇魚灣建港工程正式啟動，錢令希任棧橋設(shè)計組顧問。很快，錢令希等人便設(shè)計出棧橋式碼頭的模型，由建港指揮部副總指揮曹凱帶到交通部匯報。然而，鲇魚灣油港所在地是一個小漁村，經(jīng)濟(jì)落后、建設(shè)經(jīng)驗缺乏，而棧橋式碼頭建設(shè)任務(wù)量太大，幾乎沒人有把握把圖紙變成現(xiàn)實。于是，鲇魚灣油港建設(shè)方?jīng)Q定花費(fèi)2700萬美元從日本引進(jìn)“單點系泊”式碼頭，即鋪設(shè)一條從岸邊到海水足夠深處的長長的海底管線，原油通過漂浮軟管進(jìn)入管道從海底輸送。
1974年11月1日，鲇魚灣油港建設(shè)破土動工。此時，錢令希領(lǐng)銜的棧橋設(shè)計組工作依然沒有停止。1974年底，鲇魚灣油港設(shè)計方案預(yù)審會在北京一所高校舉行。
1975年4月，從日本引進(jìn)單點系泊談判出現(xiàn)了問題。水下輸送軟管是生產(chǎn)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，其一旦發(fā)生故障將導(dǎo)致全線停產(chǎn)，造成重大損失。因此，必須為其配備備用件。然而，日本企業(yè)拒絕提供。中日代表談了數(shù)月也沒談出結(jié)果。1975年5月上旬，經(jīng)批準(zhǔn)，鲇魚灣油港建設(shè)項目停止從日本引進(jìn)單點系泊設(shè)備，全力搶建由錢令希之前提出的棧橋碼頭。
? ?“以柔克剛”巧設(shè)計
事實上，自1974年大連工學(xué)院全面承接鲇魚灣油港主體工程的設(shè)計任務(wù)以后，錢令希就一直在做棧橋碼頭合理的備用方案。原因在于單點系泊方案雖然在國際流行，但成本高、輸油量小，且技術(shù)完全掌控在日本人手中，錢令希感到不太托底。理論上，還可以通過移山填海造一個離岸碼頭。但是要填平從岸邊到能夠停泊20萬噸巨輪的深水處，不僅所需的土石方數(shù)量驚人，資金數(shù)額巨大，工期也難以保證，所以移山填海造港的設(shè)想并不現(xiàn)實。錢令希認(rèn)為，唯一的選擇就是修建海上棧橋了，“雖然難度也不小，但是我們中國人對于造橋不陌生，有把握建造出來”。
錢令希帶領(lǐng)設(shè)計小組的幾位青年教師，夜以繼日設(shè)計并對比不同的橋型方案。
他們在懸索橋、鋼筋混凝土橋和大跨度鋼結(jié)構(gòu)橋三種方案中進(jìn)行選擇?？紤]到材料、施工條件和工期等原因，再加上旅大市許多廠礦有較強(qiáng)的金屬結(jié)構(gòu)加工能力，他們最終選用了大跨度鋼結(jié)構(gòu)橋。采用這種方案組織會戰(zhàn)，能夠保證棧橋工期和質(zhì)量，并有利于地方潛力的發(fā)揮。
而針對鋼棧橋，錢令希領(lǐng)銜的設(shè)計小組做過70米、100米、100米以上三種跨度方案的比較。在權(quán)衡工期、總投資、施工和吊裝條件以及水上水下的施工量之后，最后決定橋跨結(jié)構(gòu)的跨度為100米。另外，他們選用了全焊結(jié)構(gòu)工藝。這是因為旅大市的有關(guān)廠礦普遍使用焊接工藝，焊接技術(shù)和機(jī)具設(shè)備都有較高水平，故立足于本地條件選用焊接工藝是很理想的。全焊結(jié)構(gòu)還省掉了鉚釘、螺栓和拼接板等環(huán)節(jié)，使制造加工大為簡化，易于采用自動化操作，減輕了橋重，節(jié)約了鋼料，降低了造價，并且桿件不因鉆孔而受到削弱，材料得到了充分的利用。
關(guān)于橋形的選擇，錢令希等人在初步設(shè)計中考慮過拋物線形空腹桁架、拋物線形普通桁架、柔拱勁梁和平行弦桁架4種方案，并最終選用了拋物線形空腹桁架。拋物線形空腹桁架，就是沒有斜腹桿，而把節(jié)點制作成剛性節(jié)點的拋物線形剛架，最適用于全跨受均布荷載的情況。大連新港棧橋承受的荷載84％是全跨均勻分布靜載荷，活載荷只占16％，且這種由管道中流體的重量所構(gòu)成的活載荷基本上是局部均勻分布的。
選定方案后，錢令希引導(dǎo)設(shè)計組成員討論設(shè)計中可能出現(xiàn)的問題，鼓勵大家查閱資料。大連工學(xué)院科技情報資料室也集中最優(yōu)勢的人力，在很短時間內(nèi)為設(shè)計組提供了國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)。錢令希與設(shè)計組成員根據(jù)對文獻(xiàn)資料的分析，共同尋求對策，最后基于工程結(jié)構(gòu)設(shè)計方案選優(yōu)的思路，選擇“百米跨度空腹桁架全焊接鋼棧橋”的方案。
事實上，該設(shè)計方案在一開始提出時備受質(zhì)疑和反對。反對的原因是這種空腹桁架橋發(fā)生過多次事故。比利時曾在艾伯特運(yùn)河上建造了約50座空腹桁架橋。其中跨長為74.5米的哈塞爾特全焊空腹桁架橋在交付使用14個月后突然裂成三段墜入艾伯特運(yùn)河。后來，陸續(xù)又有幾座橋坍塌或損壞。據(jù)統(tǒng)計，1938至1950年間，比利時共有14座這種型式的橋梁斷裂。從此，這種設(shè)計方案不再流行，尤其是建造跨度較大的橋梁時，更沒人敢冒這種風(fēng)險了。
錢令希在比利時留學(xué)時，曾陪同來比的我國巖土工程事業(yè)開拓者俞調(diào)梅考察過空腹桁架橋，并拍攝了橋梁的照片。他們感嘆，橋型確實漂亮，從力學(xué)上分析，從建筑美學(xué)上欣賞，無可挑剔。只是后來發(fā)生了事故，且當(dāng)時未能找出事故原因。因此，當(dāng)錢令希提出采用空腹桁架橋型方案時，有些人就勸他說：“這種橋型，國內(nèi)無先例，國外也沒有這么大跨度的，從前的那幾座橋都出過事故報廢了，幾十年再也沒人采用這種設(shè)計方案了，何必去冒這個風(fēng)險！”更何況，錢令希設(shè)計的橋的跨度幾乎是那些斷裂橋的2倍，等于給自己出了個大難題。
可錢令希心想，既達(dá)到施工快、材料省的要求，又符合受力合理、美觀大方的高標(biāo)準(zhǔn)，除此之外已經(jīng)沒有其他辦法了。世界上沒有最完美的事物，當(dāng)然也沒有最完美的設(shè)計，任何事物都有可能被優(yōu)于它的事物所代替，包括設(shè)計。因此，錢令希和他的助手們要嘗試優(yōu)化空腹桁架橋的設(shè)計結(jié)構(gòu)。
錢令希吸取了空腹桁架橋那些失敗的教訓(xùn)，采用了柔化連接的思想，把中國傳統(tǒng)“以柔克剛”的理念運(yùn)用到節(jié)點的構(gòu)造，降低了節(jié)點應(yīng)力集中的負(fù)面效應(yīng)。通過模型試驗，他們證明了錢令希以柔克剛的策略可行，印證了這是降低節(jié)點應(yīng)力集中最有效的辦法。
錢令希后來解釋說，該設(shè)計方案重點在于承載通油通水的管道和一個車道，將陸地與1公里外的油碼頭連接起來。這樣，1公里只需要9個橋墩，每個橋墩間距100米，這可以節(jié)約大量的鋼筋混凝土，降低在大海中施工的難度。更重要的是，只有這個設(shè)計方案，才最節(jié)省材料和縮短工期，達(dá)到“快好省”的目的。
? ?駐扎一線抓施工
1975年4月，棧橋橋跨結(jié)構(gòu)設(shè)計完成。錢令希雖胸有成竹，但為穩(wěn)妥起見，希望征求著名橋梁工程專家、同濟(jì)大學(xué)教授李國豪院士的意見。“百米跨度空腹桁架全焊接鋼棧橋”的方案得到了李國豪的肯定和認(rèn)可。李國豪為此特意叮囑“施工要特別注意細(xì)節(jié)”。隨后，設(shè)計組便著手進(jìn)行棧橋的組裝和實橋滿負(fù)荷實驗。
棧橋正式組裝前，為確保原材料與施工團(tuán)隊的優(yōu)質(zhì)可靠，錢令希在大連逐一走訪10余家大型工廠。他直奔一線，與早已選定的每位技術(shù)工人當(dāng)面溝通，誠邀各路“技術(shù)大王”與經(jīng)驗深厚的老工人坐在一起討論。他牽頭開展嚴(yán)格培訓(xùn)，不僅親授焊接實操技巧，還將復(fù)雜的力學(xué)原理拆解細(xì)化，用由淺入深的方式為工人們耐心講解，為棧橋施工筑牢基礎(chǔ)。
1975年7月，以旅大市機(jī)械局為主的25家單位共計3000余人投入了組裝鋼棧橋的工程。在棧橋設(shè)計、組裝、吊裝施工的那段日子里，錢令希帶著設(shè)計小組，除偶爾跑幾趟工廠外，基本上在海邊的工地與工人們同吃同睡，一起研究設(shè)計方案。
棧橋第一跨鋼橋是在經(jīng)驗不足、準(zhǔn)備不充分的情況下上馬的。組裝第一跨橋需16錳鋼280噸，焊縫總長40公里，跨度101.2米、高12.5米、寬12米。7月10日，當(dāng)組裝開始時，錢令希和設(shè)計組的師生便把行李搬到工地，住在木板棚里，隨時為組裝工人解決各種疑難問題。工地的領(lǐng)導(dǎo)和工人們看到錢令希年歲大，身體不好，想在生活上給他一些照顧，但都被他婉拒了。在棧橋第一跨橋拼裝最緊張的時候，他一連20多天沒有離開工地，和大家同吃一個食堂的大鍋飯，拒絕工人師傅給予的任何照顧。
棧橋?qū)崢驖M負(fù)荷實驗，采用的是錢令希提出的原型試驗方案，試驗對象就是擬最先吊裝的第一跨橋。為此，他專門成立了實驗組，并聽取工人的意見。
鋼棧橋吊運(yùn)是棧撟工程設(shè)計中的一個重要問題，直接關(guān)系到工期、投資金額和施工質(zhì)量。在吊裝設(shè)計過程中，錢令希與相關(guān)人員共開過十幾次會議。設(shè)計組多次到工廠、工地向有經(jīng)驗的工人請教和學(xué)習(xí)。最后確定，桿件在工廠制造好發(fā)送到工地進(jìn)行陸地平臺拼裝，橋跨結(jié)構(gòu)安裝完畢，將橋跨落到4臺小車上，并裝上管道、路面和4個支座，然后拖到引堤頭，待滿潮時段，利用600噸浮吊運(yùn)到一兩千米以外的橋址，在橋墩上就位，將支座焊接在墩頂預(yù)埋的鋼墊板上，即完成吊裝。
吊重共計405噸，吊件長101.2米、高13.1米、寬12米。這樣的龐然大物在大海中被吊著走，需一次就位完工，因此是十分重要和嚴(yán)肅的環(huán)節(jié)，關(guān)系到橋跨的安全，也關(guān)系到600噸浮吊的安全。錢令希說，這樣的整跨海上遠(yuǎn)距離吊裝，沒有先例可循，所以設(shè)計必須周密，操作必須嚴(yán)格，只許成功，不許失敗。錢令希和工程技術(shù)人員做了認(rèn)真的討論、調(diào)研、設(shè)計和計算。
大連理工大學(xué)力學(xué)系教授曹富新多次參與棧橋的設(shè)計與施工。棧橋建成后40多年，對于棧橋建設(shè)工作中的許多細(xì)節(jié)，他仍然記憶深刻：“在棧橋設(shè)計階段，錢先生就用手算（借助計算尺）算出前5階的頻率和相應(yīng)振型。后來，課題小組成員用計算機(jī)對棧橋計算模型進(jìn)行了比較精確的計算。發(fā)現(xiàn)前5階的頻率和相應(yīng)振型的計算結(jié)果與錢先生的手算結(jié)果高度一致，并和實驗結(jié)果的前2階頻率和相應(yīng)振型吻合。我們感嘆錢先生的手算也太神了，手算結(jié)果居然可以和計算機(jī)相比?？上У氖钱?dāng)時錢先生的手算草稿沒有保存下來。”
? ?鋼橋吊裝“驚險記”
1975年8月5日，是第一跨鋼橋吊裝的日子。雖然錢令希已經(jīng)把海上整體吊裝的架橋方案制定得很詳盡了，但畢竟是第一次，他要做萬全的準(zhǔn)備。吊裝的前幾天，他和設(shè)計組在一起，趴在圖板上反復(fù)地畫圖示范。在吊裝的頭一天晚上，錢令希一宿未眠，蹲在工地上與工人一起做準(zhǔn)備工作。
吊裝當(dāng)日上午恰逢天文大潮。借助這一高潮位，大幅降低了現(xiàn)場組裝的施工難度，為作業(yè)創(chuàng)造了有利條件。當(dāng)天清晨，錢令希與現(xiàn)場眾人懷著同樣的期盼，一同守候在海邊，靜待吊裝啟動。然而，天亮之后，海面突然刮起大風(fēng)。此時已懸掛在吊裝船浮吊上的鋼橋，在強(qiáng)風(fēng)作用下左右劇烈搖擺、難以控制?，F(xiàn)場所有人都緊繃神經(jīng)，心提到了嗓子眼，無不擔(dān)憂吊裝過程中出現(xiàn)意外狀況。
讓他們擔(dān)心的事情還是發(fā)生了，一根承擔(dān)吊裝的輔助鋼柱“咔嚓”一下切斷了，吊裝立刻暫停。好在那根鋼柱與鋼梁的受力無關(guān)，可是如此龐然大物在風(fēng)中搖擺，稍不小心就會撞到橋墩上。剛才那根斷了的鋼柱只是個小問題，如果撞壞橋墩，整個工程就要停工了。
怎么才能讓鋼橋在空中不再搖擺？錢令希向工作在生產(chǎn)建設(shè)第一線的工人請教。工人們想出了屢試不爽的笨辦法——實行千繩戰(zhàn)術(shù)，在鋼梁上拴無數(shù)根繩子，靠人力穩(wěn)住鋼梁，再使浮吊將鋼梁落在橋墩之上。采用這種戰(zhàn)術(shù)，鋼梁一點一點地移到了橋墩之上，在接近中午的時候，才穩(wěn)穩(wěn)地落實。當(dāng)時，錢令希的心情也像大海的波濤一樣起伏，他甚至忘記自己站在了海中橋墩上危險的地方，當(dāng)時如果稍不小心，就有被撞傷或掉入大海的危險。然而，他那時已把危險置之度外了。后來，他談起這一段情景時，風(fēng)趣地說，“今天想起來還有點后怕哩！”
第一跨鋼橋成功吊裝，9月4日，第二跨鋼橋正式安裝。此前，錢令希設(shè)計了4個小“板凳”焊接在鋼梁之下，每個小“板凳”拉出4根鋼絲，固定在不同方位，以減少海風(fēng)吹過的搖擺，他又在鋼梁上加了8個斜拉桿來增強(qiáng)穩(wěn)定性。這些安裝附屬物，本來沒有給鋼梁增加過多的荷載，可細(xì)心的錢令希還是拿出計算尺進(jìn)行測算。為了絕對安全可靠，他還讓有關(guān)人員在計算機(jī)上進(jìn)行了更精確的計算，直到計算出了可靠的結(jié)果，才肯組織施工。本來已經(jīng)萬無一失了，安裝前一天晚上，錢令希還是不放心，他推測出后焊接的斜拉桿很可能和浮吊上的鋼絲繩碰上，一旦撞斷就產(chǎn)生新的麻煩。為了防患于未然，那一晚，他又沒睡，和工人們一道給那幾根斜拉桿纏上了膠皮墊。第二天，安裝如期順利完成。
9月27日，吊裝第三跨鋼橋。隨著組裝速度加快，吊裝工作也加快進(jìn)度。至1975年12月14日，歷時145天，全長954米、焊縫總長790多公里的九跨鋼橋全部組裝完成，棧橋碼頭水上主體工程告捷，為新港提前投產(chǎn)創(chuàng)造了條件。
1976年4月，計劃用時3年的新港建設(shè)工程提前半年完成。4月12日，遼寧將鲇魚灣油港定名為大連新港。
? ?把棧橋當(dāng)孩子，時刻關(guān)心
現(xiàn)在，棧橋已在海上服務(wù)近50年，依然完好如初，是大連一道亮麗的風(fēng)景線。
大連新港工程投產(chǎn)后，僅三年半的時間就收回了建港的全部投資，那時每年出口原油占全國總出口量的90％以上。1978年這項工程榮獲全國科學(xué)大會獎，后來還在澳大利亞第17屆國際海洋工程會議上作了介紹，受到國外學(xué)者的好評。1982年，設(shè)計小組編寫、錢令希審閱修改的《全焊空腹桁架鋼橋》一書由人民交通出版社出版。
改革開放后，我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，大連新港的職能發(fā)生了徹底的變化。棧橋上不僅增設(shè)了好幾條輸油管線，還加裝了天然氣輸送管線。棧橋在新的時代發(fā)揮了新的作用。
棧橋建成后，錢令希一直把它當(dāng)成自己的孩子，時刻關(guān)心著。早些年，他常去鲇魚灣了解棧橋的工作狀態(tài)，油港出現(xiàn)問題了也去解決處理。
在一次棧橋考察中，錢令希從管理方處得知，小汽車行駛至橋面時會產(chǎn)生“噔噔”異響。實地排查后發(fā)現(xiàn)，橫向鋪設(shè)的木板間存在間隙，汽車車輪碾軋時就會引發(fā)“噔噔”聲響，并會對棧橋鋼結(jié)構(gòu)造成持續(xù)沖擊。橋面采用橫向鋪設(shè)木板的設(shè)計，是因為建設(shè)時以運(yùn)油輸油為棧橋主要任務(wù)，未將車輛和行人通行充分考慮在內(nèi)。
而減少沖擊頻率，就可以減輕橋梁疲勞程度，延長棧橋的使用壽命。于是，錢令希建議棧橋管理方將橫放的木板改為豎放。果然，問題迎刃而解，“噔噔”的響聲沒有了，“小方法”解決了“大問題”。
錢令希特地在鲇魚灣過生日。例如，1994年的生日，他就是在那里度過的。80多歲后，他還親赴現(xiàn)場，并提醒有關(guān)方面時常檢測。
2006年，棧橋整整運(yùn)營了30年，錢令希已90歲高齡，且身患重病，無法成行，可他仍掛念著棧橋。當(dāng)他得知橋墩發(fā)現(xiàn)裂紋時，很著急，幾次讓曹富新傳話給鲇魚灣大連新港的領(lǐng)導(dǎo)，要趕快組織檢測和維修。當(dāng)曹富新告訴錢先生，老師們已經(jīng)在做這件事時，他才露出了笑容。
如今，錢令希已經(jīng)離開我們十六載。他當(dāng)年傾注心血建造的這座棧橋歷經(jīng)歲月洗禮，在新時代的浪潮中繼續(xù)書寫著屬于它的光榮篇章。這正是對錢令希最好的告慰。
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