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直缝钢管钢结构应用和技术特点

2016-08-30 11:10:15

钢管结构作为新型的结构形式,近几年来在世界各国了发展。近5年,欧洲的钢管用量增加了25%。来自北美钢铁研究所的统计数字证实,随着钢铁工业以底层商业建筑市场为目标,钢管结构的需求也呈上升之势,1999年的交货量为225万t,有替代露天结构材料的趋势。据LTV钢铁公司估计,在近5年,结构管材的消耗量每年以5%~10%的速度增长。日本是一个多地震,建筑业采用H型钢结构比较多,但近几年也在大力和应用钢管结构,且规格大型化,断面复杂化,现已生产边长为700mm,壁厚16~32mm的大型钢管结构,用于建筑结构柱。

直缝埋弧焊管(LSAW)在我国应用于油气输送工程比较晚,但起步,发展步子大,成绩显著。因为它有下列优点:①直缝管成型工艺比较容易,有预焊及精焊,焊接比较容易;②大口径厚壁直缝钢管有全管扩径工艺,比较容易应力,残余应力较小;③几何精度和力学性能较好,稳定,性高;④直缝焊管应用广泛,可以应用于油气管线,可以用于陆上二、三、四类地区、穿越段及海底管线;⑤可以达到高钢级≥X120,大壁厚≥40mm。它的局限性有:①直径一般在≤1422mm,受到板宽的限制;②UOE成型方式投资昂贵,JCOE成型方式适用于中型企业。③直径≤406mm时,制作上不够经济。

直缝埋弧钢管结构起初用于海上或近海结构,如海洋平台结构。当时人们对焊接钢管节点的性能了解甚少,直到1947年世界上个现代化的海洋平台在墨西哥海湾建成后,人们才认识到直缝管作为结构构件的优越性,从而促使人们开始探索钢管结构的性能。而后,在将近半个多世纪里,世界各国涌现出许多造型、构造优美、功能的钢管结构,如德国Stuttgart机场候机大厅采用大口径厚壁直缝钢管构件铸钢节点的树形支承结构,具有造型、简捷明快的特点;日本大阪的Kansai机场航站楼屋面结构,采用了圆管截面的曲线三角桁架:英国伦敦布什来恩宫,外露式的圆管截面桁架把立面荷载传递到立柱里,管截面内注入水用于,正好弥补了钢结构建筑耐火性差的弱点;还有加拿大多伦多Skydome的开合屋盖、法国戴高乐机场的高速铁路火车站等都是的钢管结构建筑,我国直缝焊管结构的发展要晚于西欧、北美、日本等国,但在近十年,钢管结构在我国也了发展。特别是以鸟巢为代表的奥运场馆落成,不仅为2008年奥运会树立一座的历史性的标志性建筑,而且在世界建筑发展史上也具有开创性意义,为21世纪的中国和世界建筑发展提供历史见证,该工程采用低合金高强钢Q460,节省了钢材用量。除此以外,我国先后建成了一些大型的钢管结构建筑,如大剧院、长春体育馆、上海体育馆、虹口体育馆、广州体育馆、都机场新航站楼、成都双流机场新航站楼、广州新白云机场航站楼、沈阳桃仙机场、济南遥墙机场等,其中,大剧院大厅立柱采用耐火耐候埋弧焊钢管,钢管由珠江钢管公司提供,可在600℃以上的温度下,不变形不软化,在室外不作任何操施的情况下,可长期不受腐蚀:一长春体育馆是我国使用大截面方钢管的国内大跨度的方钢管网壳工程:广州新白云航站楼屋盖是国内大型的圆管结构建筑,它的指廊和高架连廊则采用了方管结构。这些钢管结构的建成对管结构在我国的推广应用起着非常积极的作用。

高频直缝焊管(ERW)在我国起步较早,但应用于石油、气输送是在上个世纪80年代后期才开始。它的优点是:①使用热轧带钢作原料,尺寸、,内外壁光滑,Q345B直缝焊管适用于中小直径的支线和城市气管线,管径D168~660mm,壁厚8~25mm范围,钢级在X56~X80之间;②适用于连续生产,焊速较高,Vmax≥20m/nain;③用途广泛,还可用于制造石油油井管,也适用于海底输送管线,甚至高寒地带输送管线。局限性在于:①不能作主干线的气管线;②管径≤219时,容易受到塑料管的竞争;③制作工艺上,焊接时不用焊条,焊缝的力学性能可以达到但不容易超过母材。

石油气输送对管道的通用技术要求主要有三点,一是   的强度、刚度、冲击韧性和可焊性,由于输送介质一一石油和气的不相同以及气有富气和常用的已净化过的气的区别,以及有输送的地段不同,如河流穿越段和陆上输送段(又有一、二、三、四类地区)和海底输送段,对钢管有不同的技术要求。输送介质有流体(气体、油、水)和浆体(矿浆、煤浆)的区别,钢管性能也有区别。

具体来说,输油管线有5个特点:①管线一般直径≥900nmm;②管线钢材强度级别一般为X56~X65钢级之间;③主要要求在性能上突出焊接;④材料用低碳一锰钢W(C)≤0.1%,W(Mn)≤0.015%;⑤显微基体选用珠光体+铁素体基体。

输气管线也有5个特点:①管线直径一般大于等于900~1200mm;②管材强度级别一般为X70~X120钢级之间;③主要要求在性能上突出对延性断裂有“止裂”性能和焊接性能;④显微基体选用韧性针状铁素体型。这种钢比输油用钢有好的焊接性能(Pcm≤0.20),相当高的冲击韧性(250-500J)。浆体输送管线除了强度、刚度要求之外,还要求有抗水介质带来的腐蚀和承受高速运动(≥1.5m/s)的固态物料带来的对管体冲蚀作用的能力。无缝钢管主要用于穿越段地形,不锈钢直缝焊管用于输送站集输管线。

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