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MORE直縫鋼管鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用和技術(shù)特點(diǎn)
鋼管結(jié)構(gòu)作為新型的結(jié)構(gòu)形式,近幾年來在世界各國(guó)了發(fā)展。近5年,歐洲的鋼管用量增加了25%。來自北美鋼鐵研究所的統(tǒng)計(jì)數(shù)字證實(shí),隨著鋼鐵工業(yè)以底層商業(yè)建筑市場(chǎng)為目標(biāo),鋼管結(jié)構(gòu)的需求也呈上升之勢(shì),1999年的交貨量為225萬t,有替代露天結(jié)構(gòu)材料的趨勢(shì)。據(jù)LTV鋼鐵公司估計(jì),在近5年,結(jié)構(gòu)管材的消耗量每年以5%~10%的速度增長(zhǎng)。日本是一個(gè)多地震,建筑業(yè)采用H型鋼結(jié)構(gòu)比較多,但近幾年也在大力和應(yīng)用鋼管結(jié)構(gòu),且規(guī)格大型化,斷面復(fù)雜化,現(xiàn)已生產(chǎn)邊長(zhǎng)為700mm,壁厚16~32mm的大型鋼管結(jié)構(gòu),用于建筑結(jié)構(gòu)柱。
直縫埋弧焊管(LSAW)在我國(guó)應(yīng)用于油氣輸送工程比較晚,但起步,發(fā)展步子大,成績(jī)顯著。因?yàn)樗邢铝袃?yōu)點(diǎn):①直縫管成型工藝比較容易,有預(yù)焊及精焊,焊接比較容易;②大口徑厚壁直縫鋼管有全管擴(kuò)徑工藝,比較容易應(yīng)力,殘余應(yīng)力較?。虎蹘缀尉群土W(xué)性能較好,穩(wěn)定,性高;④直縫焊管應(yīng)用廣泛,可以應(yīng)用于油氣管線,可以用于陸上二、三、四類地區(qū)、穿越段及海底管線;⑤可以達(dá)到高鋼級(jí)≥X120,大壁厚≥40mm。它的局限性有:①直徑一般在≤1422mm,受到板寬的限制;②UOE成型方式投資昂貴,JCOE成型方式適用于中型企業(yè)。③直徑≤406mm時(shí),制作上不夠經(jīng)濟(jì)。
直縫埋弧鋼管結(jié)構(gòu)起初用于海上或近海結(jié)構(gòu),如海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)。當(dāng)時(shí)人們對(duì)焊接鋼管節(jié)點(diǎn)的性能了解甚少,直到1947年世界上個(gè)現(xiàn)代化的海洋平臺(tái)在墨西哥海灣建成后,人們才認(rèn)識(shí)到直縫管作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)越性,從而促使人們開始探索鋼管結(jié)構(gòu)的性能。而后,在將近半個(gè)多世紀(jì)里,世界各國(guó)涌現(xiàn)出許多造型、構(gòu)造優(yōu)美、功能的鋼管結(jié)構(gòu),如德國(guó)Stuttgart機(jī)場(chǎng)候機(jī)大廳采用大口徑厚壁直縫鋼管構(gòu)件鑄鋼節(jié)點(diǎn)的樹形支承結(jié)構(gòu),具有造型、簡(jiǎn)捷明快的特點(diǎn);日本大阪的Kansai機(jī)場(chǎng)航站樓屋面結(jié)構(gòu),采用了圓管截面的曲線三角桁架:英國(guó)倫敦布什來恩宮,外露式的圓管截面桁架把立面荷載傳遞到立柱里,管截面內(nèi)注入水用于,正好彌補(bǔ)了鋼結(jié)構(gòu)建筑耐火性差的弱點(diǎn);還有加拿大多倫多Skydome的開合屋蓋、法國(guó)戴高樂機(jī)場(chǎng)的高速鐵路火車站等都是的鋼管結(jié)構(gòu)建筑,我國(guó)直縫焊管結(jié)構(gòu)的發(fā)展要晚于西歐、北美、日本等國(guó),但在近十年,鋼管結(jié)構(gòu)在我國(guó)也了發(fā)展。特別是以鳥巢為代表的奧運(yùn)場(chǎng)館落成,不僅為2008年奧運(yùn)會(huì)樹立一座的歷史性的標(biāo)志性建筑,而且在世界建筑發(fā)展史上也具有開創(chuàng)性意義,為21世紀(jì)的中國(guó)和世界建筑發(fā)展提供歷史見證,該工程采用低合金高強(qiáng)鋼Q460,節(jié)省了鋼材用量。除此以外,我國(guó)先后建成了一些大型的鋼管結(jié)構(gòu)建筑,如大劇院、長(zhǎng)春體育館、上海體育館、虹口體育館、廣州體育館、都機(jī)場(chǎng)新航站樓、成都雙流機(jī)場(chǎng)新航站樓、廣州新白云機(jī)場(chǎng)航站樓、沈陽桃仙機(jī)場(chǎng)、濟(jì)南遙墻機(jī)場(chǎng)等,其中,大劇院大廳立柱采用耐火耐候埋弧焊鋼管,鋼管由珠江鋼管公司提供,可在600℃以上的溫度下,不變形不軟化,在室外不作任何操施的情況下,可長(zhǎng)期不受腐蝕:一長(zhǎng)春體育館是我國(guó)使用大截面方鋼管的國(guó)內(nèi)大跨度的方鋼管網(wǎng)殼工程:廣州新白云航站樓屋蓋是國(guó)內(nèi)大型的圓管結(jié)構(gòu)建筑,它的指廊和高架連廊則采用了方管結(jié)構(gòu)。這些鋼管結(jié)構(gòu)的建成對(duì)管結(jié)構(gòu)在我國(guó)的推廣應(yīng)用起著非常積極的作用。
高頻直縫焊管(ERW)在我國(guó)起步較早,但應(yīng)用于石油、氣輸送是在上個(gè)世紀(jì)80年代后期才開始。它的優(yōu)點(diǎn)是:①使用熱軋帶鋼作原料,尺寸、,內(nèi)外壁光滑,Q345B直縫焊管適用于中小直徑的支線和城市氣管線,管徑D168~660mm,壁厚8~25mm范圍,鋼級(jí)在X56~X80之間;②適用于連續(xù)生產(chǎn),焊速較高,Vmax≥20m/nain;③用途廣泛,還可用于制造石油油井管,也適用于海底輸送管線,甚至高寒地帶輸送管線。局限性在于:①不能作主干線的氣管線;②管徑≤219時(shí),容易受到塑料管的競(jìng)爭(zhēng);③制作工藝上,焊接時(shí)不用焊條,焊縫的力學(xué)性能可以達(dá)到但不容易超過母材。
石油氣輸送對(duì)管道的通用技術(shù)要求主要有三點(diǎn),一是 的強(qiáng)度、剛度、沖擊韌性和可焊性,由于輸送介質(zhì)一一石油和氣的不相同以及氣有富氣和常用的已凈化過的氣的區(qū)別,以及有輸送的地段不同,如河流穿越段和陸上輸送段(又有一、二、三、四類地區(qū))和海底輸送段,對(duì)鋼管有不同的技術(shù)要求。輸送介質(zhì)有流體(氣體、油、水)和漿體(礦漿、煤漿)的區(qū)別,鋼管性能也有區(qū)別。
具體來說,輸油管線有5個(gè)特點(diǎn):①管線一般直徑≥900nmm;②管線鋼材強(qiáng)度級(jí)別一般為X56~X65鋼級(jí)之間;③主要要求在性能上突出焊接;④材料用低碳一錳鋼W(C)≤0.1%,W(Mn)≤0.015%;⑤顯微基體選用珠光體+鐵素體基體。
輸氣管線也有5個(gè)特點(diǎn):①管線直徑一般大于等于900~1200mm;②管材強(qiáng)度級(jí)別一般為X70~X120鋼級(jí)之間;③主要要求在性能上突出對(duì)延性斷裂有“止裂”性能和焊接性能;④顯微基體選用韌性針狀鐵素體型。這種鋼比輸油用鋼有好的焊接性能(Pcm≤0.20),相當(dāng)高的沖擊韌性(250-500J)。漿體輸送管線除了強(qiáng)度、剛度要求之外,還要求有抗水介質(zhì)帶來的腐蝕和承受高速運(yùn)動(dòng)(≥1.5m/s)的固態(tài)物料帶來的對(duì)管體沖蝕作用的能力。無縫鋼管主要用于穿越段地形,不銹鋼直縫焊管用于輸送站集輸管線。