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MORE直縫鋼管鋼結構應用和技術特點
鋼管結構作為新型的結構形式,近幾年來在世界各國了發展。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計數字證實,隨著鋼鐵工業以底層商業建筑市場為目標,鋼管結構的需求也呈上升之勢,1999年的交貨量為225萬t,有替代露天結構材料的趨勢。據LTV鋼鐵公司估計,在近5年,結構管材的消耗量每年以5%~10%的速度增長。日本是一個多地震,建筑業采用H型鋼結構比較多,但近幾年也在大力和應用鋼管結構,且規格大型化,斷面復雜化,現已生產邊長為700mm,壁厚16~32mm的大型鋼管結構,用于建筑結構柱。
直縫埋弧焊管(LSAW)在我國應用于油氣輸送工程比較晚,但起步,發展步子大,成績顯著。因為它有下列優點:①直縫管成型工藝比較容易,有預焊及精焊,焊接比較容易;②大口徑厚壁直縫鋼管有全管擴徑工藝,比較容易應力,殘余應力較小;③幾何精度和力學性能較好,穩定,性高;④直縫焊管應用廣泛,可以應用于油氣管線,可以用于陸上二、三、四類地區、穿越段及海底管線;⑤可以達到高鋼級≥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。③直徑≤406mm時,制作上不夠經濟。
直縫埋弧鋼管結構起初用于海上或近海結構,如海洋平臺結構。當時人們對焊接鋼管節點的性能了解甚少,直到1947年世界上個現代化的海洋平臺在墨西哥海灣建成后,人們才認識到直縫管作為結構構件的優越性,從而促使人們開始探索鋼管結構的性能。而后,在將近半個多世紀里,世界各國涌現出許多造型、構造優美、功能的鋼管結構,如德國Stuttgart機場候機大廳采用大口徑厚壁直縫鋼管構件鑄鋼節點的樹形支承結構,具有造型、簡捷明快的特點;日本大阪的Kansai機場航站樓屋面結構,采用了圓管截面的曲線三角桁架:英國倫敦布什來恩宮,外露式的圓管截面桁架把立面荷載傳遞到立柱里,管截面內注入水用于,正好彌補了鋼結構建筑耐火性差的弱點;還有加拿大多倫多Skydome的開合屋蓋、法國戴高樂機場的高速鐵路火車站等都是的鋼管結構建筑,我國直縫焊管結構的發展要晚于西歐、北美、日本等國,但在近十年,鋼管結構在我國也了發展。特別是以鳥巢為代表的奧運場館落成,不僅為2008年奧運會樹立一座的歷史性的標志性建筑,而且在世界建筑發展史上也具有開創性意義,為21世紀的中國和世界建筑發展提供歷史見證,該工程采用低合金高強鋼Q460,節省了鋼材用量。除此以外,我國先后建成了一些大型的鋼管結構建筑,如大劇院、長春體育館、上海體育館、虹口體育館、廣州體育館、都機場新航站樓、成都雙流機場新航站樓、廣州新白云機場航站樓、沈陽桃仙機場、濟南遙墻機場等,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,可長期不受腐蝕:一長春體育館是我國使用大截面方鋼管的國內大跨度的方鋼管網殼工程:廣州新白云航站樓屋蓋是國內大型的圓管結構建筑,它的指廊和高架連廊則采用了方管結構。這些鋼管結構的建成對管結構在我國的推廣應用起著非常積極的作用。
高頻直縫焊管(ERW)在我國起步較早,但應用于石油、氣輸送是在上個世紀80年代后期才開始。它的優點是:①使用熱軋帶鋼作原料,尺寸、,內外壁光滑,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,鋼級在X56~X80之間;②適用于連續生產,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,容易受到塑料管的競爭;③制作工藝上,焊接時不用焊條,焊縫的力學性能可以達到但不容易超過母材。
石油氣輸送對管道的通用技術要求主要有三點,一是 的強度、剛度、沖擊韌性和可焊性,由于輸送介質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)和海底輸送段,對鋼管有不同的技術要求。輸送介質有流體(氣體、油、水)和漿體(礦漿、煤漿)的區別,鋼管性能也有區別。
具體來說,輸油管線有5個特點:①管線一般直徑≥900nmm;②管線鋼材強度級別一般為X56~X65鋼級之間;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個特點:①管線直徑一般大于等于900~1200mm;②管材強度級別一般為X70~X120鋼級之間;③主要要求在性能上突出對延性斷裂有“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),相當高的沖擊韌性(250-500J)。漿體輸送管線除了強度、剛度要求之外,還要求有抗水介質帶來的腐蝕和承受高速運動(≥1.5m/s)的固態物料帶來的對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。