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    抗氫脆性能
    X80以上級(jí)別的結(jié)構(gòu)鋼管對(duì)氫脆敏感,曾在樁腿支撐管中發(fā)現(xiàn)氫致裂紋,由此造成了海洋平臺(tái)的垮塌事故。長(zhǎng)期在海水環(huán)境服役的固定式鉆井平臺(tái),難以檢測(cè)結(jié)構(gòu)管的氫致開(kāi)裂,尤其要關(guān)注材料的氫脆問(wèn)題。HSE建議海工用高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼管宜采用“海水+CP+硫化物”環(huán)境的慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)測(cè)試氫脆指數(shù)EI,且海工用高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼管應(yīng)符合EI≤60%的要求。EI采用公式定義:EI =(RAa-RAe)/RAa
    式中RAa———材料在空氣環(huán)境中拉伸測(cè)得的斷面收縮率,%;
    RAe———材料在試驗(yàn)環(huán)境中拉伸測(cè)得的斷面收縮率,%。
    按上述方法,測(cè)試和評(píng)價(jià)了該X80鋼級(jí)樁腿支撐管材料的抗環(huán)境氫脆性能。試驗(yàn)環(huán)境中的海水采用天然海水;CP電位的選取(≤-1100mV)參照相關(guān)規(guī)范和工程要求;采用H2S模擬硫酸鹽還原菌SRB引起的生物硫化物,參考后者在海水中的實(shí)際濃度(一般≤0.06%),選取了H2S的濃度范圍;拉伸應(yīng)變速率根據(jù)以往工作經(jīng)驗(yàn)取4.0×10-6s-1。結(jié)果表明,X80鋼級(jí)樁腿支撐管在“海水+CP電位-1100~-750mV(Ag/AgCl)+無(wú)硫化物”環(huán)境和“海水+CP電位-1000 m V(Ag/Ag Cl)+0.01%~0.06%硫化物”環(huán)境中的氫脆指數(shù)均符合EI≤60%的要求,即X80鋼級(jí)樁腿支撐管材料具有較低的氫脆傾向,能夠滿足海洋平臺(tái)樁腿在相應(yīng)環(huán)境下對(duì)材料抗氫脆性能的要求,具有優(yōu)良的抗氫脆性能。X80鋼級(jí)樁腿支撐管抗氫脆的相關(guān)機(jī)理是:
    (1) X80鋼級(jí)樁腿支撐管用鋼的純凈度高,夾雜物數(shù)量少、尺寸小,從而減少了氫致裂紋源;
    (2) X80鋼級(jí)樁腿支撐管經(jīng)淬火+高溫回火后,形成了細(xì)化的粒狀貝氏體和鐵素體基體組織,且基體上分布大量彌散合金碳化物粒子、少量位錯(cuò)的組織,氫陷井的數(shù)量較多,氫的擴(kuò)散通道減少,大大減少了鋼的吸氫量。

    冠梁
    冠梁是設(shè)置在基坑周邊支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部的鋼筋混凝土連續(xù)梁,其作用其一是把所有的樁基連到一起(如鉆孔灌注樁,旋挖樁等),防止基坑(豎井)頂部邊緣產(chǎn)生坍塌,其二是通過(guò)牛腿承擔(dān)鋼支撐(或鋼筋混凝土支撐)的水平擠靠力和豎向剪力,冠梁施工時(shí)必須鑿除樁頂?shù)母{等。
    圍檁
    圍檁是協(xié)調(diào)支撐和圍護(hù)墻結(jié)構(gòu)間受力與變形的重要受力構(gòu)件,其可加強(qiáng)圍護(hù)墻的整體性,并將其所受的水平力傳遞給支撐構(gòu)件,因此要求具有較好的自身剛度和較小的垂直位移。首道支撐的圍檁應(yīng)盡量兼作為圍護(hù)墻的圈梁。必要時(shí)可將圍護(hù)墻墻頂標(biāo)高落低,如首道支撐體系的圍檁不能兼作為圈梁時(shí),應(yīng)另外設(shè)置圍護(hù)墻頂圈梁。圈梁作用可將離散的鉆孔灌注圍護(hù)樁、地下連續(xù)墻等圍護(hù)墻連接起來(lái),加強(qiáng)了圍護(hù)墻的整體性,對(duì)減少圍護(hù)墻頂部位移有利。
    水平支撐
    水平支撐是平衡圍護(hù)墻外側(cè)水平作用力的主要構(gòu)件,要求傳力直接、平面剛度好而且分布均勻。
    豎向支撐
    鋼立柱及立柱樁的作用是保證水平支撐的縱向穩(wěn)定,加強(qiáng)支撐體系的空間剛度和承受水平支撐傳來(lái)的豎向荷載,要求具有較好自身剛度和較小垂直位移。
    鋼支撐
    鋼支撐指運(yùn)用鋼管、H型鋼、角鋼等增強(qiáng)工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,一般情況是傾斜的連接構(gòu)件,*常見(jiàn)的是人字形和交叉形狀。其具有可回收再利用,經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性等特征。目前鋼支撐在地鐵基坑圍護(hù)方面被廣泛應(yīng)用。其一般采用的直徑609mm、16mm壁厚的支撐鋼管,對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐作用,防止基坑坍塌。
    焊接性能
    自升式鉆井平臺(tái)樁腿的支撐結(jié)構(gòu)是重要的受力結(jié)構(gòu),樁腿支撐管要具有良好的環(huán)焊性能。依據(jù)美國(guó)焊接學(xué)會(huì)(AWS)和美國(guó)船級(jí)社(ABS)相關(guān)焊接規(guī)范進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:X80鋼級(jí)樁腿支撐管在自升式鉆井平臺(tái)樁腿支撐結(jié)構(gòu)常規(guī)的焊接制造工藝條件下,所有環(huán)焊接頭的強(qiáng)度、韌性和硬度均符合相關(guān)技術(shù)條件的要求,產(chǎn)品具有優(yōu)良的焊接性能。

    ①明挖順做法:全面積敞開(kāi),挖機(jī)停靠在基坑外側(cè)開(kāi)挖土方,結(jié)構(gòu)施工形式為底板→中板→頂板。②明挖逆作法:全面積敞開(kāi),挖機(jī)??吭诨油鈧?cè)開(kāi)挖土方,結(jié)構(gòu)施工形式為頂板→中板→底板,那么鋼支撐施工復(fù)雜,將鋼支撐分節(jié)吊入頂板預(yù)留孔洞,頂板下小挖機(jī)及人力、電動(dòng)葫蘆配合在頂板下拼裝鋼支撐,。③全蓋挖順做法:基坑內(nèi)**層混凝土支撐位置使用預(yù)留開(kāi)挖空洞取土,深基坑內(nèi)側(cè)其他部位均為大面積棧橋板(混凝土板),大型挖機(jī)停靠在基坑內(nèi)側(cè)棧橋板上,結(jié)構(gòu)施工形式為底板→中板→頂板,那么鋼支撐施工與明挖逆作法基本一致,施工復(fù)雜。④半蓋挖順做法:深基坑內(nèi)側(cè)一半或者一小部分為混凝土棧橋板,挖機(jī)??吭跅虬寤蛘呋油鈧?cè)開(kāi)挖土方,結(jié)構(gòu)施工形式為底板→中板→頂板,鋼支撐在基坑外側(cè)上方施工便道1根分2節(jié)吊入基坑內(nèi),再利用小挖機(jī)配合拼裝鋼支撐。⑤半蓋挖逆作法:深基坑內(nèi)側(cè)一半或者一小部分為混凝土棧橋板,大型挖機(jī)停靠在棧橋板或基坑外側(cè)開(kāi)挖土方,結(jié)構(gòu)施工形式為頂板→中板→底板,那么鋼支撐施工與明挖逆作法和全蓋挖順做法基本一致,施工復(fù)雜。

    防撞性能
    海洋平臺(tái)用樁腿支撐管在服役過(guò)程中可能會(huì)遭受油輪和工程船的意外撞擊。據(jù)測(cè)算,船舶撞擊時(shí),樁腿支撐管承受速率在10-2~10s-1的變形。因此,采用拉伸試驗(yàn),通過(guò)測(cè)試動(dòng)態(tài)拉伸性能,評(píng)價(jià)X80鋼級(jí)樁腿支撐管材料的防撞性能。試驗(yàn)結(jié)果表明:拉伸應(yīng)變速率為0.002~5s-1時(shí),隨應(yīng)變速率增加,X80鋼級(jí)樁腿支撐管的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、應(yīng)變強(qiáng)度(Rp2和Rp5)提高,斷后伸長(zhǎng)率下降;此外,屈服強(qiáng)度和拉抗強(qiáng)度分別為612~670 MPa和695~790 MPa,仍符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。因此,X80鋼級(jí)樁腿支撐管材料具有良好的防撞性能。

    金相組織
    X80鋼級(jí)樁腿支撐管采用淬火+高溫回火的調(diào)質(zhì)熱處理工藝,X80鋼級(jí)樁腿支撐管960 ℃淬火+650 ℃,形成了以細(xì)化的粒狀貝氏體和針狀鐵素體為基體、分布少量M/A組元脆性相和大量彌散細(xì)小沉淀粒子的多相組織,晶粒度可達(dá)9級(jí)以上。這種多相組織來(lái)自于采用降碳、低碳當(dāng)量、多元合金化和微合金化設(shè)計(jì)的鋼種,對(duì)X80鋼級(jí)樁腿支撐管材料的低溫沖擊性能、疲勞性能、抗氫脆等方面都有積極的意義。
    試驗(yàn)材料
    國(guó)內(nèi)某鋼管公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了JU2000E自升式鉆井平臺(tái)X80鋼級(jí)樁腿支撐管,解決了材料成分設(shè)計(jì)、高純均質(zhì)化冶煉—連鑄工藝、高精度軋管工藝、熱處理工藝等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,且產(chǎn)品批量生產(chǎn)性能穩(wěn)定,各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到或者超過(guò)國(guó)外同類產(chǎn)品。選取該公司用于制造JU2000E自升式鉆井平臺(tái)樁腿支撐管Φ323.85mm×28.58mm規(guī)格,該支撐管的屈服強(qiáng)度Rt0.5和抗拉強(qiáng)度Rm分別為610MPa和700MPa,斷后伸長(zhǎng)率A為28%,斷面收縮率為85%,-40℃縱向全尺寸沖擊功平均值為251J。


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