海洋工程钢管混凝土结构技术规程

782术语和符号2.1.1中空夹层复合海底管道steel-concretedouble2.1.2中空夹层复合海底管道结构steel-concretedoubleskincompositetu2.1.3截面空心率cross-sectionalhollowratio2.1.4名义截面含钢率nominalcross-sectionalsteelratio2.1.5名义约束效应系数nominalconfinementfactor2.1.6轴压比axialcompressionratioofthememberMu——受弯承载力；Nt——轴向拉力设计值；Nu——截面受压承载力；9T2.2.2材料力学性能foscy——外钢管和夹层材料的截面轴压强度标准值；fi——内钢管钢材的抗拉和抗压强度设计值；fo——外钢管钢材的抗拉和抗压强度设计值；fyi——内钢管钢材的屈服强度；fc——夹层材料的轴心抗压强度设计值；fck——夹层材料的轴心抗压强度标准值；fyc——夹层材料的屈服强度；2.2.3几何参数Ace——外层钢管内壁所围的横截面面积；2.2.4计算系数及其他Pa——静水压压强；pc——压溃强度；Ra——钢管表面粗糙度；3基本规定3.1.2本规程采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，用分项系数设计表达式进3.1.3中空夹层复合海底管道结构应进行承载能力极限状态设计，且除偶然设计状况2进行正常使用极限状态设计时，应采用作用的标准组合、频遇组合或准永久组3.1.4中空夹层复合海底管道结构的安全等级和设计工作年限应符合现行国家标准3.1.5进行中空夹层复合海底管道结构设计时，应合理选择材料、结构方案和构造措施，满足结构构件在制造、安装和使用过程中的强度、刚度和3.1.6中空夹层复合海底管道结构应结合制造及安装技术与实际工程条件，选择合理的确定应根据工程类别，符合国家现行有关标准的规定。直层复合海底管道结构，计算构件强度、稳定性以及连接强度3.2.2进行中空夹层复合海底管道结构的强度以及稳定性验算时，应采用荷载设计3.2.3在中空夹层复合海底管道结构的设计与制造过程中，应考虑影响该结构的海洋3.2.4进行中空夹层复合海底管道结构设计时，应采用相关重现期最危险的荷载效应表3.2.4根据重现期的特征环境荷载3.3.1中空夹层复合海底管道的截面外层钢管外径不宜小于304.8mm（12inch），且现行国家标准《钢结构设计标准》GB50017、《钢管混凝土混合结构nAAso——截面外层钢管的横截面面积（mm2）；3.3.3名义约束效应系数不宜小于0.6，且不应大于4.0。ξ=AsofyoAcefckfck——夹层材料的轴心抗压强度标准值（N/mm2fyo——外钢管钢材的屈服强度（N/mm2）。3.4.1中空夹层复合海底管道结构的连接应确保力的有效传递，应保证内、外钢管与夹层材料共同工作，并满足强度、刚度和稳定性的要求；3.4.2中空夹层复合海底管道结构的连接构造应做到构4.1.1中空夹层复合海底管道结构中的外层及内层钢管采用普通结构钢时宜采用4.1.2中空夹层复合海底管道结构中的内层钢管采用不锈钢材料时，应符合国家现行标准《不锈钢和耐热钢牌号及化学成分》GB/GB/T4237、《不锈钢冷轧钢板和钢带》539、《不锈钢管混凝土结构技术规程》T/CECS952和《不锈2当采用奥氏体-铁素体双相型不锈钢时，可选用统一数字代号为S22053和4.1.3中空夹层复合海底管道结构中钢管的强度设计值和其他物理性能指标，应按国家现行标准《钢结构设计标准》GB50017、《钢管混凝土混4.2.1中空夹层复合海底管道结构中的夹层材料可采用普通混凝土、高强混凝土、轻符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB3带有外包钢筋混凝土配重层的中空夹层复合海底管道结构，其夹层混凝土的强4.2.2当外层钢管采用普通结构钢、夹层材料采用混凝土时，夹层混凝土强度等级的表4.2.2不同强度等级的普通结构钢对应的混凝土强度等级4.2.3当外层钢管采用不锈钢、夹层材料采用混凝土时，夹层混凝土强度等级的确定表4.2.3不同不锈钢材料类型对应的混凝土强度等级4.2.4夹层材料为保温混凝土时，保温4.3.1当钢管采用普通结构钢时，钢材焊接材料、连接紧固件和其他连接件的材料应符合现行国家标准《钢结构设计标准》GB54.3.2当钢管采用不锈钢时，焊接材料、连接紧固件和其他连接件的材料应满足现行5结构分析5.1.2当结构在安装阶段和使用阶段有多种受力工况时，应分别进行结构分析，确定1结构遭受地震、冲击等偶然作用时，尚应按国家现行有关标准的要求进行相应5.1.4中空夹层复合海底管道连接、铺设等主要安装阶段，应进行管道结构强度、变5.1.5安装阶段结构分析中，应计入安装全过程中出现的实际作用和效应，包括船舶运动、张紧器张力波动、托管架变形、水动力荷5.2.1中空夹层复合海底管道轴心受压的外钢管和夹层材料截面的轴压强度设计值应=C1χ2fo+C2(1.14+1.02=C1χ2fo+C2(1.14+1.02ξo)fcfoscC1Cα=1+α1+αn=1+α2ξo=AsofoAcefcα=α=AsoAc）；Aso——外钢管的横截面面积（mm2）；Ace——外层钢管内壁所围的横截面面积（mm2Ac——夹层材料的横截面面积（mm2）；fo——外钢管钢材的抗拉和抗压强度设计值（N/mm2fc——夹层材料的轴心抗压强度设计值（N/mm2）。(EI)sc=Es(Isi+I5.2.4当夹层材料为混凝土时，中空夹层复合海底管道中外钢管与夹层混凝土以及内钢管与夹层混凝土之间的粘结强度设计值f1对于钢管表面粗糙度Ra不小于5时应取fb=0.225N/mm2；fb=0.0675+0.0315Ra（5.2.4）5.3.2中空夹层复合海底管道安装和在位分析参数应5.3.3安装分析和在位分析用5.3.4中空夹层复合海底管道的安装分析应5.3.5中空夹层复合海底管道的安装动力分5.3.6在位分析应考虑钢管初应力、夹层材料脱空等初始缺陷、设计温度和海床相互5.3.7中空夹层复合海底管道在位分析应校核管道强度，检验在位服役全过程是否满5.3.8根据项目要求中空夹层复合海底管道的安装6管道承载力计算6.1.1本章适用于承受静力荷载或间接承受动力荷载作用且夹层材料采用普通混凝土6.1.2由制造或安装等过程引起的钢管初应力限值应为空钢管承载力对应临界应力值6.2.1中空夹层复合海底管道结构的轴心受压承载力应符合式（6.2.1N≤ϕNuuosc,uuosc,uNi,u=fiAsi(1dl(λ+35)2λ≤λoλo<λ≤λpλ>λpλo=π420λo=πfoscyλ= λ= f=C1χ2fyo+C2(1.14+1.02ξ)fckf）；Nosc,u——外钢管和夹层材料的截面受压承载力（N）；）；Aso——外钢管的横截面面积（mm2Ac——夹层材料的横截面面积（mm2fi——内钢管钢材的抗拉和抗压强度设计值（N/mm2fosc——外钢管和夹层材料截面的轴压强度设计值（N/mm2λp——管道弹性失稳的界限长细比，可按现行国家标准《钢管混凝土混合结构技Do——外钢管外径（mmfoscy——外钢管和夹层钢管混凝土截面的轴压强度标准值（N/mm2）；fyo——外钢管钢材的屈服强度（N/mm2fck——夹层材料的轴心抗压强度标准值（N/mm2NtNt,uoAso|(|(N)N1(M)M≤MuMosc,u=γm1Wscmfoscγm1=0.48ln(ξ+0.1)(1+0.06χ−0.85χ2)+1.1γm2Mosc,u——外钢管和夹层材料的截面受弯承载力（N·mm）；6.2.4中空夹层复合海底管道结构在一个平面内承受压、弯荷载共同作用时，承载力NNc,uNNNNc,uNN2|ϕNc,ud1（Mu2−2ϕ2ηoϕηob=1ϕηo2(ζηoNEηoηoTosc,uγtτscy)ξTosc,uγtτscyηo)ξ>0.4cIc)6.2.5中空夹层复合海底管道结构在一个平面内承受拉、弯荷载共同作用时，承载力 NtNMt,uuM——弯矩设计值（N·mm6.2.6中空夹层复合海底管uTTuu=γtWsctτscy−0.382χ2+0.0414χ+0.2669)lnξ−0.1826χ+1.3013=(0.422+0.313α2.33)ξ0.134foscτvi=fi/Tτscy——外钢管和夹层材料截面的抗扭极限强度（）；6.2.7中空夹层复合海底管道结构承受压、扭荷载共同作用时，承载力应按现行国家6.2.8中空夹层复合海底管道在弯矩、有效轴力和内外压力共同作用下的截面设计应γm22+αp⋅2≤1γm22+αp⋅2≤1M——弯矩设计值（N·mmofyoN——轴力设计值（Npe——外部压力（MPapb——破裂压力（MPapc——中空夹层复合海底管道结构的压溃强度（“c——流动应力参数；“p——用于组合荷载准则的压力因子。/pcf1opPl=2fyof1=min(pEl,pPl)|(Dc)|(Dc)−2.203(tc)2.990(fyc)−0.205(fyc)0.300(Ec)0.721|o——外钢管外径直径（mmpEl——弹性屈曲压力（MPaEo——外钢管钢材的弹性模量（GPapPl——塑性屈曲压力（MPafyo——外钢管钢材的屈服强度（MPaf1——弹性屈曲压力和塑性屈曲压力中的最小值（MPapc——中空夹层复合海底管道结构的压溃强度（fyi——内钢管钢材的屈服强度（MPaDc——夹层材料外径（mmEc——夹层材料的弹性模量（GPafyc——夹层材料的屈服强度（MPa）。pp=35.0fyo2.5（6.2.10-1）psp22.8160.7800.407p——单钢管的压溃传播压力（MPapsp——中空夹层复合海底管道结构的压溃传播压f2——计算参数；Eoʹ——外钢管钢材的硬化模量（GPa6.3.1长期荷载作用下中空夹层复合海底管道结构的轴心受压承载力宜按下式计算：NuL=kcrNu（6.3.1）Nu——截面受压承载力（Nkcr——长期荷载影响系数，宜按现行国家标准《钢管混凝土混合结构技术标准》6.4.1承受直接动力荷载作用的中空夹层复合海底管道结构，当应力变化的循环次数==NF,rNF0.173FT1.7F）；）；T7防护设计7.1.1中空夹层复合海底管道结构中的内层钢管或外层钢管发生腐蚀时，可采用“等钢管壁厚损失取局部腐蚀或点腐蚀区域壁厚损失的最大值，也可参考本规7.1.2腐蚀后中空夹层复合海底管道结构的等效参数应按国家现行标准《钢管混凝土7.2.1中空夹层复合海底管道在低温环境下，钢管材料可参照现行国家标准《低温管格要求的相关规定，夹层混凝土可参照现行国家标准《低7.2.2在冻融环境下，夹层混凝土应符合现行国家标准7.3.1当中空夹层复合海底管道结构受到撞击作用影响时，应根据国家现行标准《钢7.3.2受到撞击作用影响的中空夹层复合海底管道结构截面空心率不应大于0.7，动7.3.3当水深大于等于50米时，中空夹层复合海底管道结构受落物撞击作用可取为7.3.4落物稳定速度作用下产生的有效撞击能量可按下式或国家现行标准的有关规定EE=ET+EA=m+ma)vv=ET——落物动能（JEA——落物的附加水动力能量（J）；A——落物在下落方向的投影面积（m2）；表7.3.4落物在水下的阻力系数与附加7.4.1爆炸作用后中空夹层复合海底管道结构损伤等级可按表7.4.1确定。Nb,ub)NuRb Zb= 8制造、安装和验收8.1.1中空夹层复合海底管道的内层钢管和外层钢管在制造阶段，应通过定位装置保 δ8.1.2中空夹层复合海底管道结构在制造和安装前，应根据制造安装设计文件的要求编制制造工艺；同时应根据设计要求对构造复杂的结构进8.2.1中空夹层复合海底管道的外钢管外侧和内钢管内侧应采取防腐措施，防腐蚀采用的涂料、防腐蚀对内层钢管及外层钢管结构的构造8.2.2中空夹层复合海底管道中夹层材料浇筑或填充前应将夹层内杂物、积水清除干净。在浇筑或填充夹层材料时，应避免夹层材料跌落内8.4.2中空夹层复合海底管道安装的允许偏差、焊缝的尺寸偏差、外观质量和内部质8.4.3在达到稳定生产状态后，应对运行极限状态是否于设计工况内进行验证。重点A.0.1钢管混凝土中钢-混凝土界面粘结力包括化学胶结力、微观咬合力以及宏观咬合A.0.2本附录中钢与混凝土的界面粘结强度测试方法适合钢板混凝土和钢管混凝土两B.0.3长期荷载作用下的徐变装置应包括力传感器、千分表、高强螺栓、承力板、螺杆C.0.1本附录规定了复合管道结构疲劳性能测试的试验装置、试验方法以及测试结果要4通过力传感器测量试验机施加在分配梁上的荷载，进行跨中弯矩的计算；通过贴在外层钢管外表面的应变片测量四点弯曲纯弯段的钢材应变，通过应变可计算应力，2钢管材料试件试验前后的屈服强度、拉伸强本规程用词说明引用标准名录中国工程建设标准化协会标准海洋工程钢管混凝土结构技术规程（中空夹层复合海底管道结构技术规程） 44 45 45 45 46 46 46 47 47 48 48 50 50 51 54 54 54 54 57 57 57 57 58 60 60 61 63 66 671232术语和符号2.1.5名义约束效应系数是表征中空夹层复合海底管道截面几何尺寸和组成材料物理3基本规定3.2.2本条文参考了现行国家标准《钢管混凝土混合结构技术标准》GB/T3.2.3中空夹层复合海底管道结构的设计与安装过程应考虑潮汐、冰情、地震与海啸、海洋物理、海洋化学、海洋生物、海洋地质、海洋污染、1最小管径、最小壁厚和内外钢管净间距的规定是为了保证混凝土浇筑质量、钢4.1.1结合中空夹层复合海底管道结构的受力要求和现行国家标准《钢结构设计标4.1.2奥氏体型不锈钢含有高比例的铬和镍，使其具有优异的耐腐蚀性，能够在多种腐蚀介质中保持稳定，在一些特定环境下具有较好的抗应力型不锈钢具有良好的可塑性和可加工性，可以方便地进行冷而且具有较好的耐磁性，对磁场的影响较小；奥氏体-铁体和铁素体的特点，具有较高的强度和良好的韧性，以及良境、荷载类型、结构形式、钢管壁厚、成型方法和表面要确定性能指标，同时应在设计文件中注明。例如：当中空夹层于直接接触海水地区、生产腐蚀性产品的工业厂房、与腐蚀性腐蚀穿孔失效，此时，建议选用耐腐蚀性较高的统一涂层或电化学防护措施。不锈钢管在腐蚀性介质及工应力(塑性加工焊接、装配过程中产生的残余应力)共同作用下强度的脆性开裂，即应力腐蚀破裂。当不锈钢管中空夹层复合海能出现应力腐蚀的环境中时，建议选用抗腐蚀性较高的双相型不钢管表面的检查、清理以防止腐蚀性离子的富集;当有可靠依据时，混凝土种类主要决定于所采用的浇筑工艺。宜采用微膨胀混凝量，严防锈蚀，严防混凝土碱骨料反应，并经现场同条件试验4.2.2设计时需要考虑复合管内混凝土强度等级和外钢管材料牌号的合理匹配，以保4.2.3设计时需要考虑不锈钢内混凝土强度等级和不锈钢管材料牌号的合理匹配，以保证不锈钢管和混凝土材料间的协同互补及组合作用。在常4.3.2本条文中参考现行团体标准《不锈钢结构技术规程》CECS410或《不锈钢管GB/T3098.15、《紧固件机械性能不锈钢「(t)]b——钢管和夹层混凝土粘结强度设计值（N/mm25.2.1中空夹层复合海底管道外钢管和夹层材料结构处于温度变化的环境时，其轴心抗压强度将受温度变化的影响。本规程未列入考虑环境温度温度变化较大时，中空夹层复合海底管道外钢管和夹层材料的影响不宜忽略，可在本条的基础上，以20℃为5.2.2为了简化计算，中空夹层复合海底管道结构组合弹管、外钢管与夹层材料三部分刚度叠加的方法计材料为混凝土时的徐变影响，将夹层材料部分的刚度粘结强度计算公式中少有考虑粗糙度影响，通过先筛选出已生锈的构件，对生锈表面粘结强度进行回归分析，得到粘间的关系，然后利用精确测量了表面粗糙度的构件，分析表面2)D——钢管外径（mmRa——钢管表面粗糙度(μm）。潮汐参数即最高天文潮（HAT）及最低天文潮（LAT通常取一年）；即海床地形和土壤参数；管道参数包括：管道特性外防腐涂层。其中，管道特性包括结构类型（复合管、夹层材料及内层钢管）、尺寸（壁厚、管径）、物理）；5.3.4静力分析可不考虑环境荷载作用，分析结果应筛选出安装期关键位置。在不考虑环境荷载作用下，进行静力分析，获得复合管道安装全律。在静力分析的基础上，筛选安装期关键位置。根据复合果，筛选出应力或变形较大的关键位置，常见位5.3.5中空夹层复合海底管道结构的安装动力分析可采用动力放大系数和关键位置动力分析法考虑海洋动力环境的影响。动力放DAF=1.2~2.0或在其它范围取值；在筛选的关键位置处3波浪荷载作用可以采用规则波或不规则波分析理论，分析结果应规避模型平衡5.3.6在位分析要点应适当考虑钢管初应力和夹层材料脱空等初始缺陷，如根据实际工程的数据，选择初始缺陷；考虑设计温度时，如有可可从保守角度，按全域管道均匀升温考虑；在海床相互5.3.7中空夹层复合海底管道可在复合管道自由膨胀和两端约束两种工况下进行分析，分别获得管端膨胀量和虚拟锚固作用下的管道轴向荷5.3.8对于安装分析，根据项目要求进行参数分析时，参数通常包括但不限于：托管对于在位分析，根据项目要求进行锚固件间隔等关键参数6管道承载力计算6.2.2本条文未计入荷载长期作用影响，长期荷载作用下中空夹层复合海底管道结构6.2.7中空夹层复合海底管道结构受压、扭荷载共同作用时，可视为钢管混凝土桁式混合结构的单根弦杆计算其承载力。应按现行国家标准6.2.9外压作用下中空夹层复合海底管道结构压溃载荷计算中，材料参数采用理想弹技术国家工程实验室深水高压舱实验检验。巴西海洋工程6.2.10外压作用下中空夹层复合海底管道结构压溃传播载荷计算中，材料参数采用理试验技术国家工程实验室和巴西海洋工程技术研究院深水高6.4.2对有疲劳验算要求的中空夹层复合海底管道结构，可将其视作只有外钢管的空宜考虑钢管多向应力状态的影响按式（6.4.2）修正于损伤力学和扩展有限元法的疲劳寿命分析，以裂纹N=7.03×1012。vonMises应力σeq=[0.5(S11-S22)2+(S22-S33S3NT1.7=1.21×在中空夹层复合海底管道进行抗疲劳设计时，还建该综合考虑英国标准《Guideoffatiguedesignandassessmentofsteelproducts》BS7608和《Guidetomethodsforassessingtheacceptabilityofflawsinmetallicstructu7防护设计7.1.1本条文参考了现行团体标准《钢管混凝土桁式混合结构技术规程》T/CECS7857.1.2工程中空夹层复合海底管道的外管受腐蚀，与钢管混凝土的外管受腐蚀情况相7.2.2在冻融环境下，中空夹层复合海底管道的夹层混凝土会发生材料劣化，但轴压7.3.1考虑到实际海洋工程中存在船锚等落物对中空夹层复合海底管道结构产生撞击7.3.2为减少撞击荷载对中空夹层复合海底管道结构可能造成的损伤和破坏，在设计阶段应考虑撞击荷载作用。已有的研究结果表明，当中空面空心率大于0.8时，其耐撞能力明显7.3.3本条文参考了挪威船级社标准DNVRP7.3.4本条文参考了挪威船级社标准DNVRPF17.4.1本条文参考挪威船级社标准《Riskassessmentofpipelineprotection》DNV-RP-F107。中空夹层复合海底管道结构在爆炸荷载下，外管和夹而达到保护内管的效果。因此从输运油气的正常使用情况考虑，以内管凹判断标准。另外，当爆炸距离较大时，中空夹层复合海底管道结构的破坏7.4.2受水下爆炸作用的中空夹层复合海底管道结构通过采用损伤指数来计算爆炸作进行中空夹层复合海底管道结构的抗爆炸设计时，应考虑一次荷P(t)=Pme−t/θbbP=mZ1.13θ=0.084Wb1/3⋅Z.23m——水下爆炸峰值压强（MPa(C-(C-d)「R2(1.2v2)].22 R4R22RR 2rr2rrR——气泡半径（mH——气泡表面焓的差值（m2/s2p——气泡诱导压力荷载压强（Pa）；ρw——水的密度（kg/m38制造、安装和验收▲▲A.0.2钢板混凝土试件由混凝土块、钢板以及钢板顶部两端的翼缘板组成。使加载