2平台水下结构机械加固和加强方法设计指南

系列报告（二）：哈尔滨工程大学黑龙江省水业技术与装备王茁周英辉于系列报告（二）：哈尔滨工程大学黑龙江省水业技术与装备王茁周英辉于目录第1章绪 论 11.11.21.32目录第1章绪 论 11.11.21.32章2.12.22.32.42.52.63章3.13.24章4.14.2综述 1平台水下结构加固与加强的必要性 3设计方法的应用 4设计方法的研究背景 5概述 5灌浆连接技术 5灌浆修复技术 6机械式与自应力式灌浆修复技术 7灌浆填充管材 8工业维修研究项目的概述 8灌浆与机械加固修复方法 10概述 10相关术语 10灌浆连接技术 12概述 12灌浆连接的应用类型 12图灌浆卡箍的使用 14影响灌浆连接强度的因素 14注意事项及建议 14灌浆连接的静强度计算 154.6适用范围及其他要求 184.6.14.6.24.6.34.6.4常规要求 18机械剪切键的特殊要求 19螺栓剪力连接器的特殊要求 19分体式套筒灌浆连接的特殊要求 204.74.8许用应力的计算 21安全系数的确定 21I作用应力计算的注意事项 22疲劳分析 22灌浆过程中部件的运动方式 22第5章灌浆卡箍 235.15.25.3概述作用应力计算的注意事项 22疲劳分析 22灌浆过程中部件的运动方式 22第5章灌浆卡箍 235.15.25.3概述 23灌浆卡箍的应用类型 24影响灌浆卡箍强度的因素 255.3.15.3.25.3.35.3.4管道的几何形状 25螺栓紧固法兰/螺栓载荷 26焊接工艺 26泥浆强度 265.4疲劳分析 26作用应力的计算 30不同灌浆连接形式 30钢结构疲劳 32安全系数的选取 33管接头的静态强度 33填充泥浆条件下灌浆卡箍的静态强度 335.6.3填充泥浆条件下灌浆卡箍的疲劳......................................................335.6.4灌浆卡箍的连接疲劳应力 34第6章机械连接方式 376.16.26.36.46.56.6概述 37机械连接的应用类型 38影响机械连接的因素 38注意事项及建议 39机械连接的静态摩擦系数 39适用范围和其他要求 41几何要求 41额外的技术要求 426.7工作负载的计算 43II安全系数的确定 43工作负载计算的注意事项 44疲劳分析 44螺柱负载的损耗计算 44第7章机械式卡箍 457.17.27.3安全系数的确定 43工作负载计算的注意事项 44疲劳分析 44螺柱负载的损耗计算 44第7章机械式卡箍 457.17.27.3概述 45机械式卡箍的应用类型 45影响机械式卡箍强度的因素 477.3.17.3.27.3.37.3.4机械连接 47钢制构件的设计 47螺柱预加载损耗 48应力分布 487.4疲劳分析 497.4.17.4.27.4.37.4.4初始接头 49夹持位置 50螺柱 51摩擦面 517.5作用应力的计算 51机械连接 51构件连接的疲劳估算 52安全系数的确定 537.67.6.17.6.27.6.3钢架的安全系数 53机械式卡箍的安全系数 53疲劳分析 538章8.18.28.38.48.5自应力灌浆连接 54概述 54自应力灌浆连接形式的应用类型 55影响自应力灌浆连接形式的因素 55注意事项及建议 55自应力灌浆连接形式的强度计算 56III适用范围和其他要求 57几何要求 57其他要求 58工作载荷的计算 58安全系数的确定 59工作载荷计算的注意事项 59疲劳分析适用范围和其他要求 57几何要求 57其他要求 58工作载荷的计算 58安全系数的确定 59工作载荷计算的注意事项 59疲劳分析 59双头螺栓负载的损耗计算 59第9章自应力灌浆卡箍 609.19.29.3概述 60自应力灌浆卡箍的应用类型 61影响自应力卡箍强度的因素 619.3.19.3.29.3.39.3.49.3.5承压灌浆连接 61钢结构设计 62双头螺栓负荷损耗 62自应力加载顺序 63灌浆强度的要求 639.4疲劳分析 639.4.19.4.29.4.39.4.4初始接头 63夹持位置 64螺栓 65摩擦面 669.5作用应力的计算 66预应力灌浆连接 66原管关节的疲劳估算 67安全因素的确定 67钢结构的静强度 67自应力卡箍的静强度 67疲劳考虑 689.6第10章灌浆填充构件 69IV10.110.210.310.4概述 69灌浆填充构件的应用类型 69影响灌浆强度的因素 69注意事项及建议 7010.4.1简介 7010.4.2沿管件长度部分的填充形式 70应用范围10.110.210.310.4概述 69灌浆填充构件的应用类型 69影响灌浆强度的因素 69注意事项及建议 7010.4.1简介 7010.4.2沿管件长度部分的填充形式 70应用范围 71灌浆填充管件极限承载力的计算 7110.710.810.911.111.2许用工作载荷和安全因素 75作用载荷的计算 76灌浆过程中温度对结构的影响 76灌浆修复过程中的灌浆材料与步骤 77可用的材料类型 77水泥浆强度的评估 7711.2.111.2.211.2.3水泥浆样品 77配置规格 77...........................................................................................78近海质量11.312章12.1近海试验 78管道接头 80静压强 8012.1.112.1.212.1.312.1.4简介 80多种连接的静 设计 80影响管道接头强度的因素 80管道连接强度特性公式 8112.2应力集中系数的确定 8112.2.112.2.212.2.312.2.4简介 81不同连接类型的应力集中系数 81管道连接SCFs的因素 82管道连接SCFs的通用公式 8213章附加设计内容 86V13.113.213.313.113.213.313.413.513.613.7概述 86螺栓连接系统 86密封系统 87阴极保护 88检查 89附加载荷 89湿法焊接 89参考文献 91VI1章绪论1.1综述进入21枯竭，因此，我国将海洋油气的需求量日渐提高而陆地油气 却逐渐减少甚至开发列为重点项目。海洋油气开发离不开的辅助作用，但是由于海洋生物及意外碰撞、海水的日益腐蚀、平台自身磨损、材料自身疲劳等一系列，搭建海洋平台的水下杆件和管道的接触节点的局部应力会的刚度和强度会超出应用的规范要求[1][2]。这些局超出应用标准。某些局部的重部的破损会降低整个海洋平台结构的可靠度，降低了平台的安全性，从而影响到海洋油气的正常开发。本设计指南的目的是为设计者提供一些从关于机械和灌浆加固和加强维修系统的特定获得的基本信息。此指南受到了中国海洋石油科研课题——“灌参考国外相关文献《GROUTEDANDMECHANICALSTRENGTHENINGANDREPAIROFTUBULARSTEELOFFSHORESTRUCTURES有的加固与加强维修都是特殊的作业。这是由于有各种因素决定了加固与加强维修各有不同，如不同的结构配置、各构件的1章绪论1.1综述进入21枯竭，因此，我国将海洋油气的需求量日渐提高而陆地油气 却逐渐减少甚至开发列为重点项目。海洋油气开发离不开的辅助作用，但是由于海洋生物及意外碰撞、海水的日益腐蚀、平台自身磨损、材料自身疲劳等一系列，搭建海洋平台的水下杆件和管道的接触节点的局部应力会的刚度和强度会超出应用的规范要求[1][2]。这些局超出应用标准。某些局部的重部的破损会降低整个海洋平台结构的可靠度，降低了平台的安全性，从而影响到海洋油气的正常开发。本设计指南的目的是为设计者提供一些从关于机械和灌浆加固和加强维修系统的特定获得的基本信息。此指南受到了中国海洋石油科研课题——“灌参考国外相关文献《GROUTEDANDMECHANICALSTRENGTHENINGANDREPAIROFTUBULARSTEELOFFSHORESTRUCTURES有的加固与加强维修都是特殊的作业。这是由于有各种因素决定了加固与加强维修各有不同，如不同的结构配置、各构件的和连接细节、进入不同的水深和结构不同部分的物理约束等。所以建议加强与和加固维修系统的设计在与最近的工程和技术对比。特定系统的功效之前应该虽然现还没有标准的加固和加强修复方案，但在各种灌浆和机械维修方案中，可以总结出以下分类，这些已经被应用并且定义如下：灌浆连接两个同轴管件之间的连接是通过向管件之间的环形空间注射胶结材料形成的。除非特别外，两管是采取在圆周方向是连接的。灌浆卡箍灌浆夹的外套筒由两个或多个分瓣结构组成，在它周围放置现有的管接头。在用预紧螺栓封闭灌浆分瓣之间的间隙后，将胶结材料注射灌浆夹的外套筒与管道空隙间。机械连接两个同轴管件之间形成的连接是依靠两个管件接口间摩擦力传递载荷。外管将由两个或表面上的作用力。的分瓣结构，强调连在一起共同产生一个作用在摩擦1页共93页哈尔滨工程大学台机械卡箍此卡箍的外套筒是由两个或多个分瓣组成，把它放置在管接头环周上。卡箍的整体是通过两个或多个分瓣预紧成为整体来承担卡箍所受载荷。自应力灌浆连接这种连接是在两个同轴管件之间形成连接，外管是由两个或多个分瓣形成。在外部加到灌浆接口之前，胶结材料被放置到两管件之间，并在环形空间达到一定的预紧强度。自应力灌浆卡箍这种连接可在一个同轴管件之间形成加固，同样，此卡箍的外套筒是由两个或多个分瓣组成，把它放置在管接头环周上。在外部加到灌浆接口之前，胶结材料被放置到卡箍与管道环形空隙之间，并在环形空间达到一定的预紧强度。灌浆填充管件 把管件中充满胶结材料。加强，而连接是通过一种装置把管道连接在一起。卡箍的设计包括以下3点：1)2)3)设计的连接在卡箍连接管线时传递相应的负载；设计的关节卡箍在支撑管和弦管与和现有的被加强管道之间传递的负载；1.1载荷撑杆撑杆夹节点1.管子的节点2.的节点弦管弦管连接卡箍和连接之间的区别2页共93哈尔滨工程大学页机械卡箍此卡箍的外套筒是由两个或多个分瓣组成，把它放置在管接头环周上。卡箍的整体是通过两个或多个分瓣预紧成为整体来承担卡箍所受载荷。自应力灌浆连接这种连接是在两个同轴管件之间形成连接，外管是由两个或多个分瓣形成。在外部加到灌浆接口之前，胶结材料被放置到两管件之间，并在环形空间达到一定的预紧强度。自应力灌浆卡箍这种连接可在一个同轴管件之间形成加固，同样，此卡箍的外套筒是由两个或多个分瓣组成，把它放置在管接头环周上。在外部加到灌浆接口之前，胶结材料被放置到卡箍与管道环形空隙之间，并在环形空间达到一定的预紧强度。灌浆填充管件 把管件中充满胶结材料。加强，而连接是通过一种装置把管道连接在一起。卡箍的设计包括以下3点：1)2)3)设计的连接在卡箍连接管线时传递相应的负载；设计的关节卡箍在支撑管和弦管与和现有的被加强管道之间传递的负载；1.1载荷撑杆撑杆夹节点1.管子的节点2.的节点弦管弦管连接卡箍和连接之间的区别2页共93哈尔滨工程大学页1.2平台水下结构加固与加强的必要性随着海洋油气开发技术的发展，海洋平台结构的形式和功能日趋复杂。由于海上生产安全和运行保护要求的增强，现代海洋的质量和越来越受到重视。海洋平台结构体积庞大、构造复杂、造价昂贵[3]，特别是与陆地设施相比，所处的海洋环境十分复杂和恶劣，强风、巨浪、内波流、海冰、风暴潮和作用等环境因素作用，在此环境条件下，环境动力作用、地基冲刷和基础动力软化、环境腐蚀、海生物附着、材料老化、构建缺陷和机械损伤以及疲劳和裂纹扩展的损伤积累等不利因素都将加剧海洋平台结构的安全与运行的性。历史上曾有多次海洋油气开采设施的事故，造成了的损失、环境污染和不良的 响。如：1979年11月，渤海石油公司所属海洋石油勘探钻井平台“渤海2号，在拖航中因暴风巨浪 而翻沉，船上74人除2人外全部遇难；1983年10月日，美国“爪哇海”号钻井船在我国 而沉没，船上无一人生还；伤亡人数最多的一次是1980年3月27日位于墨西哥湾到了“海一井”和“海二井”两座石油平台1.2平台水下结构加固与加强的必要性随着海洋油气开发技术的发展，海洋平台结构的形式和功能日趋复杂。由于海上生产安全和运行保护要求的增强，现代海洋的质量和越来越受到重视。海洋平台结构体积庞大、构造复杂、造价昂贵[3]，特别是与陆地设施相比，所处的海洋环境十分复杂和恶劣，强风、巨浪、内波流、海冰、风暴潮和作用等环境因素作用，在此环境条件下，环境动力作用、地基冲刷和基础动力软化、环境腐蚀、海生物附着、材料老化、构建缺陷和机械损伤以及疲劳和裂纹扩展的损伤积累等不利因素都将加剧海洋平台结构的安全与运行的性。历史上曾有多次海洋油气开采设施的事故，造成了的损失、环境污染和不良的 响。如：1979年11月，渤海石油公司所属海洋石油勘探钻井平台“渤海2号，在拖航中因暴风巨浪 而翻沉，船上74人除2人外全部遇难；1983年10月日，美国“爪哇海”号钻井船在我国 而沉没，船上无一人生还；伤亡人数最多的一次是1980年3月27日位于墨西哥湾到了“海一井”和“海二井”两座石油平台[4]。近十几年全世界因狂风巨浪平台翻沉事故也屡有发生，平均每年1-2座，最多的一年达8座。目前我国许多海洋平台进入服役中后期，迫切需要队服役中后期平台进行安全评估以及剩余，并相应展开延长效益和效益。对海洋平台的检测、监测、评定及加固维修成为平台结构安全维护和保障正常使用的主[6]。要技术同样，边际油田和滩海油田的开发，也遇到了许多难度很大的技术问题。降低平台造价，使平台能重复使用成为海洋工程领域的问题。由于边际油田的发现，通常需要延长使用。另外，有些废弃平台仍然具有一定的使用价值，需重新利用。再者，随着我国海上油气田的不断发现，以及对海洋石油的迫切需求，海洋石油的勘探和开发规模越来越大。但是由于财力的制约，必须对现有平台进行挖潜，延长在役平台的使用年限成为一项非常紧迫和具有全局战略性及重要意义的任务[7]。通常对现存的机构进行维修加固比建造一个新的划算。因此，采用先进的智能材料和施工工艺，对平台结构实施加固和加强，延长平台结构的使用的开发成本具有重要的实际意义。，最大限度的降低油田由北海和全世界其他类似的环境下可获得影响平台水下结构强度的因素主要有：3页共93页哈尔滨工程大学疲劳早起北海海上平台的设计严重依赖墨西哥湾和其他地方的经验。一般来说这些设计已经无法承受北海海域不断地波浪载荷，并且大多数结构或者组件已经疲劳损伤的需要被加固或加强以防止预期的损害。疲劳损伤通常以框架主体结构水平方向末端发生裂缝的形式。受波浪载荷的要求大幅增加。有时人们需要引入必要的加固及加强卡箍来满足新的需求或满足其他要求。船舶的影响平台损坏也有船舶引起。船的影响发生在用船舶的设备和用品，由船影响引起的损伤主要以弯曲和变形的形式。碎片的影响把施工钢板碎片抛向大海时有时会损坏平台水下结构，它所是冲[1.1]。1.3设计方法的应用设计指南给出的计算公式为设计者提供各个部分修复方案的设计方法，如卡箍或连接。它并不意味着这个指南应该提供设计师具体的加固和加强方案，因为每个加固和加或引入额外的节点到平台结构上，疲劳早起北海海上平台的设计严重依赖墨西哥湾和其他地方的经验。一般来说这些设计已经无法承受北海海域不断地波浪载荷，并且大多数结构或者组件已经疲劳损伤的需要被加固或加强以防止预期的损害。疲劳损伤通常以框架主体结构水平方向末端发生裂缝的形式。受波浪载荷的要求大幅增加。有时人们需要引入必要的加固及加强卡箍来满足新的需求或满足其他要求。船舶的影响平台损坏也有船舶引起。船的影响发生在用船舶的设备和用品，由船影响引起的损伤主要以弯曲和变形的形式。碎片的影响把施工钢板碎片抛向大海时有时会损坏平台水下结构，它所是冲[1.1]。1.3设计方法的应用设计指南给出的计算公式为设计者提供各个部分修复方案的设计方法，如卡箍或连接。它并不意味着这个指南应该提供设计师具体的加固和加强方案，因为每个加固和加或引入额外的节点到平台结构上，从而改变周围负载路径的不足，这是一种应该具有几何平台和加载方式的知识，应固方案所应用。在各个组件的设计中这些载荷将被用在最后阶段。额外的负载通常包括以下：环境负载荷由于不断增加的投影面积和抵抗波浪冲击的更高的阻力系数。框架载荷引起加载路径的变化和由于框架引起刚性的增加。在本指南的单个部分给出了设计方法和公式应用的范围，它反映了几何图形的限制，设计师不应该超过这些限制。4页共93页哈尔滨工程大学2章设计方法的研究背景2.1概述设计指南可通过以下原则制定：（2章设计方法的研究背景2.1概述设计指南可通过以下原则制定：（1）（2）（3）（4）灌浆和机械加固与加强维修在成本和时间上的主要优势；在这个指南出现之前为证实加固与加强维修的设计而实施的一些特别测试实验项目结果的可用性；（5）在海洋相关行业维修研究项目上收集的数据；2.2灌浆连接技术这种连接的粘合强度将依据很多参数来获得。的疲劳特性中这些数据是必须要的，并且它有可能对疲劳设计有帮助。APIRP2A提供的。一个管式桩结构的允1970年的一个大直径灌浆连接的静并且进行了测试实验来证实设计。的研究项目在英国能源部的资助下形成和实施了。英国能源部的项目包括五个阶段：第一阶段 静态强度测试5页共93页哈尔滨工程大学第五阶段早起循环载荷实验长期疲劳测试中导出结果。第一阶段的项目产生了灌浆桩/袖筒连接的指导书[2.1]19824月发布的修正案所引导，这个及相关公式现在一般在全球基础上得以使用。用于灌浆桩第五阶段早起循环载荷实验长期疲劳测试中导出结果。第一阶段的项目产生了灌浆桩/袖筒连接的指导书[2.1]19824月发布的修正案所引导，这个及相关公式现在一般在全球基础上得以使用。用于灌浆桩/袖筒连接和灌浆维修管子的参数研究表明灌浆桩/袖筒连接指导手册没有足够的灌浆桩几何形状。与维修情况相关的更进一步的测试已经进行。包括工业维修研究项目下的一些工作和由此产生的设计建议是本手册的一个重要组成部分。2.3灌浆修复技术灌浆修补技术的潜在优势已经被认可很多年了，总结如下：（1）（2）（3）（4）（5）（6）桩基几何损伤很容易修补；屈服强度受损的部分可以被恢复；使用已知的和已经被证明的工艺；在当前结构范围内，加固与加强维修可以在任何深度进行。进行一个可能的重复测试。同样也导致了测试项目来满足时序表和认证要求，结果由于这种方案的长期疲劳的缘故使其受到粗略的注意。这种情况已经被工业维修研究项6页共93页哈尔滨工程大学这个项目还包括第二阶段，其涵盖以下区域：（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9这个项目还包括第二阶段，其涵盖以下区域：（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）各种替代剪切连接器安装的效果；管状接头加强系统的静态强度；疲劳性能的研究；管与管连接的特性；管状接头加强修复系统的特性；在灌浆强度中循环运动的影响研究；适用范围的管状几何图形；在水下清洁粘结强度中产生的腐蚀产物的影响；（10）将剪切连接器连接在现有管件上的湿法焊接的作业程序。工业维修研究项目中。在1980年另一个代表ConocoVikingX关节的冲剪强度。这个加强工作设计具有一些新颖的方面：浆技术的发展。从撑管转移到套筒上。（3）安装套筒的潜水员在安装及灌浆过程中，在几种因素下提供信息和冲剪强度。除了那些在英国能源部计划中被确认的，这个项目中有两个领域需要进一步研究：况下如滚珠加强会有显著的优势。在复合加强装配中必须进行分析程序来确定应力集中因素。2.4机械式与自应力式灌浆修复技术很多机械维修已经应用于海上设施[2.2~2.4]Wimpey受到测试。各种未加强和加强关节进行了测试并且西方行业维修研究项目的相关结果提供了经验。这些包括测试机械加固、机械和灌浆加强连接测试，并且强调用于7页共93页哈尔滨工程大学TDT型节点的灌浆卡箍，这些测试根据摩擦系数建立了载荷传递能力。在以下领域的进一步研究发现：（1）（2）（3）摩擦系数、卡箍的和机械加强管节点之间的关系；高强度螺栓在海洋环境中的长期耐久性能；在提高分瓣式套筒的强度上所应用外部的优势；项目（1）和（3）已经被应用在工业维修研究项目上。2.5灌浆填充管材灌浆和灌浆的管状节点可能被执行有以下几个：（1）（2）（3）TDT型节点的灌浆卡箍，这些测试根据摩擦系数建立了载荷传递能力。在以下领域的进一步研究发现：（1）（2）（3）摩擦系数、卡箍的和机械加强管节点之间的关系；高强度螺栓在海洋环境中的长期耐久性能；在提高分瓣式套筒的强度上所应用外部的优势；项目（1）和（3）已经被应用在工业维修研究项目上。2.5灌浆填充管材灌浆和灌浆的管状节点可能被执行有以下几个：（1）（2）（3）提高整体节点的强度；提高管道节点和弦管接头处的强度或减少成本；和（2）中，如果有足够的强度可以证明，灌浆节点提供的优点不仅能增加（作为一个外套筒）或加强加载，同时也能加强管道接头处的强度，尽管只有某些地方需要加强，在没有隔膜板的情况下，一般将在整个管道上灌浆加固。理工学院[2.5]研究开发了一个计算偏心载荷载荷挠度变化和极限载荷的方法，并且与在圆柱横截面上进行的测试结果进行了比较。虽然估算桩强度的方法很保守（L/D5，但是一般好的方法还是能被认可的。然而，灌浆一般用于海上结构，混凝土的选择在许多方面不同于理工学院测试所用的：（1）（2）（3）灌浆不包含骨料（集料；灌浆强度高（30-50N/泊松比略高；50-80N/因此，灌浆填充管件的计算机程序的有效性作为经经过测试。行业维修研究项目的一部分已些数据和测试已经，但是，目前许多数据由于而不能被使用。2.6工业维修研究项目的概述在前面的章节中进行的项目显得很明显，一个协调的研究项目的研究可以从制定设计方法演变为灌浆卡箍和连接、机械夹紧和连接等组合的两个形式的外部加压灌浆卡箍8页共93页哈尔滨工程大学1982年非常（随后被命名为行业维修研究项目，这本手册在1984年完成并且进行了发布。许多可能的应用灌浆和加固方法连同需要研究的领域已经在前面部分确定。这些被合并成工业维修研究项目的下列研究领域：1982年非常（随后被命名为行业维修研究项目，这本手册在1984年完成并且进行了发布。许多可能的应用灌浆和加固方法连同需要研究的领域已经在前面部分确定。这些被合并成工业维修研究项目的下列研究领域：连接器的有效性，包括不连续滚珠和销钉，灌浆操作时在管节点和套筒之间轴向运动影响的研究，以及对粘结强度的影响；（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）灌浆卡箍的静态强度（包括接头和套筒应力集中因素的测量机械连接的静态强度；外部加压灌浆连接的静态强度（包括时间的影响灌浆注入轴向受压缩和弯曲相结合的管件的强度；灌浆连接的疲劳性能；外部加压灌浆卡箍的疲劳性能；替代紧固件的静态和疲劳性能；应用于水下焊缝的剪切连接器湿法焊接技术。9页共93页哈尔滨工程大学3章灌浆与机械加固修复方法3.1概述迄今为止，对已经进行了使用灌浆和机械系统的加固维修，大体可分为两大类：后用螺栓固定在一起；情况下连接也是必要的。加压灌浆卡箍、灌浆填充管材。3.2相关术语本节包含用于整个设计手册的一些术语的定义。管件 横截面的结构，这是结构构件或其他元件的结构。管节点 该部件包括的是焊接在一起相交的管件。弦管 通过管件的管件接头。撑管 一个管件，在管节点处交叉和连接到弦管。灌浆连接连接两个同心管件之间形成的一个粘接材料注入到两管件之间的空间，除非特别外管件在圆周方向连接。3章灌浆与机械加固修复方法3.1概述迄今为止，对已经进行了使用灌浆和机械系统的加固维修，大体可分为两大类：后用螺栓固定在一起；情况下连接也是必要的。加压灌浆卡箍、灌浆填充管材。3.2相关术语本节包含用于整个设计手册的一些术语的定义。管件 横截面的结构，这是结构构件或其他元件的结构。管节点 该部件包括的是焊接在一起相交的管件。弦管 通过管件的管件接头。撑管 一个管件，在管节点处交叉和连接到弦管。灌浆连接连接两个同心管件之间形成的一个粘接材料注入到两管件之间的空间，除非特别外管件在圆周方向连接。分瓣套筒灌浆连接一个灌浆连接，外管有一个或多个纵向分瓣，通过预紧螺栓封闭注入的胶结材料。灌浆卡箍一个夹钳，外套筒由两个或多个分瓣形成，将它放置一个现有的管节点上，在外套与管节点环形空间注入一种胶结材料，之后，用螺栓紧固。剪力连接一种键结构，通常为焊道、焊接螺栓或焊接棒形式，放在灌浆连接中胶结材料接触表面，或用于提高灌浆卡箍荷载传递能力的。机械连接连接两个同心管件，依赖两个管件之间的接口摩擦力传递载荷。外管将由两个或两个以上的部分组成，强调连接一起产生一个拉力的摩擦表面。机械卡箍一个卡箍，外套筒是由两个或多个部分组成，放置一个现有的管节10页共93页哈尔滨工程大学点周围，特点是提供夹持负载路径。复合卡箍一个卡箍，它可能是一个机械卡箍、灌浆或加压灌浆卡箍用于加强现有的管件，也可以认为是提高系统的负载能力。预应力灌浆连接两个同心管材之间形成的连接，外管由两个或多个段形成。粘接材料放置到管件之间的环形空间，预应力灌浆卡箍一个卡箍，外套筒由两个或多个部分组成，放置一个现有的管节点周围。同样，粘接材料放到管件之间的环形空间，并达到一个义的强度。浆液填充管一个已经充满了一种胶结材料的管件。螺栓 六角或其他形式的螺杆安装紧密装配法兰之间。预定双头螺栓(柱)点周围，特点是提供夹持负载路径。复合卡箍一个卡箍，它可能是一个机械卡箍、灌浆或加压灌浆卡箍用于加强现有的管件，也可以认为是提高系统的负载能力。预应力灌浆连接两个同心管材之间形成的连接，外管由两个或多个段形成。粘接材料放置到管件之间的环形空间，预应力灌浆卡箍一个卡箍，外套筒由两个或多个部分组成，放置一个现有的管节点周围。同样，粘接材料放到管件之间的环形空间，并达到一个义的强度。浆液填充管一个已经充满了一种胶结材料的管件。螺栓 六角或其他形式的螺杆安装紧密装配法兰之间。预定双头螺栓(柱)由完全或部分螺纹杆与螺母/垫圈组件组成，两端通常由空心柱塞千斤顶提供轴向力。这些安装可以为：紧密配合法兰用短螺栓，间隔很兰之间用长螺栓。11页共93页哈尔滨工程大学4章灌浆连接技术4.1概述灌浆连接是在两个同心或者近似同心的管状构件之间注入水泥材料，并且面安置轴和水泥固结，在它们之间存在环形腔。在里连接的外筒由连续部分或是不连续部分形成，它可以安置于管道内部的两个或者更4.1所示为两种形式的灌浆连接，前者为连续的套筒，后者是套筒的灌浆连接。式灌浆连接的强度来自于粘接和摩擦的结合，再加上来自于管道内几何缺陷产生的机/2070年代，进行了大量的研究来计算灌浆连接的强度，已用于近海结构连接中。基地分离套筒套筒连接法兰连接灌浆环灌浆环撑（也被称作桩）撑（a）连续套筒式的灌浆连接4.1(b)分离套筒式的灌浆连接灌浆卡箍连接的形式4.2灌浆连接的应用类型灌浆连接能够应用于修理计划的许多方面，因为他们固有的特征，可以提供有效的修理方式。灌浆连接主要用在：（1）作为一个辅助安装，促进构件两个部分连在一起，来形成4.2a4.2b4章灌浆连接技术4.1概述灌浆连接是在两个同心或者近似同心的管状构件之间注入水泥材料，并且面安置轴和水泥固结，在它们之间存在环形腔。在里连接的外筒由连续部分或是不连续部分形成，它可以安置于管道内部的两个或者更4.1所示为两种形式的灌浆连接，前者为连续的套筒，后者是套筒的灌浆连接。式灌浆连接的强度来自于粘接和摩擦的结合，再加上来自于管道内几何缺陷产生的机/2070年代，进行了大量的研究来计算灌浆连接的强度，已用于近海结构连接中。基地分离套筒套筒连接法兰连接灌浆环灌浆环撑（也被称作桩）撑（a）连续套筒式的灌浆连接4.1(b)分离套筒式的灌浆连接灌浆卡箍连接的形式4.2灌浆连接的应用类型灌浆连接能够应用于修理计划的许多方面，因为他们固有的特征，可以提供有效的修理方式。灌浆连接主要用在：（1）作为一个辅助安装，促进构件两个部分连在一起，来形成4.2a4.2b；续的构件，12页共93页哈尔滨工程大学4.2c；（缺陷例如凹痕，穿4.2d；4.2e。使用灌浆连接的主要优点是这个灌浆环提供了一个很大的公差，因此减少了安装问灌浆连接（例如凹痕的构件受损区域的修理。这个很大的公差也有利于在结构中安装一个新的构件。小小的偏差能够引起很大的4.2.a4.2.b中使用了这种型的灌浆连接，这种结构的一端新构件旋转；而另一端的新构件则安装在所需的位置上。在一个系统中了这个水平的公差，也就意味着在其他地方可以减少公差。反过来将新的构件用到结构上将会影响卡箍的类型。b)伸缩式类型a)卡箍类型使用灌浆连接来连接两个组件开合式卡箍卡箍受损管道c)组件加强d)局部受损组件的修复平行载荷修复13页共93页哈尔滨工程大学4.2c；（缺陷例如凹痕，穿4.2d；4.2e。使用灌浆连接的主要优点是这个灌浆环提供了一个很大的公差，因此减少了安装问灌浆连接（例如凹痕的构件受损区域的修理。这个很大的公差也有利于在结构中安装一个新的构件。小小的偏差能够引起很大的4.2.a4.2.b中使用了这种型的灌浆连接，这种结构的一端新构件旋转；而另一端的新构件则安装在所需的位置上。在一个系统中了这个水平的公差，也就意味着在其他地方可以减少公差。反过来将新的构件用到结构上将会影响卡箍的类型。b)伸缩式类型a)卡箍类型使用灌浆连接来连接两个组件开合式卡箍卡箍受损管道c)组件加强d)局部受损组件的修复平行载荷修复13页共93页哈尔滨工程大学防止管道弯曲的组件受损管道e)修复弯曲组件4.2图灌浆卡箍的使用4.3影响灌浆连接强度的因素可能影响灌浆连接强度的因素已经分析出来了，分别为：管几何形状（径向刚度；）剪切键；非连续卡箍剪切键；不连续剪切键；负载区域；的表面条件；水下；长期灌浆的收缩性能；防止管道弯曲的组件受损管道e)修复弯曲组件4.2图灌浆卡箍的使用4.3影响灌浆连接强度的因素可能影响灌浆连接强度的因素已经分析出来了，分别为：管几何形状（径向刚度；）剪切键；非连续卡箍剪切键；不连续剪切键；负载区域；的表面条件；水下；长期灌浆的收缩性能；灌浆环的气密性；4.4注意事项及建议建议在可能的情况下，可以证明使用机械剪切键在上是可行的。剪切键的存在不仅通过减少所需要的长度提供了结构上的增加了连接的可靠性。性，而且通过消除长期灌浆收缩的影响目前采用的剪切键的形式是焊在表面的堆焊、焊条或双头螺柱。就一切情况来14页共93页哈尔滨工程大学说，如果考虑到剪切键所提供的额外强度，在灌浆和钢的接触面必须都有剪切键。在套管上相同的h/s的情况下，来减少环的，在结构上使头螺柱要优于使用焊条。普通管件和灌浆连接的剪切键在已经起草的指南中有大多数数据。所给出的在灌浆连接上采使用。头螺柱剪切键是基于一个试点的四个测试，因此应该谨慎和借鉴工程评估4.5灌浆连接的静强度计算（1）有或没有机械剪切键的灌浆连接粘结强度特性，满足性能要求，可能被视为：f )1/2（4.1）bucL sccufbucfcu——N说，如果考虑到剪切键所提供的额外强度，在灌浆和钢的接触面必须都有剪切键。在套管上相同的h/s的情况下，来减少环的，在结构上使头螺柱要优于使用焊条。普通管件和灌浆连接的剪切键在已经起草的指南中有大多数数据。所给出的在灌浆连接上采使用。头螺柱剪切键是基于一个试点的四个测试，因此应该谨慎和借鉴工程评估4.5灌浆连接的静强度计算（1）有或没有机械剪切键的灌浆连接粘结强度特性，满足性能要求，可能被视为：f )1/2（4.1）bucL sccufbucfcu——N/——N/式中：；；K——劲度因子（参考下面；CL——灌浆长度和直径比系数（参考下面Cs——连接键的表面粗糙度（参考下面；Cc——剪切键的圆周率（参考下面；h——剪切键的高度，m；m；（2）对于螺栓（不连续的）剪切连接一个等价的h/s可以这样的方程中：h（4.2）s ——为螺柱直径（计划的宽度m；hs——为螺柱的高度，m；Sh——为圆周螺栓间距，m；S1——为纵向螺栓间距，m；4.3。（3）劲度因子是这样定义的：111D/tK D/t D/t（4.3）g smbm——是灌浆的模量比；D——是外径，m；15页共93页哈尔滨工程大学t——是壁厚，m；下标中的g，b，和s分别与灌浆，支撑和套筒有关。但是在4.6.4部分推荐的应该要满足要求。续的套筒考虑它的的直径和壁厚，管道泥浆卡箍swhhhsw=2hSsSLa)球形焊道TlgDbDgb)带填角焊道的方形条Ds卡箍剪力连接在管道上的螺柱剪力连接4.3用于计算剪切连接件的符号——纵切面16页共93页哈尔滨工程大学wt——是壁厚，m；下标中的g，b，和s分别与灌浆，支撑和套筒有关。但是在4.6.4部分推荐的应该要满足要求。续的套筒考虑它的的直径和壁厚，管道泥浆卡箍swhhhsw=2hSsSLa)球形焊道TlgDbDgb)带填角焊道的方形条Ds卡箍剪力连接在管道上的螺柱剪力连接4.3用于计算剪切连接件的符号——纵切面16页共93页哈尔滨工程大学w螺柱剪切连接局部剪切连接4.4用于计算剪切连接件的符号——横断面或更长。CL参数中可以用的数据受到限制，因此在缺乏有关特殊管状和几何剪切键数据的情况下，下面假设的CL值：螺柱剪切连接局部剪切连接4.4用于计算剪切连接件的符号——横断面或更长。CL参数中可以用的数据受到限制，因此在缺乏有关特殊管状和几何剪切键数据的情况下，下面假设的CL值：L——为名义灌浆连接长度，m；（6）在缺乏其他数据的情况下，表面粗糙度Cs应该根据下面的条件来选取。17页共93页哈尔滨工程大学CL21.040.980.8120.7当在水下构件被，去掉沉淀物恢复到 露的刚管，能够确保腐蚀产生的薄膜既形成也在灌浆之前马上的被除掉，那么应该用到下面的：hs，那么Cs1.0。hs的带有剪切键的连接，那么Cs0.6。当不可能确定腐蚀产生的薄膜，可以在水下 之后再在钢表面建立，在灌浆之前去除，下面的应该用到：hs当在水下构件被，去掉沉淀物恢复到 露的刚管，能够确保腐蚀产生的薄膜既形成也在灌浆之前马上的被除掉，那么应该用到下面的：hs，那么Cs1.0。hs的带有剪切键的连接，那么Cs0.6。当不可能确定腐蚀产生的薄膜，可以在水下 之后再在钢表面建立，在灌浆之前去除，下面的应该用到：hs的表面键），那么Cs可以取0（例如没有hs的带有剪切键的连接，那么Cs0.5。当建议不要去除表面涂层，需要经过 来确定可用的Cs值。所提出的剪切键圆周率Cc对假设的全卡箍剪切键的这种情况做出解释（对螺柱不适用。Cc的值被定义为：lCc（4.4）lc为在一个圆周下剪切键的整个长度。4.6适用范围及其他要求4.6.1常规要求4.6.2、4.6.34.6.4部分4.34.4中阐明了。管材的几何特征或者为：20D/t32b或者为：32D/t72b40D/t140s10D/tg4524D/t140s10D/tg45当给出了套筒和撑几何D/t的比值，这些零件的设计应该与相关的钢铁设计方法一致。LDb218页共93页哈尔滨工程大学0h/D0.012b00h/D0.012b0Ds8b0hs0.061.5w上面的限制得到加强，因为测试数据的几何范围是可利用的。在剪切键形状因一致。这些限制不应该拿来排除在提供范围之外的连接使用，同时还证明了能够可靠地估D（例如更高的径向刚度，可以通过计算假设限定D征。4.6.2机械剪切键的特殊要求剪切键的间距应该沿着连接长度均匀分布。h/s（4.2）中给出的螺柱的h/s等价。剪切键截面和焊缝应该设计成能够传递全部的负载到连接上。（Cc14.4所示。4.6.3螺栓剪力连接器的特殊要求该参考工程评估，优先使用下面的公式。首先，3个失效机理已经确定了如下：粘结滑移（典型的灌浆连接焊缝失效；螺栓失效；管壁上螺栓粘附导致的局部连接失效。19页共93页哈尔滨工程大学第一个失效机理作为一个不可取的主要失效模式，它会引起管壁的变形，这样减少了机构整体的屈服能力。根据下面限制螺栓的直径将确保在设计中式：出现这种失效模052.3tFy （4.5）t第一个失效机理作为一个不可取的主要失效模式，它会引起管壁的变形，这样减少了机构整体的屈服能力。根据下面限制螺栓的直径将确保在设计中式：出现这种失效模052.3tFy （4.5）tFys式中：t——为管的厚度；F——为钢的屈服强度（N/mm2yF——螺栓的屈服强度（N/mm2yst——为管道失效模式的安全因子（1.4（2起基于使用公式（4.2）相等的h/s所得到的在公式（4.1）中的强度要差一些。下面的条件也应该要满足来依从有效的数据：Db0.07；螺栓卡箍间距比：0Db/Sb16；0DbSl3；0.33hs2。螺栓剪切连接器应该沿着圆周对称的放置在构件上，应该注意避免把螺栓放在套筒的裂纹上。在使用建议下相同环境和相同方法焊接的螺栓上做的剪切试验应该优先于其他的设计来获取剪切强度值。4.6.4分体式套筒灌浆连接的特殊要求预应力得到维持。1.81.81.2的安全系数。螺栓应该沿着套筒均匀的隔开，如果提供的话，优先在同一个中心和位置布置一个剪切键。这些螺栓也应该加载到同一个水平来提供沿着连接长度均匀分布的预紧力。20页共93页哈尔滨工程大学4.7许用应力的计算为了确定光管连接或者应用到卡箍剪切键连接的许用工作粘结应力，像这样：fbucf（4.6）ab2式中：fa——N/mm；b——为灌浆粘结能力的安全因子。2个公式：3F059KCCffyssLcu（4.74.7许用应力的计算为了确定光管连接或者应用到卡箍剪切键连接的许用工作粘结应力，像这样：fbucf（4.6）ab2式中：fa——N/mm；b——为灌浆粘结能力的安全因子。2个公式：3F059KCCffyssLcu（4.7）a16hSSsshlb（4.7）不能够大于9Cf1100h/SS05KCfL ss hl cu（4.8）ab式中：s为螺栓刚度屈服安全因子。的弯曲屈服极限将出现。如果螺栓的剪切强度通过实验测得比弯曲强度小，那么方程变为：05P9KCf suc Lcu f（4.9）aSSshlb式中：Psuc是基于实验测得的螺栓抗剪切特性。4.8安全系数的确定在通过公式（4.6（4.7（4.8）和（4.9）确定许用工作结合应力时，如果没有其他条件约束，安全系数通过以下确定：21页共93页哈尔滨工程大学（1）粘合强度b（这些系数和英国能源领事部门关于灌浆管/卡箍连接的要求是一致的。（2）螺栓强度s的安全系数4.9（1）粘合强度b（这些系数和英国能源领事部门关于灌浆管/卡箍连接的要求是一致的。（2）螺栓强度s的安全系数4.9作用应力计算的注意事项名义灌浆接触面积，弯曲载荷可以忽略。灌浆连接在工作载荷作用下的所有偏差都应该在结构设计中被考虑。4.10疲劳分析在一个灌浆连接中，引起疲劳破损的结合应力要比当前许用工作结合应力大，正如然而，卡箍各组件之间的疲劳是必须考虑的。4.11灌浆过程中部件的运动方式/或疲劳性能减小。在撑管和套筒之间的横向运动没有被分析并且建议也应该被限制。22页共93页哈尔滨工程大学条件安全因素极限条件1.70工作条件2.25条件安全因素极限条件4.5工作条件6.05章灌浆卡箍5.1概述灌浆卡箍就是把管道在连接处包起来用到的轴套，这个轴套被分成两部分或部分。在水泥材料注入卡箍和管道连接之间的环形空间之前，分离式卡箍是用预紧螺栓闭合的。道，还可以在原有已损坏管道连接处起加强作用。灌浆卡箍的所有组件如图5.1所示。想使用灌浆卡箍的设计者也应该参面的第4撑管螺栓凸缘撑管修复套筒弦管弦管修复套筒螺栓灌浆环卡箍配合面T型节点23页共93页哈尔滨工程大学5章灌浆卡箍5.1概述灌浆卡箍就是把管道在连接处包起来用到的轴套，这个轴套被分成两部分或部分。在水泥材料注入卡箍和管道连接之间的环形空间之前，分离式卡箍是用预紧螺栓闭合的。道，还可以在原有已损坏管道连接处起加强作用。灌浆卡箍的所有组件如图5.1所示。想使用灌浆卡箍的设计者也应该参面的第4撑管螺栓凸缘撑管修复套筒弦管弦管修复套筒螺栓灌浆环卡箍配合面T型节点23页共93页哈尔滨工程大学5.2灌浆卡箍的应用类型灌浆卡箍的应用主要是以下两类：5.2所示。撑管套筒弦管图5.2卡箍T型节新增撑管机构的焊道在这种情况下焊道（焊接）可能必须在水下管道连接中被应用，这意味着需要的载荷获取从管道转移到了卡箍。24页共93页哈尔滨工程大学5.2灌浆卡箍的应用类型灌浆卡箍的应用主要是以下两类：5.2所示。撑管套筒弦管图5.2卡箍T型节新增撑管机构的焊道在这种情况下焊道（焊接）可能必须在水下管道连接中被应用，这意味着需要的载荷获取从管道转移到了卡箍。24页共93页哈尔滨工程大学用灌浆卡箍的方式在结构上连接新的管道组件，如图5.3所示。在这个例子中，如果需要焊接，那么安装之前的卡箍组装是在工厂完成的。5.3影响灌浆卡箍强度的因素以下能影响卡箍强度的因素已经分析过了，并且在设计指导中有被提到：用灌浆卡箍的方式在结构上连接新的管道组件，如图5.3所示。在这个例子中，如果需要焊接，那么安装之前的卡箍组装是在工厂完成的。5.3影响灌浆卡箍强度的因素以下能影响卡箍强度的因素已经分析过了，并且在设计指导中有被提到：法兰螺栓载荷；焊道；灌浆强度。5.3.1管道的几何形状修复卡箍就是一种能为法兰环提供足够 的参数规格可以用来评估管道连接静力强度的设计[5.1~5.3]。修复卡箍的设计是由无量纲参数确定的，例如，和。通过选择这些参数得到主要由连接的最初几何形状决定，不能超过1，SCF参数方程时出现问题。在这几过程中，必须决定原连接处的静强度是否要分担整个维修工程的静强度。特征。对卡箍的设计需要遵循以下假设：假设一个管接头卡箍，没有来自接头或者卡箍组成部分的额外强化。计算管接头的强度要忽略卡箍的存在。1.4节，假设全部的设计载荷通过水泥最终传给卡箍。通过以下给出修复计划的符合静强度：静强度=1.2×∑（原接头强度+卡箍强度）（5.1）5.1~5.3和之前的假设。用这种方法获得的静强度低于给定值的95％。加强型的强度由方程5.1简化得到：静强度=1.2×卡箍的静强度（5.2）25页共93页哈尔滨工程大学卡箍强度的计算见参考参考文献5.1~5.3和之前的假设。用这种方法获得的静强度低于给定值的95％。5.3.2螺栓紧固法兰/螺栓载荷螺栓紧固法兰的目的有以下三个：（1）（2）（3卡箍强度的计算见参考参考文献5.1~5.3和之前的假设。用这种方法获得的静强度低于给定值的95％。5.3.2螺栓紧固法兰/螺栓载荷螺栓紧固法兰的目的有以下三个：（1）（2）（3）确保能在现有的管接头上安装两瓣或三瓣的卡箍。卡箍连接表面的张力传导给螺栓，因此来保持卡箍的连续。要考虑不同的载荷（5.5节4.6.4节。5.3.3焊接工艺焊接形成了一个卡箍的整体，将载荷从管接头支持部分传导给卡箍的承载部件。它会减少维修方案的时间来减少成本。[5.4]1.4节给出，在灌浆连接的设计中会用到。邻构件的，也可以减少卡箍的重量。5.3.4泥浆强度（Fou）的平方根成正比。5.4疲劳分析数（SFs5.1~5.有的弯曲刚度。根据下表，用于承受轴向载荷和弯曲的得到的应力集中系数，可以降低由于复合材料修复之间的套筒和最初的。26页共93页哈尔滨工程大学SCF应该定义为卡箍最大应力与原接头处最大应力的比值。管接头的应力集中。但是，卡箍的应力集中基本减少。下列总结了为了修复有效范围之外所要减少应力的集中：卡箍维修的价值取决于原接头是否完整或者是非完整型。考虑到平面弯曲带来的应力集中，螺栓法兰和管接头必须。法兰上最大的应力集中发生在径向的最外部，而管接头的最大应力集中在管子的顶点处，法兰的应力集中没有在顶点因为那里有外部载荷。与之前。根据得管接头的平面弯曲，SCF的栓法兰的作用有效。的上限值，这都是为了螺SCF计算的依据：K’=1.3K*sinθ（法兰属性系数）(5.3)SCF应该定义为卡箍最大应力与原接头处最大应力的比值。管接头的应力集中。但是，卡箍的应力集中基本减少。下列总结了为了修复有效范围之外所要减少应力的集中：卡箍维修的价值取决于原接头是否完整或者是非完整型。考虑到平面弯曲带来的应力集中，螺栓法兰和管接头必须。法兰上最大的应力集中发生在径向的最外部，而管接头的最大应力集中在管子的顶点处，法兰的应力集中没有在顶点因为那里有外部载荷。与之前。根据得管接头的平面弯曲，SCF的栓法兰的作用有效。的上限值，这都是为了螺SCF计算的依据：K’=1.3K*sinθ（法兰属性系数）(5.3)Levin5.4和5.5。θ=支撑于弦法兰的夹角新能因数=标准法兰的截面积/螺栓空的面积K*5.6。27页共93页哈尔滨工程大学维修计划应力集中管接头卡箍卡箍刚度较大有效减少应力集中无效接头刚度较大无效有效减少应力集中负载实际SCF/ SCF维修关节维修卡箍95% 率95% 率95% 率95% 率轴向0.550.600.550.85OPB0.550.600.550.85L/D图5.4 L/D对集中应力的影响（D/d=2）28页共93页哈尔滨工程大学 d D=2dL/D图5.4 L/D对集中应力的影响（D/d=2）28页共93页哈尔滨工程大学 d D=2d*L/DL\D对集中应力的影响（D\d=3）螺栓法兰在圆弧上的最大应力：最大应力=K’σSFBnomK’σSFBnom=卡箍法兰的最大需用应力取决于全部的剖面和使用的弯曲应力(5.4)29页共93页哈尔滨工程大学d D=2d*L/DL\D对集中应力的影响（D\d=3）螺栓法兰在圆弧上的最大应力：最大应力=K’σSFBnomK’σSFBnom=卡箍法兰的最大需用应力取决于全部的剖面和使用的弯曲应力(5.4)29页共93页哈尔滨工程大学d D=2d以通常的方式计算最大应力的范围，乘以管接头的名义应力，由SCF管节点上的位5.5节。T以通常的方式计算最大应力的范围，乘以管接头的名义应力，由SCF管节点上的位5.5节。T曲线[5.6]APIX曲线[5.7]都是这样的曲线。S〜NC型S-N6.6BS6235[5.8]SN曲线的给AWSCode[5.9]C型。通过确定螺栓孔的应力范围来检查螺栓孔（SF适当的孔的几何形状CSN曲线的。初始开裂事实上，刚度裕量对于开裂后裂缝的验过程中获得的载荷-挠度曲线。有着重要意义。此效果可以看出在疲劳试5.5作用应力的计算5.5.1不同灌浆连接形式T形灌浆卡箍有两种连接设计。它们是支撑灌浆连接和弦管灌浆连接，图5.7~5.8撑负载，弦管灌浆连接的螺栓主要维持弦砂连接的各部分负载。30页共93页哈尔滨工程大学dD图5.6螺栓凸缘评估中理想化参数K的计算FAXFy撑管卡箍设计固结水泥浆FAX、MTORSION对撑管负载的抵抗Fz、MTORSION、MOPB对撑管负载的抵抗bearingongrout对撑管负载的抵抗Fy、FIPB2y 2视角1-1弦管卡箍设计FOPB固结水泥浆F、FMz 对撑yOPB管负载的抵抗载的抵抗11视角2-2图5.7灌浆卡箍设计中撑构件负载的确定31页共93页哈尔滨工程大学LdD图5.6螺栓凸缘评估中理想化参数K的计算FAXFy撑管卡箍设计固结水泥浆FAX、MTORSION对撑管负载的抵抗Fz、MTORSION、MOPB对撑管负载的抵抗bearingongrout对撑管负载的抵抗Fy、FIPB2y 2视角1-1弦管卡箍设计FOPB固结水泥浆F、FMz 对撑yOPB管负载的抵抗载的抵抗11视角2-2图5.7灌浆卡箍设计中撑构件负载的确定31页共93页哈尔滨工程大学L受损的弦管MyFyMyFyMTORSIONMTORSIONFAXFAXMzMzFzFz通过结构分析，对于弦管卡箍设计，不需要支撑负载，因为他们包含在弦管负载中图5.8灌浆卡箍设计中支撑构件负载的确定5.5.2钢结构疲劳的撑弯曲模式/弦交点的弯曲模式都可以使用下列方法进行估轴向应力分布和计：（1）（2）（3受损的弦管MyFyMyFyMTORSIONMTORSIONFAXFAXMzMzFzFz通过结构分析，对于弦管卡箍设计，不需要支撑负载，因为他们包含在弦管负载中图5.8灌浆卡箍设计中支撑构件负载的确定5.5.2钢结构疲劳的撑弯曲模式/弦交点的弯曲模式都可以使用下列方法进行估轴向应力分布和计：（1）（2）（3）数。（4）计算原管接头和卡箍的尖点和鞍点的应力集中时参考5.4节。在没有有限元分析模型试验的情况下，假定了一个简化的应力分布。通过叠加原理来计算八个点中的每一个的应力场。在步骤2中推荐的应力分布下面定义了。一个位于交叉点四周并于鞍点上应力集中点成ø角度的点所受复杂载荷如下：(SCFs-SCFc)Ψ- ]fsinΨf +SCFcosΨf(5.5)f=[SCFHSsaxcbjsbo90应力集中点应力；鞍点的SCF；SCF；Ψ——关键点与鞍点的夹角；fax、fbj、fbo——原有接头或附加部件的应力.每个关节周围的位置可以确定应力集中点的范围，在应力集中范围内每一个波的高32页共93页哈尔滨工程大学度和方向都可以计算，每个负载导致的损伤都可以归结为MinerCumufativeDamagehypothesis学说，用于整个载荷谱累积损伤。5.6.安全系数的选取本节介绍的静强度和疲劳因素设计建议使用适当的安全因素。5.6.1管接头的静态强度局部安全系数方法概述在5.6.1条件安全系数1.381.78的APIRP2A,1.8为正常负荷和以这些都在安全界限内。度和方向都可以计算，每个负载导致的损伤都可以归结为MinerCumufativeDamagehypothesis学说，用于整个载荷谱累积损伤。5.6.安全系数的选取本节介绍的静强度和疲劳因素设计建议使用适当的安全因素。5.6.1管接头的静态强度局部安全系数方法概述在5.6.1条件安全系数1.381.78的APIRP2A,1.8为正常负荷和以这些都在安全界限内。正常根据已用于 载荷1.5.6.2填充泥浆条件下灌浆卡箍的静态强度[5.4]。需用的工作粘结应力取决于对灌浆连接粘结强度特征的划分，下列的安全系数都是1.4节的推荐规范中得出的（这些都与英国能源部灌浆桩/套筒连接指导一致：条件安全系数4.56.0正常5.6.3填充泥浆条件下灌浆卡箍的疲劳疲劳SCFsS-N曲线，这种方法有一个隐含的安全系数，因为设计的应力集中系数特征通常为95％上限和设计SN曲线通常是减去两个标准差的均值或97.7％的存在概率。通常的方法是计算累积的疲劳损伤，为了设计结构的1.0。计算累积损伤极限值取决于保守的程度、防腐蚀保护的可靠性、结构冗余度和检查或修理便利性。对于以上几项有不确定性，应该应减少疲劳累积损伤的限定值。33页共93页哈尔滨工程大学5.6.4灌浆卡箍的连接疲劳应力应力都会超过疲劳极限。5.1各型节点轴向载荷的SCF特征（16Q'16Q'5.6.4灌浆卡箍的连接疲劳应力应力都会超过疲劳极限。5.1各型节点轴向载荷的SCF特征（16Q'16Q'3/13.0Q'120.037.4Q'480400.833。K12时，SCFs。34页共93页哈尔滨工程大学受载情况弦管鞍板SCF弦管齿尖SCF有效范围PT,Y6.786.4205sin1.70.73 ' XX''Q'D C X'71C2n5n32XD3012cos4015X''1052.512.00.251.0090PP1.72.422.2822sin21514.48.037.40.251.0090K6.786.420.5sin1.70.73 1sin1.70.75 20.012/304 sin1.8 1 sin2 '06sin105 05 sin21.50252Q'8.037.40.251.009012（4）SCFs的最小值为2.5。T/Y型节点，弦的长度可以取在弦上两个弯曲点之间。(6)TebbettLalani[510]得出来的。5.2各型节点构件面内载荷SCF计算公式（4）SCFs的最小值为2.5。T/Y型节点，弦的长度可以取在弦上两个弯曲点之间。(6)TebbettLalani[510]得出来的。5.2各型节点构件面内载荷SCF计算公式（15.1（13（）都适用。（2）DT8.037.4。35页共93页哈尔滨工程大学节点类型和受载情况弦管齿尖SCF有效范围MT,Y0.7506081.60250.72in56Q'12.037.40.251.0090MMDT,XM MK5.3各型节点构件面外载荷SCF计算公式（1）1、25.1（2）5.1中的注意项（5.3各型节点构件面外载荷SCF计算公式（1）1、25.1（2）5.1中的注意项（1（（4（6都适用。36页共93页哈尔滨工程大学节点类型和受载情况弦管齿尖SCF有效范围MT,Y1.61.155sin1.35212.037.40.251.0090MMDT,Xin2541.561.46512.037.40.251.0090MK1.61.155 sin1.352 1 sin1.35 2 030.0160.451 2 12.037.40.251.0090126章机械连接方式6.1概述机械连接是形成于两个同心管之间的连接（内部的管是一个整体，外部的管是由两的部分组成，通过把长螺栓拧到内部的管上来连接。个或180度形成的外管鞍座螺栓安装到鞍座本身或不碰到内管。设计手册的6.16.1所示的那样具有不连续顶板的连接需要特殊考虑，因为它们不在现有测试数据的考虑范围之内。a)连续的顶板b）不连续的顶板6.1机械连接机械连接的强度是由钢与钢的摩擦得到的，它是通过螺栓将一个力施加在弦或鞍口。因此，强度是依靠法向力的大小和两个接触面之间的摩擦系数得到的。使用长的双头螺栓而不是短的，强度高的来张紧机械连接，双头螺栓用于此套筒灌浆连接。其就是将的套筒灌浆连接的法兰面连接在一起，并且提供足够的预紧应力，可以应用到法兰边缘来减少脉动应力。然而，在机械连接中需要固定的那一部分不强调直接连接在一起，而是通过比刚性法兰更灵活的部件来连接。因此，在有弦管或外力连接下的泊松比不同，减少了鞍和弦的接触，会在双头螺柱上引起脉动。螺柱疲劳和螺母松动损坏的可能性。机械连接强度的研究在由西方英国致力研究的JIRRP项目补充的一系列的测试中实6章机械连接方式6.1概述机械连接是形成于两个同心管之间的连接（内部的管是一个整体，外部的管是由两的部分组成，通过把长螺栓拧到内部的管上来连接。个或180度形成的外管鞍座螺栓安装到鞍座本身或不碰到内管。设计手册的6.16.1所示的那样具有不连续顶板的连接需要特殊考虑，因为它们不在现有测试数据的考虑范围之内。a)连续的顶板b）不连续的顶板6.1机械连接机械连接的强度是由钢与钢的摩擦得到的，它是通过螺栓将一个力施加在弦或鞍口。因此，强度是依靠法向力的大小和两个接触面之间的摩擦系数得到的。使用长的双头螺栓而不是短的，强度高的来张紧机械连接，双头螺栓用于此套筒灌浆连接。其就是将的套筒灌浆连接的法兰面连接在一起，并且提供足够的预紧应力，可以应用到法兰边缘来减少脉动应力。然而，在机械连接中需要固定的那一部分不强调直接连接在一起，而是通过比刚性法兰更灵活的部件来连接。因此，在有弦管或外力连接下的泊松比不同，减少了鞍和弦的接触，会在双头螺柱上引起脉动。螺柱疲劳和螺母松动损坏的可能性。机械连接强度的研究在由西方英国致力研究的JIRRP项目补充的一系列的测试中实研究的“在具有不同表面37页共93页哈尔滨工程大学的钢与钢之间摩擦的两个分离研究”项目的对于水下维修设计手册的制定是非常有价值的。6.2机械连接的应用类型机械连接最主要的应用是传递机构之间的载荷，如下所述：把两个部分连接在一起形成一个整体的结构，如图6.2.a所示。6.2.b所示。a)机械连接两个部件b）在机构上连接一个支撑杆6.2机械连接的使用因此，当工作空间受限时，机械连接是非常有用的。然而，机械连接是依靠钢与钢表面间的接触来传递载荷的，因此机械连接的应用仅限于这种情况下。6.3影响机械连接的因素以下因素可能影响机械连接的强度和实施，这些因素已经被研究，并且设计指导手册给出了以下几条：弦管几何特征；螺栓几何特征。38页共93页哈尔滨工程大学的钢与钢之间摩擦的两个分离研究”项目的对于水下维修设计手册的制定是非常有价值的。6.2机械连接的应用类型机械连接最主要的应用是传递机构之间的载荷，如下所述：把两个部分连接在一起形成一个整体的结构，如图6.2.a所示。6.2.b所示。a)机械连接两个部件b）在机构上连接一个支撑杆6.2机械连接的使用因此，当工作空间受限时，机械连接是非常有用的。然而，机械连接是依靠钢与钢表面间的接触来传递载荷的，因此机械连接的应用仅限于这种情况下。6.3影响机械连接的因素以下因素可能影响机械连接的强度和实施，这些因素已经被研究，并且设计指导手册给出了以下几条：弦管几何特征；螺栓几何特征。38页共93页哈尔滨工程大学6.4注意事项及建议不建议应用短的双头螺栓，因为这有可能由于螺母没有预紧导致疲劳失效和预应力损失。如果考虑弦管的螺栓力方面的因素而用不连续的顶板连接，那么要谨慎，以确保鞍板和0.28G。这个数据。在没有其他数据的情况下，摩擦系数可以用已经被广泛接受，并且应用在以前的设计中。6.5机械连接的静态摩擦系数1）6.66.4注意事项及建议不建议应用短的双头螺栓，因为这有可能由于螺母没有预紧导致疲劳失效和预应力损失。如果考虑弦管的螺栓力方面的因素而用不连续的顶板连接，那么要谨慎，以确保鞍板和0.28G。这个数据。在没有其他数据的情况下，摩擦系数可以用已经被广泛接受，并且应用在以前的设计中。6.5机械连接的静态摩擦系数1）6.6机械连接静态摩擦系数的特点可列如下：（6.1）cb sT式中：uc——摩擦系数的特性；D——弦的直径，mm；T——弦的厚度，mm；Kb——双头螺栓的刚度系数，见第2）条；'Cs——3）条；'6.3给出了Cs=1.0；39页共93页哈尔滨工程大学Kb×10-3C1=1.0s接触表面喷砂Uc=0.4510.0Uc=0.409.08.0测试数据的极限7.0Uc=0.356.05.04.0Uc=0.303.02.0刚度增加的方向1.00D/T01020304050606.3在Cs1.0条件下的特性摩擦系数'2）双头螺栓的刚度系数Kb定义为K（6.2）b2LLEbs式中：n——连接中双头螺栓的个数；EbLLb——双头螺柱的面积（轴区；——双头螺柱材料的模量；——机械连接的长度；——双头螺柱的长度（螺母；40页共93页哈尔滨工程大学Kb×10-3C1=1.0s接触表面喷砂Uc=0.4510.0Uc=0.409.08.0测试数据的极限7.0Uc=0.356.05.04.0Uc=0.303.02.0刚度增加的方向1.00D/T01020304050606.3在Cs1.0条件下的特性摩擦系数'2）双头螺栓的刚度系数Kb定义为K（6.2）b2LLEbs式中：n——连接中双头螺栓的个数；EbLLb——双头螺柱的面积（轴区；——双头螺柱材料的模量；——机械连接的长度；——双头螺柱的长度（螺母；40页共93页哈尔滨工程大学Es——弦管钢的模量。（1）对于水上的机械连接，与鞍接触的表面喷砂，BS4232，表面轮廓50-60微米（平均：（2）对于水下的机械连接，按照部分6.6.2（4）部分：'CsEs——弦管钢的模量。（1）对于水上的机械连接，与鞍接触的表面喷砂，BS4232，表面轮廓50-60微米（平均：（2）对于水下的机械连接，按照部分6.6.2（4）部分：'Cs；弦的表面条件：接触的面都要喷砂：BS42320.85；50-60微米（平均，喷砂处理后需在空气中最多达72小时。6.6适用范围和其他要求6.6.1几何要求在节6.1中给出的关系只适用于满足下面几何限制的连接。另外，同样6.6.2的部分还应满足，这个记法如图6.4所示。同时限制结构组件的连接是考虑到这些组件也应该有关的设计方法设计。41页共93页哈尔滨工程大学弦管几何特征20D/T50连接长径比0.5L/D2.0双头螺栓的刚度系数0.02Kb0.010弦管的表面条件'Cs喷砂1轧屑（轧制氧化皮）0.85煤焦环氧漆0.60顶板双端螺栓鞍板弦管6.4机械连接的顶板摩擦系数时必须注意，相当于公式6.1中给出的。6.6.2额外的技术要求（1）这个特性摩擦系数不应该超过最大摩擦系数的定义为：0.45Cs'umaxu0.45C'（6.3）c