Особенности проектирования морских платформ для добычи нефти - Реферат

К таким материалам предъявляются весьма жесткие требования: прочность, пластичность, высокая технологичность, стоимость, приспособленность для ремонта и др. Например, на стальных трубопроводах закладывается припуск на коррозию в размере 6 мм на сторону, учитывая при этом разницу в удельном весе титана и стали, томасса1п.м.трубы на Ду 200 из титана составит 12,2 кг, а из стали 09Г2С51,78 кг. Особо выделяются алюминиевые сплавы с повышенной пластичностью, содержащие до 2,8% Mg и до 2,5% Mn - они обладают большей, чем чистый алюминий прочностью, легко поддаются вытяжке, близки по коррозионной стойкости к алюминию. Бетон, как искусственный камень, обладает большой прочностью при сжатии и незначительной (в 10 - 20 раз меньше ), при растяжении. Поэтому несущая способность бетонной балки будет определяться сопротивлением растянутой зоны бетона, а высокое сопротивление бетона сжатию практически не будет использовано.С каждым годом возрастает спрос на углеводородное сырье, а вместе с ней и число морских платформ. Эти чудеса инженерной мысли утоляют жажду топлива миллионам людей и их механизмам. Однако работники этих морских сооружений могут пострадать в любой момент. Материалы для морских платформ должны обладать высокой прочностью, пластичностью, высокой технологичностью и тд.

Нефть и газ имеют основополагающее значение в современной мировой экономике, оказывая влияние на все сферы хозяйственной жизни людей. Поступательное развитие мировой экономики влечет за собой постоянно растущую потребность в углеводородах. Все это повышает ценность вновь открываемых углеводородных месторождений на шельфах.

Основными объектами обустройства месторождений нефти и газа шельфа являются морские платформы. Эксплуатация морских платформ в экстремальных природных условиях актуализирует проблемы надежности, которые связаны, в первую очередь с обеспечением безопасности персонала и охраной окружающей природной среды. Поэтому, в настоящее время остро стоит вопрос определения требований к проектным решениям, обеспечивающих безопасность морских платформ на уровне приемлемого риска.

Основная цель при проектирований морских платформ - получить прочную конструкцию. Для этого важно использовать соответствующие материалы. К таким материалам предъявляются весьма жесткие требования: прочность, пластичность, высокая технологичность, стоимость, приспособленность для ремонта и др. Стали должны отличаться высокой холодостойкостью, хорошей свариваемостью, а также повышенной стойкостью к трещинам.

1. Общие сведения

Морскими нефтепромысловыми гидротехническими сооружениями называют сооружения, возводимые на нефтеносных месторождениях шельфовой зоны морей и предназначенные: O для бурения разведочных и эксплуатационных скважин;

O обеспечения технологических функций добычи, сбора, подготовки к транспортированию, транспортированию нефти и газа;

O выполнения ремонтных работ по ремонту скважин;

O размещения обслуживающего персонала.

По материалу конструкции МНГС классифицируются на : O металлические;

O бетонные;

O железобетонные.

Разнообразие применяемых материалов обусловлено различием требований, предъявляемых к эксплуатационным характеристикам механизмов и конструктивных элементов судна. Все эти материалы делятся на несколько групп: O Стали нормальной, повышенной и высокой прочности;

O Титановые и алюминиевые сплавы;

O Композиционные материалы на металлической и полимерной основах;

O Защитные покрытия.

2. Сплавы, применяемые при проектирований морских сооружений и нефтяных платформ

2.1 Сталь

Самый распространенный материал - сталь. К ней предъявляются весьма жесткие требования: прочность, пластичность, высокая технологичность, стоимость, приспособленность для ремонта и др. Стали, применяемые в судостроении, отличаются высокой хладостойкостью, хорошей свариваемостью, а также повышенной трещиностойкостью. Свариваемость предполагает особые ограничения по содержанию углерода в стали во избежание значительной подкалки вблизи сварного шва и связанной с этим опасности возникновения трещин.

При этом в связи с невозможностью во многих случаях проведения высокого отпуска сварных конструкций изза их больших габаритов нагрев металла в зоне термического влияния при сварке должен оказывать возможно меньше влияние на изменение свойств стали, особенно на снижение коррозионно-механической прочности.

Для сварки новых марок стали разработаны новые хладостойкие сварочные материалы.

В последние годы большое внимание уделяется созданию принципиального нового класса высокопрочных коррозионностойких сталей, легированных азотом. Учитывая кардинальное различие во взаимодействии атомов углерода и азота с атомами железа в ГЦК- решетке аустенита можно получить уникальные физико-механические и эксплуатационные свойства, такие как высокая прочность и пластичность, немагнитность, абсолютная коррозионная стойкость.

Кроме этого, азотистые стали хорошо свариваются и обладают высокой технологичностью в металлургическом и судостроительном производстве. Такое сочетание физических, служебных и технологических характеристик открывает возможности для широкого использования азотистых сталей в различных отраслях промышленности.

2.2 Титановые сплавы

Титановые сплавы, благодаря своим свойствам, нашли широкое применение в морской технике. Отличительной особенностью применения сплавов из титана является широкий спектр условий эксплуатации при длительном ресурсе. К тому же немаловажным является и разнообразие видов применяемых полуфабрикатов для изготовления судовых конструкций. Титан - незаменимый материал для строительства установок опреснения морской воды, в сооружении морских платформ для разведки месторождений, добычи нефти и природного газа на шельфе. На сегодняшний день тысячи тонн титана эксплуатируются в атомной энергетике, в судовых и наземных объектах, в опреснительных системах, в сфере морского нефте и газопромысла. Столь широкое применение этого материала обусловлено рядом его уникальных свойств: 1. Прочностные и коррозионные свойства. Титан по прочностным характеристикам аналогичен традиционным конструкционным сталям, но при этом на 45% легче. По коррозионной устойчивости титан превосходит многие широко применяемые конструкционные стали.

2. Эксплуатация при низких температурах. Титан и его сплавы характеризуются низкой температурой перехода от пластичного поведения к хрупкому и отличаются благоприятными уровнями вязкости разрушения даже при температурах ниже нуля градусов, и все титановые сплавы являются механически надежными при низких температурах как минимум вплоть до -100°С.

3. Наводораживание. Поглощение водорода и результирующее охрупчивание является общепризнанной опасностью для многих металлов в условиях их применения в морском нефте и газопромысле. Оксидная пленка на титане обычно служит отличной преградой для водорода. Существуют условия, при которых возникает проблема наводораживания титана, однако этого можно избежать при правильном подходе к проектированию.

4. Сопротивление эрозии и кавитации. С помощью титана можно легко обеспечивать перемещение морской воды, текущей со скоростью вплоть до 30 м/сек. Присутствие абразивных частиц в воде обуславливает снижение максимально допустимой скорости, но любой титановый сплав будет по своим рабочим характеристикам превосходить большинство других материалов в тех условиях, при которых его оксидная пленка в случае ее повреждения будет автоматически восстанавливаться благодаря эффекту самозалечивания. В тех случаях, когда имеются насосы достаточной мощности, скорости потока в системе титановых труб можно безопасно увеличивать, тем самым позволяя проектировать трубопроводы с трубами меньшего диаметра и меньшими радиусами загиба нитки. Выгодными последствиями использования титана являются экономия веса, пространства и затрат. В случае с титаном никакой защиты от эрозии на входе или выходе из трубопровода или в местах загиба нитки трубопровода не требуется.

5. Подходы к оценке затрат проекта. Не следует планировать бюджет для проекта титанового оборудования, исходя из стоимости по весу, особенно по весу стали или медных сплавов. Например, на стальных трубопроводах закладывается припуск на коррозию в размере 6 мм на сторону, учитывая при этом разницу в удельном весе титана и стали, томасса1п.м.трубы на Ду 200 из титана составит 12,2 кг, а из стали 09Г2С51,78 кг. Если к этому добавить экономию на эксплуатационных затратах за счет малого веса титановой конструкции и гарантированного длительного срока эксплуатации, то преимущества титана очевидны.

Морское применение титановых сплавов перспективно для следующих систем и оборудования для освоения нефтегазовых месторождений на шельфе: O глубоководные бурильные райзеры;

O обсадные трубы;

O добывающие райзеры;

O насосы и системы забортной, питьевой, буровой и попутной воды;

O трубопроводы циркуляционной системы технологических растворов;

O сепараторы жидкостные, теплообменное оборудование различного назначения;

O сосуды высокого давления;

O высокопрочные гибкие растяжки для фиксации платформы.

2.3 Конструкционные алюминиевые сплавы

Конструкционные алюминиевые сплавы с повышенной коррозионной стойкостью, а также композиционные материалы на основе алюминия, нашли широкое применение в строительстве скоростных морских и речных судов, а также экранопланов, судов на подводных крыльях и воздушной подушке. Алюминиевые сплавы обладают малой плотностью (2,5 - 3,0 г/см3) в сочетании с достаточно хорошими механическими свойствами и удовлетворительной устойчивостью к окислению. По своим прочностным характеристикам и по износостойкости они уступают сталям, некоторые из них также не обладают хорошей свариваемостью, но многие из них обладают характеристиками, превосходящими чистый алюминий. Особо выделяются алюминиевые сплавы с повышенной пластичностью, содержащие до 2,8% Mg и до 2,5% Mn - они обладают большей, чем чистый алюминий прочностью, легко поддаются вытяжке, близки по коррозионной стойкости к алюминию.

Дуралюмины - от французского слова dur - твердый, трудный и aluminium - твердый алюминий. Дуралюмины - сплавы на основе алюминия, содержащие: 1,4-13% Cu, 0,4-2,8% Mg , 0,2-1,0% Mn , иногда 0,5-6,0% Si , 5-7% Zn , 0,8-1,8% Fe , 0,02-0,35% Ti и др. Дуралюмины - наиболее прочные и наименее коррозионно-стойкие из алюминиевых сплавов. Склонны к межкристаллической коррозии. Для защиты листового дуралюминия от коррозии его поверхность плакируют чистым алюминием. Они не обладают хорошей свариваемостью, но благодаря своим остальным характеристикам применяются везде, где необходима прочность и легкость.

Магналии - названы так изза большого содержания в них магния (Mg), сплавы на основе алюминия, содержащие: 5-13% Mg , 0,2-1,6% Mn , иногда 3,5-4,5% Zn , 1,75-2,25% Ni , до 0,15% Be , до 0,2% Ti , до 0,2% Zr и др.

Магналии отличаются высокой прочностью и устойчивостью к коррозии в пресной и даже морской воде. Магналии также хорошо устойчивы к воздействию азотной кислоты HNO3, разбавленной серной кислоты H2SO4, ортофосфорной кислоты H3PO4 , а также в средах, содержащих SO2 .

Применяются как конструкционный материал в: O авиастроении;

O судостроении;

O для изготовления арматуры строительных сооружений;

При содержании Mg выше 6% магналии склонны к межкристаллической коррозии. Обладают более низкими литейными свойствами, чем силумины.

Силумины - сплавы на основе алюминия с большим содержанием кремния (Si). В состав силуминов входят: 3-26% Si , 1-4% Cu , 0,2-1,3% Mg , 0,2-0,9% Mn , иногда 2-4% Zn , 0,8-2% Ni , 0,1-0,4% Cr , 0,05-0,3% Ti и др. При своих относительно невысоких прочностных характеристиках силумины обладают наилучшими из всех алюминиевых сплавов литейными свойствами. Они наиболее часто используются там, где необходимо изготовить тонкостенные или сложные по форме детали. По коррозионной стойкости занимают промежуточное положение между дуралюминами и магналиями.

Благодаря применению новых полимерных и металлополимерных композиционных материалов, появилась возможность создания безнаборных или частично подкрепленных жесткостями корпусных конструкций из сэндвич-композиций с наружными слоями из стали или стеклопластика, обладающими высокой прочностью, и промежуточным слоем из полимеров или композиций низкой плотности.

3. Железобетон

Железобетон - строительный материал, в котором соединены в единое целое стальная арматура и бетон. При этом рационально используются свойства каждого из двух материалов. Бетон, как искусственный камень, обладает большой прочностью при сжатии и незначительной ( в 10 - 20 раз меньше ), при растяжении. Поэтому несущая способность бетонной балки будет определяться сопротивлением растянутой зоны бетона, а высокое сопротивление бетона сжатию практически не будет использовано. Чтобы увеличить несущую способность элемента, необходимо усилить растянутую зону материалом, хорошо работающим на растяжение. Таким материалом является сталь. Поэтому для восприятия растягивающих усилий в зонах, где они возникают, устанавливают арматуру. Несущая способность армированной балки по сравнению с бетонной увеличивается при этом в 15-20 раз.

Железобетону присуще образование трещин в бетоне в растянутых зонах конструкций даже при эксплуатационных нагрузках небольшой интенсивности. Раскрытие этих трещин во многих случаях невелико и не мешает нормальной эксплуатации конструкций. Однако в определенных условиях необходимо предотвратить образование таких трещин или ограничить ширину их раскрытия. Для этого до приложения нагрузки бетон растянутых зон подвергают предварительному интенсивному обжатию посредством растяжения рабочей арматуры. Такой железобетон называют предварительно напряженным.

К основным преимуществом железобетона относятся: O огнестойкость, O долговечность, O высокая механическая прочность, O хорошая сопротивляемость сейсмическим и другим динамическим воздействиям, O малые эксплуатационные расходы, O хорошая сопротивляемость атмосферным воздействиям, возможность использования местных материалов.

К основным недостаткам железобетона относятся: O большая плотность, высокая тепло- и звукопроводность, O трудоемкость переделок и усилений;

O необходимость выдержки до приобретения прочности, O появление трещин вследствие усадки и силовых воздействий.

Железобетон применяют в самых разнообразных отраслях строительства: промышленное, гражданское и сельскохозяйственное строительства; транспортное, энергетическое и гидромелиоративное строительство, а также горная промышленность. По способу возведения различают: O железобетонные конструкции сборные, изготовляемые преимущественно на заводах и затем монтируемые на строительных площадках;

O монолитные, полностью возводимые на месте строительства; сборно-монолитные, в которых рационально сочетается использование сборных железобетонных элементов заводского изготовления и монолитных частей конструкций.

В последнее время монолитный бетон с каждым годом получает все большее признание и производства конструкций и сооружений из такого бетона в значительной степени индустриализовано.

3.1 Бетон

Бетон состоит из четырех основных компонентов: щебень, цемент, вода, песок. Так же в бетонную смесь могут добавляться различные специальные наполнители, улучшающие свойства бетона. Используя определенное соотношение основных компонентов, получают бетон конкретной марки. Например, бетон марки 200 получают, используя соотношение одной части цемента с тремя частями песка, пятью частями щебня и половины части воды. Очень важным показателем является соотношение вода-цемент, оно определяет твердость бетона. Это соотношение должно быть порядка 0,3 - 0,5, тогда бетон будет прочный. Когда в растворе присутствует много воды, бетон становится менее прочным.

Бетон для железобетонных конструкций должен обладать необходимой прочностью, хорошим сцеплением с арматурой, достаточной плотностью для защиты арматуры от коррозии. В зависимости от назначения сооружения бетон также должен удовлетворять специальным требованиям: морозостойкости, жаростойкости при длительном воздействии высоких температур, коррозионной стойкости при агрессивном воздействии среды, водонепроницаемости и др.

Бетоны классифицируют по следующим признакам: O по основному назначению - конструкционные, специальные;

O по виду вяжущего - цементные, силикатные, шлаковые и т.д.;

O по виду заполнителей - плотные, пористые, на специальных заполнителях;

O по структуре - плотные, поризованные (консистенция поризованного бетона напоминает эмульсию), ячеистые, крупнопористые.

Прочность и деформативность бетона в значительной степени зависят от его структуры. Как известно из курса строительных материалов, бетон является весьма неоднородным. Он представляет собой капиллярно-пористый материал, в котором нарушена сплошность и присутствует все три фазы- твердая, жидкая и газообразная. Структуру бетона можно представить в виде пространственной решетки из цементного камня, состоящего из геля и кристаллических сростков, заполненных зернами песка и щебня, пронизанной большим количеством микропор и капилляров, содержащих химически несвязанную воду, водяные пары и воздух. Неоднородность и дефективность бетона носит случайный характер. Поэтому механические свойства бетона целесообразно оценивать с точки зрения вероятностного подхода и описания его напряженно- деформированного состояния.

3.2 Прочность бетона платформа нефтяной бетон сплав

Кубиковой прочностью бетона называют временное сопротивление сжатию бетонных кубов. При осевом сжатии кубы разрушаются вследствие разрыва бетона в поперечном направлении. Силы трения, возникающие по опертым граням, оказывают ощутимое влияние на кубиковую прочность вследствие того, что они препятствуют развитию свободных поперечных деформаций. Влияние сил трения по мере удаления от этих граней уменьшается, поэтому после разрушения куб приобретает форму четырех усеченных пирамид. Если устранить влияние сил трения (смазкой контактных поверхностей), трещины разрыва становятся вертикальными, параллельными действию сжимающей силы и сопротивление куба значительно уменьшится. Согласно стандарту, кубы испытывают без смазки поверхностей, вследствие чего их прочность зависит от размеров кубов. Так, если прочность куба с ребром 15 см принять за 1 , то кубы с ребром 10 см покажут прочность 1,12 , ас ребром 20 см- 0,93. Кубиковая прочность непосредственно в расчетах не используется, а служат только для контроля качества бетона.

Призменной прочностью называют временное сопротивление сжатию бетонных призм. Она является основной расчетной характеристикой прочности бетона сжатых элементов. Призменная прочность меньше кубиковой. Опыты показывают, что с увеличением высоты призмы влияние сил трения на прочность уменьшается и при отношении оно практически становится равным нулю, а значение становится постоянным и равным примерно 0,75.

Прочность бетона на растяжение. Прочность бетона на растяжение зависит от прочности цементного камня. При растяжении прочность бетона в 10-20 раз меньше прочности на сжатие. Связь между временным сопротивлением бетона на сжатие и растяжение может быть выражена формулами: R = 0 233/R2

Опытным путем определяют испытаниями на разрыв образцов в виде восьмерок, на раскалывание цилиндрических образцов или на изгиб бетонных балок.

Прочность бетона на срез. В реальных конструкциях срез в чистом виде не встречается. Прочность бетона на срез в 1,5-2 раза больше, чем его прочность на растяжение. Объясняется это сопротивлением зерен крупного заполнителя срезывающим усилиям.

При проектировании железобетонных конструкций помимо прочностных свойств необходимо учитывать и деформативные.

Деформации бетона бывают двух видов: 1. Объемные, развивающиеся во всех направлениях под влиянием усадки, изменения температуры и влажности

2. Силовые, развивающиеся вдоль направления действия сил.

В свою очередь силовые деформации подразделяются на три вида: O при однократном кратковременном нагружении;

O длительном нагружении;

O многократно-повторном действии нагрузки.

Различают деформации от изменения температуры и усадки бетона. Повышение или понижение температуры вызывает изменение объема бетона. Деформации усадки и набухания. Свойство бетона уменьшаться в объеме при твердении в сухой среде называют усадкой, а при твердении во влажной среде бетон увеличивается в объеме - происходит набухание. Деформация усадки связана с потерей воды на испарение и на гидратацию цемента. Усадка тем больше, чем больше содержание в бетоне цемента, воды и чем ниже влажность окружающей среды. Деформация бетона при набухании значительно меньше, чем при усадке. Изза неравномерного высыхания внутренние слои бетона препятствуют свободной усадке поверхностных слоев, в результате чего поверхностные слои оказываются растянутыми, что может привести к возникновению усадочных трещин.

3.3 Марка и класс бетона

Марка и класс бетона - это те термины, которые используются в современном строительстве повсеместно. Означают они почти одно и то же, но, все-таки, разница есть. Марка бетона - это средний показатель прочности, а класс - это показатель гарантированной прочности. В самой ранней стадии строительства при проектировании и расчетах бетонных и железобетонных конструкций определяются характеристики прочности - класс бетона и марка бетона, его показатель морозоустойчивости и водонепраницаемости. Требования к бетону в нормативных документах указываются именно в классах, но при заказе бетона строительными компаниями бетон обычно заказывается в марках. Основным показателем свойств бетона является прочность на сжатие. Класс бетона обозначается латинской буквой «В», а цифра, которая стоит за ней, - это нагрузка, которую бетон должен выдержать в 95% случаев. Бетон В-10 должен выдержать нагрузку в 10 МПА. Существует таблица соответствия между марками и классами бетона. При нормировании прочности бетона используется характеристика - марка бетона. Эта та характеристика, которая гарантирует получение бетона нужной прочности. Буква «М» определяет прочность, цифра означает прочность на сжатие, выраженная в кг.с/см.кв.

Классом бетона по прочности на сжатие B (МПА) называется временное сопротивление сжатию бетонных кубов с размером ребра 150 мм, испытанных после выдержки в течении 28 суток при температуре и относительной влажности воздуха более 90%. Данный показатель характеризует наименьшее контролируемое значение кубиковой прочности бетона (МПА), с 95% обеспеченностью. Все остальные показатели прочности бетона (призменная прочность, прочность на сжатие при изгибе, прочность при осевом растяжении и др.) являются величинами, зависящими от кубиковой прочности и определяются с помощью коэффициентов без специальных испытаний. Для конструкций, работающих преимущественно на растяжение, устанавливается класс бетона по прочности на растяжение и контролируется на производстве.

Нормами установлены следующие классы бетона: a) по прочности на сжатие: для тяжелых бетонов - В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60; для легких бетонов - В3,5- В40. b) по прочности на растяжение: 0,8; 1,2; 1,6; 2,0; 2,4; 2,8; 3,2 МПА.

Марка бетона по морозостойкости F назначается для конструкций, подвергающихся в увлажненном состоянии многократному замораживанию и оттаиванию. Эта марка характеризуется количеством циклов замораживания и оттаивания бетона при снижении его прочности на сжатие не более, чем на 15%. Нормами установлены марки F50; 75; 100; 150; 200; 300; 400; 500. Марка бетона по водопроницаемости W назначается для конструкций, работающих под давлением воды. Марка W характеризует предельное давление в кг/см2, при котором вода еще не просачивается через бетонный образец толщиной 150 мм. Нормами установлены марки W 2; 4; 6; 8; 10; 12. Марка бетона по плотности Д характеризует его среднюю плотность в кг/МЗ и назначается для бетонов, к которым предъявляются требования теплоизоляции. Нормами установлены следующие марки Д. Тяжелый бетон - от Д 2200 до Д 2500; легкий бетон от Д 800 до Д 2000 и т.п.

3.4 Арматура

По функциональному назначению арматура подразделяется на: O рабочую, O конструктивную

O монтажную.

Рабочая арматура воспринимает усилия, возникающие под действием нагрузок на конструкцию и ее собственной массы. Количество арматуры рассчитывают в соответствии с этими нагрузками. В зависимости от ориентации в железобетонной конструкции рабочая арматура может быть продольной или поперечной. Продольная рабочая арматура воспринимает усилия растяжения или сжатия, действующие по продольной оси элемента. В колоннах продольную арматуру устанавливают для повышения сопротивляемости усилиям сжатия. Поперечная арматура воспринимает усилия, действующие поперек оси балки. Такую арматуру выполняют в виде хомутов либо расположенных поперечно отрезков стержней в сварных каркасах и сетках. Рабочая арматура, устанавливаемая по расчету. Конструктивная (распределительная) арматура обеспечивает цельность конструкции, учитываемой при расчете прочности, а также в распределении действия сосредоточенных сил или ударной нагрузки на большую площадь. Стержни рабочей и распределительной арматуры сваривают либо связывают в единый пространственный каркас или плоские сетки. Иногда распределительную арматуру используют для того, чтобы придать арматурному каркасу необходимую жесткость. Конструктивная арматура служит для восприятия таких усилий, на которые конструкцию не рассчитывают. В частности, сюда относятся усилия от усадки бетона, температурных деформаций. Конструктивную арматуру обязательно устанавливают в местах резкого изменения сечения.

Монтажную арматуру устанавливают в зависимости от конструктивных и технологических требований, она не имеет непосредственного статического значения. Монтажная арматура необходима для создания из рабочих и конструктивных стержней жесткого транспортабельного каркаса. Рабочая и конструктивная арматура одновременно могут выполнять функции монтажной.

По способу изготовления различают арматуру: O стержневую (горячекатаную);

O проволочную (холоднотянутую).

По форме поверхности арматуру выпускают: O гладкой

O периодического профиля.

По способу применения арматуру делят на: O напрягаемую

O ненапрягаемую.

В зависимости от механических свойств арматура делится на следующие классы. a) горячекатаная гладкая класса А-I; периодического профиля классов A-II, A-III, A-IV, A-V, A-VI. b) термически и термомеханически упрочненная периодического профиля классов Ат-ІІІС, Ат-IVC, At- IVK, At-V, At-VI. c) упрочненная вытяжкой, периодического профиля класса AIIIB.

Буква с указывает на возможность стыкования сваркой, буква к - на повышенную коррозийную стойкость.

Физико-механические свойства арматурных сталей. Основные физико-механические свойства сталей устанавливают по диаграмме, получаемой путем испытания на растяжение стандартных образцов.

По характеру диаграмм арматурные стали можно условно разделить на две группы: O стали, имеющие площадку текучести;

O стали, не имеющие площадку текучести. Стали, имеющие площадку текучести (мягкие стали), обладают физическим пределом текучести до 500 МПА и удлинением после разрыва до 25 %.

3.5 Соединение арматуры

Соединение арматурных стержней, каркасов и сеток осуществляется сваркой или внахлестку. Для соединения арматурных стержней в заводских условиях применяют контактную стыковую сварку на специальных сварочных машинах. Для соединения встык при монтаже принимают дуговую ванную сварку в инвентарных формах. При d>20 мм дуговую сварку осуществляют с накладками. Стык стержней внахлестку без сварки допускается применять с перепуском концов стержней на 20… 50 диаметров в тех местах, где прочность арматуры используется не полностью. Стыки внахлестку допускаются в растянутых элементах. Стыки сварных сеток в рабочем направлении можно выполнить внахлестку. В каждой сетке при этом в зоне стыка должно быть расположено не менее двух поперечных стержней, приваренных ко всем продольным стержням сетки. Стыки в нерабочем направлении также выполняются внахлестку. Длину перепуска принимают равной 50 мм при диаметре распределительной арматуры до 4 мм и равный 100 мм при арматуре более 4 мм.

3.6 Совместная работа арматуры и бетона

Совместная работа арматуры бетона в значительной степени является результатом их надежного сцепления.

Сцепление арматуры с бетоном обеспечиваются в основном тремя факторами: O склеиванием металла с бетоном, возникающим благодаря клеящей способности цементного раствора;

O трением по поверхности арматуры, вызванным давлением бетона вследствие его усадки;

O механическим зацеплением за бетон выступов и неровностей на поверхности арматуры.

В основном прочность сцепления арматуры с бетоном зависит от механического воздействия. Этот фактор обеспечивает примерно ? общего сопротивления, поэтому если применяется арматура гладкая, то ее сопротивление скольжения в значительной степени уменьшается. В зоне сцепления арматуры с бетоном напряженное состояние носит сложный характер. При выдергивании стержня из бетона усилие с арматуры на бетон передается через касательные напряжения сцепления , которые распределяются по длине заделки стержня неравномерно. Сдвигающие напряжения не зависят от длины заделки и заканчиваются на расстоянии lan от места приложения силы.

3.7 Анкеровка арматуры в бетоне

Анкеровка - это закрепление арматуры в бетоне, либо посредством сил сцепления, либо специальными анкерными устройствами. Анкеровка арматуры периодического профиля обеспечивается в основном за счет сил сцепления. Анкеровка гладкой арматуры осуществляется с помощью устройства крюков на концах. Анкерами гладких стержней в сварных сетках и каркасах служат стержни поперечного направления. Продольные стержни растянутой и сжатой арматуры должны быть заведены за нормальное к продольной оси элемента сечение, в котором они учитываются с полным расчетным сопротивлением, на длину зоны анкеровки.

3.8 Усадка и ползучесть бетона в железобетонных конструкциях

Стальная арматура вследствие сцепление ее с бетоном является внутренней связью, препятствующей свободной усадке бетона при твердении на воздухе и свободному набуханию бетона при твердении в воде. Стесненная деформация усадки бетона в железобетонном элементе приводит к возникновению начальных напряжений: растягивающих в бетоне, сжимающих в арматуре. При достаточно высоком содержании арматуры в бетоне элемента могут возникнуть усадочные трещины. Отрицательное влияние усадки в этом случае может быть снижено путем устройства деформационных швов, которое обычно совмещают с температурными и называют температурно-усадочными.

3.9 Защитный слой бетона

Для защиты арматуры от внешних воздействий, а также обеспечения совместной работы бетона и арматуры служит защитный слой бетона. Толщину защитного слоя устанавливают на основании опыта эксплуатации и в зависимости от вида и размеров конструкции, диаметра и назначения арматуры и т.п. Однако во всех случаях она должна быть не менее диаметра рабочей арматуры. В плитах и стенках толщиной до 100 мм - 10 мм; при толщине >100 мм, а также в балках и ребрах с высотой h<250 мм-15 мм; в балках с высотой h 250 мм и в колоннах - 20 мм; в сборных фундаментах - 30 мм; для арматуры монолитных фундаментов при наличии бетонной подготовки - 35 мм, при ее отсутствии - 70 мм. Для поперечной и распределительной арматуры при h<250 мм - 10 мм, при мм - 15 мм. Расстояние от торца элементов до концов продольной арматуры должно быть (10-20) мм.

С каждым годом возрастает спрос на углеводородное сырье, а вместе с ней и число морских платформ. Эти чудеса инженерной мысли утоляют жажду топлива миллионам людей и их механизмам. Однако работники этих морских сооружений могут пострадать в любой момент. Поэтому, основной целью при проектирований должно быть - прочность конструкций. Материалы для морских платформ должны обладать высокой прочностью, пластичностью, высокой технологичностью и тд.

Каждая платформа уникальна и для каждой из них выбирается свой материал. Материалы подбирают строго по СНИПУ согласно расчетам. Они зависят от нагрузок на платформу и природных условий. Самая применяемый материал - специальная мартеновская сталь с пределом текучести 3600 кгс/см2 , содержание углерода - 0,2 %, марганца - 1,23 %. Иногда с добавлением ниобия. Но, для всех морских конструкций основными задачами при проектировании морских платформ, в порядке приоритета, являются: обеспечение безопасности персонала, охрана окружающей среды, защита имущества, минимизация финансовых последствий аварийных ситуаций.

Главная проблема при создании сооружений для освоения нефтегазопромысловых шельфов заключается в том, что с увеличением глубины водоема значительно, в несколько раз, увеличивается стоимость таких сооружений. Поэтому главная задача для проектировщика найти оптимальное соотношение таких показателей как надежность и экономичность технических средств для эксплуатации морских платформ.

1. Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. Строительные материалы. М., 1986

2. Шейнин А. В. Строительные материалы. М., 1978.

3. Болдырев А. С, Добужинский В. И., Рекитар Я- А. Технический прогресс в промышленности строительных материалов. М., 1980.

Размещено на .ru