钢管在船舶与海洋工程中有什么重要作用
钢管在船舶与海洋工程中重要作用：
钢管在海洋工程中的应用十分普遍。船舶与海洋工程两大体系中大致需求三种类型的钢管：常规系统中的钢管、构造中用的钢管和特殊用途的钢管。 1.常规系统中的钢管
不同的船舶与海洋工程，既有常规系统，又有专用系统。 船舶使用寿命一般为20年。常规系统甚多，主要有舱底水、压载、疏排水、生活污水、空气、测量、注入、生活用水、消防、货油、扫舱、透气、惰气、加热、洗舱、泡沫灭火、洒水、蒸发气、液位遥测、阀门遥控等系统，特种船舶还包括运输液化石油气(LPG)、液化天然气(LNG)等专用系统。海洋工程的使用寿命长达30年，甚至更长。海洋工程中除常规系统之外，还有特殊的钻采设备系统、原油/液化石油气/液化天然气处理的流程系统、特殊的系泊系统、火炬系统，等等。
曾有人统计过，船舶类的管材年消耗量达450万吨，约44万根，其标准是GB、YB、CB，其中70%的钢管之间用连接。仅一艘30万吨级的超大型油船管材用量可达数十公里，仅钢管用量(包括)就有1500吨左右，当然相对于4万吨的船体结构用量还是有限的。另外，考虑到同一种船舶，要建造多艘，还有许多其他船舶，这样累计用量也就不少。而一艘30万吨级超大型FPSO管材数量超过3万根，长度超过90公里，是同吨位级别的2～3倍。因此，造船业也就成为钢管市场的一个大用户。 2.构造中的钢管
海洋工程中钢管的应用，除了上述常规系统与专用系统外，许多构造大量采用钢管，如导管架、水下钢桩、隔水套管、系泊支架、直升机平台、火炬塔架等。这类钢管的规格多、材质高，有同径、异径，
不同壁厚，还有大量的Y、K、T型的管节点。如导管架、钢桩、井口隔水套等，多为大直径尺寸的钢管，一般都是用钢板卷制而成。它们的材质为E36-Z35、D36-Z35、E36、D36。这类钢管的标准已不是用YB、CB，而主要是GB712-2000。钢管的制作是按我国石油工业标准技术委员会(CPSC)制定的《结构钢管制造规范》SY/T10002—2000。由于我国没有专门企业，所以通常都是由建造单位购置钢板后自行加工成型。 3.特殊用途的钢管
特殊用途的钢管是指特定工作环境和工作介质下使用的特种钢管。
海底输油管就是典型特种钢管，需求量较大，有强度高、公差小、抗腐蚀性好等特点。目前，我国海底输油管生产还只是处于起步阶段，原因在于焊接材料、抗腐蚀性能或规格少(管径与壁厚)、价格贵等方面。
我国海上的原油，都需要保温输送。以往采用双层钢管保温结构，安全可靠。但用钢管作为保护管是很不经济的，而且海上铺管作业前，先要进行内外管焊接，大大地降低了铺管效率，造成安装费用成倍增加。进入21世纪后，人们推出了一种混凝土配重钢管。它的结构是(由里到外)：钢管、环氧粉末(FBE)防腐层、聚氨酯保温层、聚乙烯(PE)夹克管、钢筋混凝土配重层(内部配置钢丝网)。这一类特种钢管，我国曾从国外进口，如渤海的蓬莱19—3油田一期工程，采用马来西亚BREDEROPRICE公司的产品。我国经过研究与试验，2002年在塘沽建成国内第一条混凝土配重钢管的生产线，已为海上多个油田提供了数千公里的管道产品。据悉，采用这种钢管，每公里海底管线可降低成本50万～100万元，大大降低了海上油田的开发成本，使一批边际油田得以经济有效地开发。
我国钢管生产消费发展很快，到2004年年产量的2123万吨，占全国钢产量7.8%，钢材产量7.1%，年表观消费量为2087万吨。根据中国钢铁工业协会资产财务部发布的价格指数看，无缝钢管（159*6）2005年2月末价格指数为126.25，2002年1月末为84.24，市场价格3年多上涨了49.87%，上涨幅度是很高的。为此，本文想就一些统计数据总结分析我国近年来钢管市场价格发展走势，供有关人员进一步研究分析参考。 1、无缝钢管（159*6）市场价格发展变化比较 无缝钢管（159*6）市场价格在2002年1月至2003年6月中自始至终是保持稳定没有大变化的价格走势。2003年6月开始，小幅上涨，至10月迈开大步快速上涨，至2004年3月开始放缓，5月突然下降，6月重新恢复缓慢上涨的姿态，延续至今。其中，2003年10月至2004年3月无缝钢管（159*6）市场价格上涨了1529元/吨，上涨了37%，平均每月上涨了300多元/吨。 2、10个品种规格钢管的市场价格发展变化比较 1）、在2002年中，钢管的10个品种规格钢管的市场价格，走势平缓，形态基本一致。焊接钢管市场价格最低，在2600元/吨和2800元/吨之间变化；镀锌钢管市场价格在3200元/吨和3400元/吨之间变化；热轧无缝钢管市场价格在3600元/吨和4300元/吨之间变化；冷拔无缝钢管市场价格最高，在4500元/吨和5100元/吨之间变化。四组品种规格的钢管全年价格都没有交叉，冷拔无缝钢管、热轧无缝钢管各个规格之间的市场价格差距明显。 2）、在2003年中，钢管的10个品种规格钢管的市场价格，形态也是基本一致。但从6月起，由低价钢管开始，各个品种规格的钢管市场价格陆续上涨，由低价钢管到高价钢管，随时间推移快步升高。到12月底，各个品种规格的钢管市场价格曲线的尾巴都翘得高高的。焊接钢管市场价格在2700元/吨和3600元/吨之间变化；镀锌钢管市场价格在3300元/吨和4200元/吨之间变化；热轧无缝钢管市场价格在3700元/吨和4900元/吨之间变化；冷拔无缝钢管市场价格在4500元/吨和5300元/吨之间变化。四组品种规格的钢管全年价格发生交叉，低价钢管的市场价格上涨幅度高于高价钢管的市场价格上涨幅度。冷拔无缝钢管、热轧无缝钢管各个规格之间的市场价格差距仍然明显。 3）、在2004年中，钢管的10个品种规格钢管的市场价格，形态也是基本一致。从年初就开始快步上涨，至4月中突然下跌，至6月中开始恢复缓慢上涨至年底。焊接钢管市场价格在3570元/吨和4150元/吨之间变化；镀锌钢管市场价格在4100元/吨和4710元/吨之间变化；热轧无缝钢管市场价格在4650元/吨和5990元/吨之间变化；冷拔无缝钢管市场价格在5070元/吨和6000元/吨之间变化。四组品种规格的钢管全年价格发生交叉，低价钢管的市场价格上涨幅度低于高价钢管的市场价格上涨幅度。冷拔无缝钢管、热轧无缝钢管各个规格之间的市场价格差距不明显，市场价格之间相互靠拢形成一个价格组。全年钢管各个规格市场价格最低点在1月份，最高点在3、4月份，热轧无缝钢管在3个月间，市场价格相差1000元/吨。 3、热板卷与焊接钢管市场价格发展变化比较 近年来，热板卷与焊接钢管市场价格发展变化比较，可以分为五个阶段。 第一阶段，2002年1月至2003年3月，热板卷（2.75-3）市场价格上涨阶段；热板卷（2.75-3）市场价格由2493元/吨上涨为3390元/吨，上涨了897元/吨；焊管（3/4＂）市场价格由2793元/吨下跌为2790元/吨，下跌了3元/吨；焊管（1＂）市场价格由2693元/吨上涨为2751元/吨，上涨了58元/吨；焊管（3＂）市场价格由2709元/吨上涨为2819元/吨，上涨了110元/吨； 第二阶段，2003年3月至2003年7月，热板卷（2.75-3）市场价格下跌阶段；热板卷（2.75-3）市场价格由3390元/吨下跌为3031元/吨，下跌了359元/吨；而焊管（3/4＂）市场价格由2790元/吨上涨为2861元/吨，上涨了71元/吨；焊管（1＂）市场价格由2751元/吨上涨为2836元/吨，上涨了85元/吨；焊管（3＂）市场价格由2819元/吨上涨为2872元/吨，上涨了53元/吨。 第三阶段，2003年7月至2004年4月，热板卷（2.75-3）市场价格快速上涨阶段；热板卷（2.75-3）市场价格由3031元/吨上涨为4538元/吨，上涨了1507元/吨；而焊管（3/4＂）市场价格由2861元/吨上涨为4078元/吨，上涨了1217元/吨，焊管（1＂）市场价格由2836元/吨上涨为4086元/吨，上涨了1250元/吨；焊管（3＂）市场价格由2872元/吨上涨为4149元/吨，上涨了1277元/吨。 第四阶段，2004年4月至2004年6月，热板卷（2.75-3）市场价格快速下跌阶段；热板卷（2.75-3）市场价格由4538元/吨下跌为3960元/吨，下跌了578元/吨；而焊管（3/4＂）市场价格由4078元/吨下跌为3629元/吨，下跌了449元/吨；焊管（1＂）市场价格由4086元/吨下跌为3560元/吨，下跌了526元/吨；焊管（3＂）市场价格由4149元/吨下跌为3593元/吨，下跌了556元/吨。 第五阶段，2004年6月至2005年3月，热板卷（2.75-3）市场价格再次上涨阶段；热板卷（2.75-3）市场价格由3960元/吨上涨为5417元/吨，上涨了1457元/吨；而焊管（3/4＂）市场价格由3629元/吨上涨为4170元/吨，上涨了541元/吨；焊管（1＂）市场价格由3560元/吨上涨为4064元/吨，上涨了504元/吨；焊管（3＂）市场价格由3593元/吨上涨为4131元/吨，上涨了538元/吨。这次再次上涨使热板卷（2.75-3）市场价格在2004年4月份的基础上继续上涨了879元/吨，而焊管（3/4＂）只上涨92元/吨；焊管（1＂）市场价格与2004年4月份高位相比还差22元/吨，焊管（3＂）市场价格还差18元/吨。 从2002年1月至今，焊接钢管市场价格上涨幅度远远不及热轧卷市场价格上涨幅度大。热板卷（2.75-3）市场价格由2493元/吨上涨为5417元/吨，上涨了2924元/吨；而焊管（3/4＂）市场价格由2793元/吨上涨为4170元/吨，上涨了1377元/吨；焊管（1＂）市场价格由2693元/吨上涨为4064元/吨，上涨了1371元/吨；焊管（3＂）市场价格由2709元/吨上涨为4131元/吨，上涨了1422元/吨。焊接钢管市场价格的上涨幅度不及热轧板卷市场价格上涨幅度的一半。
简要介绍了钢管混凝土的发展史和研究进展及其在实际工程中的应用,阐述了钢管混凝土在钢结构住宅建筑中应用的特点及工程应用,并对今后需要进一步研究的问题进行了展望。
钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土后形成的构件，它是在型钢混凝土及螺旋配筋混凝土的基础上发展起来的。钢管混凝土利用钢管和混凝土在受力过程中的相互作用使混凝土处于复杂应力状态下，从而使混凝土的强度得以提高，塑性和韧性性能大为改善同时由于混凝土的存在可以避免或延缓钢管发生局部屈曲，从而保证材料性能的充分发挥。可见，二者相互贡献，协同互补，共同工作，提高了钢管混凝土构件的整体性，使其具有承载力高、塑性和韧性好、抗震性能好、施工方便、较好的耐火性能和良好的灾后可修复性以及经济指标先进等优点，因而得到了广泛的应用。
1钢管混凝土的研究进展
按照截面的形式，钢管混凝土可分为圆钢管混凝土（习惯称为钢管混凝土）、方钢管混凝土、矩形钢管混凝土和多边形钢管混凝土等。最早采用钢管混凝土结构的工程之一是1879年英国的Severn铁路桥的桥墩，当时在钢管内填充混凝土在承受压力的同时也用来防止钢管锈蚀。早期的研究不考虑钢管及其核心混凝土之间的相互作用对构件承载力的提高，只是对两者进行简单地迭加。随着研究的深入，人们发现在受力过程中，由于钢管对混凝土的约束作用使混凝土处于复杂应力状态下，从而使混凝土的强度得以提高，塑性和韧性性能大为改善同时由于混凝土的存在可以避免或延缓钢管发生局部屈曲，二者相互作用协同互补，提高了钢管混凝土的整体性，使其具有一系列优越的力学性能和先进的经济指标。
对钢管混凝土力学性能的研究存在各种不同的研究方法，如实验研究、实验系数回归、极限状态分析法、以及纤维模型法和有限元法等的数值解法[3-4]，它们的区别在于如何估算钢管与核心混凝土之间的相互约束作用，这种约束作用的存在导致了其力学性能的复杂性。由于研究者们从不同角度对上述问题进行研究，对钢管和混凝土之间的紧箍效应理解不同，因此所获计算方法和计算结果就会有所出入。各国研究者分别对钢管混凝土构件在静力、动力、火灾作用下以及钢管混凝土与钢梁或钢筋混凝土梁组成的框架结构的力学性能进行了系统研究[1-4]。世界各国在有关研究成果的基础上分别制订了钢管混凝土结构设计与施工规程，如欧洲的EC4（1996）、DIN18800（1997），美国的ACI-319-89、SSLC（1979）、LRFD（1994），日本的AIJ（1980，1997）。我国是在上世纪60年代开始研究钢管混凝土的，主要集中在钢管中灌素混凝土，虽然起步较晚，特别是近十几年取得了令人瞩目的成就，已颁布了几个设计规程，如JCJ01-89、CECS28:90、DL/T5085-1999和GJB1029-2001。这些规程的制定，拉开了钢管混凝土在我国建筑业中广泛应用的序幕。
2钢管混凝土在住宅中的应用
20世纪60-80年代钢管混凝土开始应用于工业与民用建筑。随着理论研究的深入、设计规程的颁布和其自身具有的优点，钢管混凝土被越来越广泛地应用于单层和多层工业厂房柱、设备构架柱、各种构架、支架、栈桥柱、地铁站台柱、送变电杆塔、桁架压杆、桩、空间结构，近10年又被应用于桥梁结构、高层和超高层建筑中，特别是近2-3年，它被越来越多地应用于住宅建筑中，并取得了良好的经济效益和建筑效果。
2.1钢管混凝土在非住宅建筑中的应用及特点
20世纪60年代，钢管混凝土开始应用于工业厂房。据统计，到1994年我国就有上百个单层、多层厂房或构架柱工程采用钢管混凝土柱，每根构件的造价与钢筋混凝土柱的相当或有所降低，但截面明显减少，施工周期缩短。钢管混凝土厂房遍布全国各地，如上海三十一棉纺厂，大连造船厂船体装配车间，武昌造船厂和中华造船厂船体结构车间，太原钢铁公司三炼钢连铸车间等[2]。钢管混凝土在厂房中的应用迈出了其在实际工程中应用的第一步。
近十几年，钢管混凝土被广泛地应用于拱桥和空间桁架梁式桥梁结构中。据不完全统计,截止1999年，我国共建造钢管混凝土拱桥一百多座，钢管混凝土劲性骨架拱桥10余座。与此同时，钢管混凝土在我国高层和超高层建筑中的应用发展很快，经历了由局部柱子采用，到大部分柱子采用，最后发展到全部柱子采用的过程。其中局部采用钢管混凝土柱子的高层建筑有：福建泉州市邮电局大楼（高87.5m）、福建南安邮局大厦、福州环球广场、广州好世界广场(116.3m)、北京四川大厦、福建省政府屏山综合楼二区；大部分柱子采用的有：厦门阜康大厦(86.5m)、北京世界金融中心大厦(120m)、广州新中国大厦(201.8m)、深圳市邮电信息中心大厦、天津工商银行办公大楼；全部柱子采用的有：厦门金源大厦（96.1m）、天津今晚报大厦（137m）、深圳赛格广场大厦（291.6m）、上海陆海工程（84.7m）等。其中深圳赛格广场大厦获得2000年国家科技进步二等奖，这是我国自行设计、自己加工制造自己施工并全部采用国产钢材、自行投资的第一个组合结构高层建筑。钢管混凝土在桥梁及高层建筑中的应用迈出了其在实际工程中应用的第二步。
近十年，钢管混凝土被应用于叠合柱。随着对钢管混凝土理论研究的深入和工程应用的日益广泛，提高钢管混凝土的抗火性能和核心高强混凝土的脆性等问题成为迫切需要解决的问题。目前，解决这一问题主要有两种方法：其一是通过在钢管内填充配筋混凝土或钢纤维混凝土来解决钢管混凝土的脆性问题，通过在钢管外表面喷吐防火涂料来解决钢管混凝土的抗火问题；其二是采用叠合柱。叠合柱是将钢管混凝土布置在柱的核心，外面再包围灌浇一圈钢筋混凝土所形成的钢管、管内素混凝土和管外钢筋混凝土三种材料组合的组合柱[5]。叠合柱由于外包混凝土，所以其防火、耐腐性较好，同时，因总轴力的相当大部分由核心内钢管混凝土承担，外围混凝土分担（按竖向刚度比分配）的轴压力小，因此轴压比也较小，具有良好的延性。目前，辽宁地区采用叠合柱结构的工程有：沈阳日报大厦（105m）、辽宁省邮政枢纽（96.6m）、辽宁物产大厦(100m)、沈阳和泰大厦(75.6m)、沈阳和平区地税局(76.8m)、沈阳电力花园双塔(110m)、沈阳方圆大厦(99.8m)、沈阳富林广场(125m)、大连边业银行大厦(200m)[5]。钢管混凝土在叠合柱中的应用迈出了其在实际工程中应用的第三步。
2.2钢管混凝土在住宅中的应用特点及其应用
一方面是因为钢结构自身具有科技含量较高,利于环境保护,且可再生利用等优点，另一方面是由于我国钢产量大幅度增加，世界钢产量日趋饱和，钢材价格随之下降，所以近年来我国开始大力推广钢结构，鼓励采用钢结构。建设部等部门也为此制定了加速推广建筑钢结构发展和应用的目标,确定"十五"期间以推广住宅钢结构为重点，力争在"十五"期间使我国建筑钢结构用钢量达到全国钢材总产量的3%,到2015年达到6%[6]。住宅建筑历来居建筑业首位，所以在住宅建筑中推广钢结构势在必行。
住宅钢结构，有低层、多层和高层之分。3层以下为低层，9层以下为多层，9层以上为高层，10～12层又称小高层。住宅钢结构,考虑抗震要求，一般不宜超过12层，同时又由于我国人口众多,土地资源相对不足，城市住宅需求量迅速增长,所以宜发展多层和小高层钢结构住宅，但在人口密度大的城市，仍然是以高层为主。住宅钢结构,具有柱子用量少,室内有效使用空间大，房屋空间布置灵活，结构性能好等优点。它所选择的结构体系一般是：5～6层以下，框架体系或框架-支撑体系；6层以上，框架-支撑体系或框架-混凝土剪力墙（核心筒）体系；多层，大多采用双重体系。钢结构住宅采用的框架柱有H型钢柱，钢管砼柱和钢骨砼柱，后两种为组合柱。在小高层建筑中，组合柱比H型钢柱省钢，进而也就可以降低工程造价，但是，钢骨砼柱的施工较钢管混凝土柱施工复杂，因此，在住宅钢结构中推广钢管混凝土势在必行。
我国在上海、天津、辽宁、新疆等地分别兴建了一些以钢管混凝土作为框架柱的钢结构住宅试点工程，促进钢结构住宅在我国的发展历程。众所周知，上海人口密度大，土地资源宝贵，因此，上海的试点钢结构住宅多选用高层。而天津、辽宁、新疆等地人口密度相对较小，所以多选用了小高层和多层。表1列出了这些地区在高层住宅中采用钢管混凝土作为框架柱的钢结构部分工程情况[7-10]。钢管混凝土在住宅建筑中的应用迈出了其在实际工程应用的第四步，这一步的迈进意义重大，因为它实现了由高层到小高层、多层钢管混凝土结构的发展，为其大量的应用开辟了新局面。
3结论与展望
钢管混凝土在我国的发展只有几十年的历史，但发展速度非常快，如今，已广泛地应用到各个工程领域。尤其是它在住宅中的应用，使其由高层建筑中的应用过渡到小高层、多层建筑中的应用，为其发展创造了广阔空间。预计在21世纪前20年，我国每年需新建住房4.86-5.49亿平方米，后30年每年需新建住房5.76亿平方米。今后50年住宅建设将成为国民经济建设新的增长点和消费热点。因此，钢结构住宅的发展有着广阔的空间，钢管混凝土在住宅中的应用有着广阔的前景。所以，有必要对钢管混凝土做进一步的研究。今后应该做好以下几个方面的工作:
(1)在防火设计方面，要简化钢管混凝土防火极限的设计方法，制定钢结构(钢管混凝土结构)住宅建筑的防火设计规范。只有这样，才能有助于推广钢管混凝土在住宅建筑中的应用。
(2)加强钢结构（钢管混凝土）住宅建筑在火灾后的残余力学性能评估与灾后的维修、加固措施的研究。
(3)钢结构住宅的关键在于外墙板的价格、质量、防水、耐久性及接缝的处理等。目前虽然有的墙板各个方面性能比较好，但价格较高，开发商和住户无法接受，所以暂时还无法大力推广。因此，我们应该大力开发价廉物美、轻质高强且具有耐久性的外墙板与相应的配套构件。
(4)结合实际工程，进一步完善钢结构（钢管混凝土）住宅建筑的设计理论、不同类型结构设计规范和施工规程,尽快编制各类构件的配套图集。
此外,钢结构住宅对施工队伍的施工技术要求比较高,而国内大部地区主要进行混凝土结构的施工建设,因此应该加强对钢结构专业施工队伍的培训，进一步促进钢管混凝土在住宅中的发展与应用。
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