オフショアおよび水中構造のプレストレス鋼の使用

プレストレス鋼の理解:基礎と材料

プレストレス鋼は、サービス負荷に従う前に、コンクリートまたは他の構造要素に圧縮力を導入するために使用される高強度鋼のカテゴリです。基本的な原則は、鉄腱を張る張力を含みます - 典型的にストランド、ワイヤー、またはバー - 前に(プレテンション)または(後)コンクリートが配置されます。このプレ圧縮対抗作用は、より長いスパン、薄片、改善されたセクション、および亀裂を可能にします。

鋼鉄自体はAISI 1080か1090のような高炭素の合金から、風邪-引かれたか熱扱われる間、収穫の強さを達成するために製造されます(標準的な繊維のために) 2,100 MPa (前処理棒のために)に 1,680 MPa (標準的な繊維のために)。共通の構成は7ワイヤーストランド(1×7、1×19)、単一ワイヤーおよび通された棒を含んでいます。積極的な環境の耐食性を高めるためには、プレストレスの鋼は頻繁に亜鉛めっきされるか、またはS400S30から、またはS400S300S300S300S30は、またはS300S300S300S300S300S300S300S300S300S300Sの合金で塗られます。

オフショアおよび水中使用のための鋼鉄本質を Prestressing を作る主要な特性

耐食性および保護システム

オフショアおよび水中構造は、急速に保護されていない鋼鉄を劣化させることができる塩化物-laden海水への一定の露出に直面します。現代防腐鋼は複数の保護層を採用します:第一次金属コーティング(例えば、電流を通すこと)、ポリマー外装(例えば、ポリプロピレンまたはポリエチレン)、およびある場合によってはステンレス鋼の公式からの受動的な酸化物の層。きちんと設計された場合、これらのシステムは残留物のレベルに余分に無視する腐食率を減らします。

高力および疲労の抵抗

鋼の高張力強度をプレストレスすることで、設計者は、材料コストとデッドロードを削減するスレンダー、軽量なセクションを使用することを可能にします。同様に重要なのは、海洋構造は、波動、電流、および可変的なライブ負荷から何千ものサイクルに耐える必要があるため、その疲労抵抗です。鋼の微細構造 - 微細な真珠ライトまたは強化されたマルテンサイト - 優れた耐久性の限界を引き起こし、多くの場合、オフショアアプリケーションで一般的なストレス範囲で100万サイクルを超える。

低い弛緩およびクリープの特徴

鋼のリラクゼーションやコンクリートのクリープによる長期プレストレス損失は、構造的性能を損なうことができます。低リラクゼーションプレストレス鋼(例えば、ASTM A416グレード270)は、20°Cで1,000時間後に2.5%未満のリラクゼーションを制限する安定化熱処理を受けています。この特性は、ディープウォーター構造では不可欠であり、再テンションが非現実的または不可能である。

オフショアおよび水中構造の広範囲の適用

固定オフショアプラットフォーム

重力ベースの構造(GBS)および鋼鉄ジャケットのプラットホームでは、プレストレスドのコンクリートはサブ構造、デッキおよび基礎ブロックのために使用されます。プレ圧縮は150 mを超える深さの静圧に抵抗し、地震でき事の間に延性を提供します。例えば、北海のTroll Aのプラットホームは370 m上のプレストレスドの具体的な船員を使用して、鋼鉄腱は放射状パターンで荷を効率的に移すために整理しました。

浮遊生産システム

浮遊生産貯蔵および積み過ぎ(FPSO)の容器、張力-legのプラットホーム(TLPs)およびsparのbuoysは船および係留のアタッチメントのためのプレストレスドのコンクリートを組み込みます。鋼鉄腱はコンクリートに投げられたダクトを通って動くし、構造がafloatである一度張力があります。このアプローチは波からの連続的な6度の揺れの下で疲労の維持のまわりを保っている間船の重量を減らします。

海底のパイプラインとリザース

海底パイプラインは、しばしば、負の浮力と機械的保護を提供するために、プレストレストコンクリート重みコーティング(CWC)に依存しています。これらのシステムでは、鋼腱はコンクリート層内で埋め込まれ、パイプ敷設作業中に割れることや、その後のシーベッドの決済を防ぐように張力があります。同様に、柔軟なライザーは、抗張装甲層としてスパイラルラップされたプレストレス鋼を使用し、電流および運動船から内部圧力と軸負荷に耐えることができます。

水中トンネルと浸漬チューブ要素

浸漬チューブトンネル、オセスントリンクや香港-Zhuhai-Macau Bridgeなどの、準備された基礎に浮上し、日光浴するセクションで構築されています。各セクションは、プレストレストコンクリートボックスガードで、過度の水柱とトラフィック負荷をサポートするために必要な曲げ抵抗を提供する縦方向鋼腱です。腐食防止が不可欠です。腱は、後で、溝またはワックスを充填している密閉ダクトの中に配置されています。

沿岸保護と海壁

プレストレスシートパイルとダイヤフラム壁は、港、海水、および海岸保護に使用されます。これらの要素は、波の影響やスカウに抵抗しながら、30 m以上の深さに駆動できるように、高瞬間容量に恩恵を受けています。鋼腱は通常、エポキシコーティングされ、岩盤や密な土壌に固定されています。

オフショア再生可能エネルギー財団

風力のある農場はより深い水に動くので、プレストレスドコンクリート重力ベースのおよび単動の基礎は人気を集めています。鋼鉄腱は、タービンタワーおよび環境の力からの結合された曲げ、軸負荷を扱うために放射状または円周パターンで整理されます。この設計は基礎の固まりを減らし、製造および設置コストを下げます。

エンジニアリングチャレンジとミチグレーション戦略

海洋条件下での腐食

特にスプラッシュゾーンとコーティングが破損する領域では、腐食が最も持続的な課題です。塩化物誘起、ストレス腐食割れ(SCC)、水素エブリトメント(HE)は危険です。エンジニアは、これらを複式アパートのステンレス鋼(例えば、2205、2507)を重要な領域で指定し、堅牢なコーティング(融合-ボンドエポキシ、トロウエル-アプライド)を適用し、現在のマスミクスシステムやマストシステムに感銘を受けています。

高強度鋼の水素封入

鋼は、特に鋼が保護されていない場合、特に、陰極保護から水素の吸着に敏感です。これは、遅延骨折につながることができます。緩和には、水素 - 透過性合金を使用して、適用電流密度を制御すること、および特定の条件下で水素を生成することができるカドミウムまたは亜鉛コーティングを回避するなど、窒化物を含む。 NACE TM0177などの試験基準は、サワーサービスのための鋼を修飾するために使用されています。

波と流れの循環から疲れ

疲労のローディングはすべての沖合いの構造のための設計運転者です。圧力集中が起こるアンカーゾーンで特に脆弱な鋼鉄をプレストレスにして下さい。、トラムペット形軸受け版のような疲労抵抗力がある細部は、くさびのグリップの滑らかな転移は必要です。磁気粒子のテスト(MPT)か超音波によって導かれる波を使用して規則的な点検はそれらが伝搬する前にincipientのひびを検出できます。

インストールとアクセスの困難

張力腱の水中は限られた可視性、流れおよび専門装置のための必要性のために挑戦しています。油圧ジャッキが張力を実行している装備されている遠隔操作された車(ROVs)は、溝を浸すことが浸水許容ポンプを使用して遂行される間、緊張を行ないます。ポスト張力のある区分のために、すべてのダクトは溝を出す前に水密性を保障するために圧力検査されなければなりません。プレ張力(後岸)およびポストリング間の選択はアセンブリによって(done)および制約は決まります。

メンテナンスと監視

構造がサービスに終わると、ダクト内の腱を検査するのは困難です。放射線学、サーモグラフィー、または時間-ドメイン反射法などの非破壊的な方法が使用されます。永久的な監視システム - 光ファイバーセンサー、音響放射放射配列、またはE-ビーム配列 - 構造の寿命にわたって緊張、リラクゼーション、および遮断イベントを追跡できます。定期的な状態調査、陰極保護潜在的なチェックと組み合わせ、認定(例えば、ABS、LV、LV、LV、LV、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L、L

船舶建設における鋼材の将来を形容するイノベーション

超高性能コンクリート(UHPC)・ハイブリッドシステム

プレストレス鋼でUHPCを組み合わせることで、より軽くて耐久性のある構造が可能になります。 UHPCの密行列は、コーティングが失敗しても、塩化物侵入をほとんど排除し、腱を保護します。炭素繊維強化ポリマー(CFRP)腱を使用してハイブリッドシステムが研究中である、厳しい海洋環境のために腐食する完全な免疫を提供します。

統合センシングによるスマートテンドン

新たな腱は、リアルタイムで張力と温度を報告する繊維の振動の緊張ゲージまたは磁気センサーを組み込んでいます。これらの「スマート」システムは、適応的なメンテナンスを可能にし、短時間で早期に警報を警告し、コストのかかるダイバー検査の必要性を減らすことができます。

持続可能なプレストレス鋼

製造業者は、水素還元鉄および電気アーク炉のリサイクルを使用して、プレストレス鋼の低炭素変種を開発しています。初期段階ではまだ、これらの鋼は、オフショアコンクリート構造のエンボデッドカーボンフットプリントを大幅に低下させ、世界的な脱炭素目標と整合することができます。

コンテンツ

プレストレス鋼は、オフショアおよび水中工学のための不可欠な材料になりました。高強度、制御リラクゼーション、および腐食防止コーティングの組み合わせにより、エンジニアは、世界の最も積極的な環境で10年間安全に動作する構造を設計することができます。合金設計、保護システム、および監視技術における継続的な進歩により、さらに、より深いポート、より長いオフショア風力タービン、およびより弾力のある沿岸インフラを可能にする能力が拡張されます。業界は、これらの利点を十分に実現するために、これらの利点、品質管理および品質管理は、より優先的に維持する必要があります。

設計基準と最近の研究に関するさらなる読書については、次のリソースを検討してください。

[ ASTM A416/A416M[ - 低解光、応力コンクリート用7線鋼ストランドの規格。
fib Bulletin 89] – 「鋼の防腐剤:海洋構造の腐食防止」(フェデレーション国際デベトン、2018)。
[DNV-OS-C502 - オフショアコンクリート構造(ドー・ノーサーク・ヴェリタス)。
[]NACE TM0177 – 硫化物ストレスクラックやH2S環境でのストレス腐食割れに対する耐性の金属のテスト。