第五設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

1、DNV海底管線規(guī)范（2000版）第五章 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)目 錄A 總則A 100 目的A 200 應(yīng)用B. 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和材料B 100 管道布置B 200 工廠壓力測試和系統(tǒng)壓力測試B 300 運行中檢查B 400 最小壁厚B 500 材料選擇B 600 典型材料特性B 700 容許侵蝕C 荷載和承載力計算C 100 荷載條件C 200 荷載效應(yīng)計算C 300 典型壁厚C 400 應(yīng)力和應(yīng)變計算D. 極限狀態(tài)D 100 總則D 200 極限狀態(tài)形式D 300 荷載效應(yīng)要素和荷載組合D 400 壓力控制（破裂）D 500 局部屈曲D 600 全部屈曲D 700 疲勞D 800 橢圓化D 900 棘輪效應(yīng)D

2、 1000 累計塑性應(yīng)變D 1100 斷裂D 1200 偶然極限狀態(tài)E. 特別考慮E 100 總則E 200 管道和土壤的相互作用E 300 立管/管道懸跨E 400 坐底穩(wěn)定性E 500 拖網(wǎng)影響E 600 第三方荷載及落下的物體E 700 絕緣E 800 管中管及管道集束F. 管道部件和附屬物F 100 總則G. 支撐結(jié)構(gòu)G 100 總則G 200 立管支撐G 300 J型管G 400 砂礫層穩(wěn)定性H. 安裝和維修H 100 總則H 200 管道筆直度H 300 涂層A. 總則A100 目的101 本章的目的是提供對管道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)失效可能模式的設(shè)計和驗收的準(zhǔn)則。A200 應(yīng)用201 這個標(biāo)準(zhǔn)

3、沒有規(guī)定對水深度的限制。但是，當(dāng)此標(biāo)準(zhǔn)用于深水下經(jīng)驗有限的地方時，必須特別考慮以下因素： 其他機(jī)械故障 參數(shù)范圍的合理性 其他特征荷載和荷載組合，以及 動力效應(yīng)202假如在受力分析時都是考慮了由于包括振動引起的疲勞效應(yīng)和操作的局限性和棘齒效應(yīng)所產(chǎn)生的較大的位移和動力響應(yīng)。此標(biāo)準(zhǔn)沒有明確規(guī)定關(guān)于彈性變形和振動的限制。203 當(dāng)部分管道系統(tǒng)延伸到海岸上時，需要進(jìn)行特別考慮。典型的問題包括： 人口密度 人員 交通 腐蝕 斷裂阻延這就需要用比規(guī)定的安全等級更高的安全等級。204 對于螺紋焊接的管道，需要滿足下列要求： 若有補(bǔ)充要求F（斷裂阻延性質(zhì)），則要評估對一個管結(jié)合處到下一個管結(jié)合處的焊接的延展斷

4、裂可能性 應(yīng)紀(jì)錄外壓力阻力 設(shè)計應(yīng)該以荷載控制條件為基礎(chǔ)，除非位移控制條件的可行性有文獻(xiàn)資料可以確定。指南注解：斷裂阻延和荷載控制條件的限制是根據(jù)羅紋焊接管道運行裂縫和最大應(yīng)變的的極限經(jīng)驗來決定的。B 設(shè)計規(guī)范和材料B100 管道分布101 管道系統(tǒng)不應(yīng)靠近無關(guān)的構(gòu)筑物、其他管道系統(tǒng)、沉船、漂礫等。確定其最小距離要根據(jù)預(yù)期的位移、水動力影響和風(fēng)險評估。當(dāng)管道系統(tǒng)靠近其他的構(gòu)筑物、管道系統(tǒng)、沉船、漂礫的時候，就必須考慮路線的細(xì)節(jié)問題。要保證管道可能產(chǎn)生的偏離，移動和其他危險有足夠的距離。102 交叉的管道，通常必須是分離的，且要永久保持至少03m的垂直距離。103應(yīng)采取措施以防管道受到不能承受的

5、機(jī)械損傷（如落物、漁具、拋錨等），應(yīng)避免使管道位于平臺的裝載區(qū)內(nèi)?？赏ㄟ^下列一種或聯(lián)合措施實現(xiàn)保護(hù)： 混凝土涂層 掩埋 覆蓋（如砂，石礫，墊子等）和 其他機(jī)械保護(hù)104 防護(hù)結(jié)構(gòu)和管道系統(tǒng)有相對的沉降，設(shè)計受保護(hù)的結(jié)構(gòu)時就應(yīng)該恰當(dāng)考慮這個問題，而且應(yīng)該按照管道系統(tǒng)整個設(shè)計期限來考慮。必須徹底清理在管道組成部分和防護(hù)結(jié)構(gòu)之間部分，以免受污染。105 對于有可能傳輸B、D或E類腐蝕性流體的C-Mn鋼管應(yīng)對其清管器的清理檢查進(jìn)行設(shè)計。如果管線的設(shè)計不允許進(jìn)行清管器清理檢查，則應(yīng)根據(jù)公認(rèn)的程序進(jìn)行分析以確保滲漏的失效可能性（即失效概率乘以失效后果）是可以接受的。對于其他種類的腐蝕性流體，應(yīng)評估清管器清

6、理檢查的操作可靠性。106 一條管線在不同的截面上有不同的設(shè)計壓力。在這種情況下管道系統(tǒng)需裝備可靠的壓力控制系統(tǒng)，用來確保那些按照較低的壓力設(shè)計的截面不會受到高于設(shè)計壓力值的壓力。107 立管和J型管應(yīng)該放置在結(jié)構(gòu)的內(nèi)部以免受到船的碰撞和由于船和其他機(jī)械的相互作用而產(chǎn)生的沖擊荷載。立管不應(yīng)放置在平臺的裝載區(qū)內(nèi)。108 立管和J型管間的支撐的設(shè)計要確保力從立管到支撐間的平穩(wěn)過渡。109 J型管的行程路線要考慮以下幾點： 平臺的構(gòu)造和最上層的布局 空間要求 J型管的移動 纜索/管線的連接 J型管的保護(hù) 非維護(hù)性的檢查和保養(yǎng)，以及 安裝條件B200 工廠壓力測驗和系統(tǒng)壓力測驗201 進(jìn)行工廠壓力測驗

7、的目的 繼續(xù)進(jìn)行壓力安全殼的復(fù)核試驗，以及 確保管道的每個截面至少達(dá)到了最小屈服強(qiáng)度因此，工廠壓力測驗的壓力是用使用壓力來定義的，而與無設(shè)計壓力無關(guān)。202 除了203所規(guī)定的情況，管線系統(tǒng)在安裝完成后要進(jìn)行系統(tǒng)壓力測試。在整個系統(tǒng)壓力測試過程中，局部壓力要滿足下面的要求：在正常操作情況下一般和最高安全等級： plt1.05pli (5.1)在正常操作情況下最低的安全等級plt1.03pli (5.2)指南注解：一般的，當(dāng)偶然壓力超過設(shè)計壓力的10%時，假設(shè)設(shè)計壓力是參考管線系統(tǒng)上的最高點來考慮的，那么上面所給的系統(tǒng)測試壓力大約是設(shè)計壓力的1.15倍。203 系統(tǒng)壓力測試在整個結(jié)構(gòu)完成后要進(jìn)行

8、泄漏測試。壓力測試也是局部偶然壓力的作用。在下列情況下，同意放棄系統(tǒng)壓力測試： 以SAW方法焊接的管線 當(dāng)管厚設(shè)計是由外部壓力控制并且使用小于75%的設(shè)計壓力抵抗值 有一直都是從加工，制作，安裝過程中獲得的詳細(xì)要求的記錄 工廠壓力測驗滿目第6章E1100要求 所有的組件和立管在加工期間都做過靜水壓力測試 在完成安裝以及所有的組件和立管都被組合好后做過局部滲漏測驗 整個管線已經(jīng)確立了一套檢驗和測試體系。并且已經(jīng)證明在可監(jiān)測缺陷尺寸等方面可以提供與系統(tǒng)壓力測驗相同的安全等級。 在焊接完成后會進(jìn)行超聲波自動檢測（AUT）（參見第9章9A904） 安裝和調(diào)整工作看起來不會對管線產(chǎn)生破壞。但當(dāng)掘渠，開溝

9、，以及由于錨索等第三方破壞時要引起專門的注意。 管線在進(jìn)行AUT檢測后，其累積塑性應(yīng)變不能超過2%。104 在整個系統(tǒng)壓力測試期間，所有安全等級的極限狀態(tài)都要被滿足（見D）。B300 作業(yè)期間檢查301 在整個管道系統(tǒng)的運行階段，要通過檢查來保證安全性和可靠性，這在設(shè)計階段就要被滿足，還要在DFI備有證明。B400 最小管壁厚度401 除非采用其他的辦法提供同樣保護(hù)來保證不受偶然荷載，落物和外部荷載的破壞，對以下情況的所有管道而言，最小名義管壁厚度是2mm， 名義直徑不小于8英寸 高安全等級，和 位于2類場地。402 在考慮最小管壁厚度時，應(yīng)對偶然荷載，落物和外部荷載進(jìn)行專門的評估，這類管道包

10、括： 名義直徑小于8英寸 高安全等級，和 位于2類場地。指南注解：最小管壁厚度的要求是從破壞統(tǒng)計數(shù)據(jù)中得到的。數(shù)據(jù)清楚的表明沖擊荷載最有可能導(dǎo)致破壞，而且對管道的厚度設(shè)計有決定性的影響。（而不是D/t）B500 材料選擇501 管道材料選擇時要考慮所傳送的流體，所受的荷載，溫度，和在安裝和運行過程中可能的破壞模型。還要確保整個管道系統(tǒng)部件材料的協(xié)調(diào)性，要考慮材料的以下性質(zhì)： 材料機(jī)械性質(zhì) 硬度 破裂韌性 疲勞強(qiáng)度 可焊性 抗腐蝕性。502 材料選擇要包括鑒定下面的附屬要求： 附屬要求S，酸性要求 附屬要求F，斷裂阻延特性 附屬要求P，管道的塑性變形超過2% 附屬要求U，增值利用 附屬要求D，更

11、嚴(yán)格的空間要求 附屬要求見第6章D503 材料的選擇包括選擇管線的無損檢測水平，見B 600章節(jié)。管線無損檢測水平I是為了滿足使用（基于應(yīng)變的設(shè)計）中位移控制的失穩(wěn)準(zhǔn)則的條件。504 當(dāng)存在于流體中，如氧氣和氯化物以及水的侵入，不銹鋼可能對局部腐蝕和環(huán)境因素促成的裂縫敏感。因此要考慮在每個特殊使用情況下提高耐(腐)蝕性。對于有特殊使用要求的管道，需要通過腐蝕性測驗來確定材料的可用性。505 要特別小心穩(wěn)態(tài)流體穿過雙聯(lián)不銹鋼或者馬氏體不銹鋼管道。506 當(dāng)用海水進(jìn)行系統(tǒng)壓力測驗的時候要小心謹(jǐn)慎以避免由于腐蝕而引起的對CRA管線的破壞。507 馬氏體不銹鋼管道和雙聯(lián)不銹鋼管道以及碳錳合金管道在SM

12、YS>450Mpa時需要對容易受到環(huán)境因素而引起的破裂（包括涉及到陰極保護(hù)的由于SSC和氫而導(dǎo)致的開裂）做特殊的考慮。在制作、安裝、運行期間，這類材料在顯著的塑性變形下有著特別的用處。指南注解： 管線無損檢測水平I給出了在比無損檢測水平上更為嚴(yán)格的要求而不是NDT水平II。 強(qiáng)度因子要比附屬要求U高4%，通常按材料低大約4%。 不同的材料要求和設(shè)計之間的關(guān)系在下表給出： NDT水平和附助要求U對設(shè)計抗力的利用管線NDT水平III 附助要求U是否是否 壓力負(fù)荷高低高低 荷載控制屈曲高低好低位移控制屈曲高低N/A表格注釋：1 上面表格中的高和低指的是允許范圍。2 荷載控制條件和位移控制條件在

13、C100章節(jié)中定義。B600 特征材料特性601 特征材料特性在將在承載力計算中應(yīng)用。屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都在建立在工程應(yīng)力應(yīng)變曲線上。602 附屬要求U確保屈服強(qiáng)度可靠性的提高。這反映在表51中給出的高強(qiáng)度材料系數(shù)。設(shè)計強(qiáng)度是這些值的函數(shù)，在604小節(jié)給出。表51 材料強(qiáng)度系數(shù)U系數(shù)正常情況附屬要求UU0.961.00注釋：對于系統(tǒng)壓力測驗，U 系數(shù)取1.00。這給出了對于所有無論是否滿足附助要求U的材料所容許的環(huán)向應(yīng)力，其值為SMYS的96%。603 根據(jù)在室溫下不同的機(jī)械特性材料有著不同的材料等級。對于碳錳合金，當(dāng)溫度高于50時要考慮溫度對材料特性的影響。對于22Cr和25Cr，在溫度高于

14、20時就要考慮這種影響。由于考慮到材料類型和潛在的溫度時效影響，對這些材料特性就要有所選擇，包括： 屈服強(qiáng)度 抗拉強(qiáng)度 楊氏模量 溫度膨脹系數(shù)指南注解：在安裝期間，安裝接頭的涂層要比上述情況要補(bǔ)充考慮溫度的影響。604 表52給出了在極限狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計中所用的特征材料強(qiáng)度值。表52 特征材料強(qiáng)度fy , fu特性值典型屈服強(qiáng)度fy=（SMYS-fy-temp）U典型抗拉強(qiáng)度fu=（SMYS-fu-temp）UA 式中： fy-temp 和 fu-temp 分別為由于溫度影響而使屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的減小值U 材料強(qiáng)度系數(shù) 見表51 A 各向異性系數(shù) 對于在管線說明（表63，注釋4）中無約束測試的軸

15、向構(gòu)件取0.95（C 由方程5.23定） 其它情況 取1.0指南注解： 如果沒有其他關(guān)于碳錳合金和22Cr和25Cr雙向不銹鋼屈服強(qiáng)度降低定額值的資料，則可參考圖表51： 圖表51 屈服強(qiáng)度降低定額建議值605 要考慮由于溫度而使壓力和拉力產(chǎn)生不同程度的減少所產(chǎn)生的影響。指南注解：經(jīng)驗表明，由于溫度而使壓力和拉力的減小，在Cr鋼材中有13%的差別。606 在制作過程中，冷變形產(chǎn)生不同的拉力和壓力強(qiáng)度。所以定義一個制作系數(shù)fab ,如果沒有其他資料，則表53給出了對于人造管道UOE或者UO過程中的最大制作系數(shù)。這些系數(shù)也可以在其他制作過程中使用。比如與冷變形過程相似的TRB。如果有文獻(xiàn)，制作系數(shù)

16、可以通過熱處理來提高。表53 最大制作系數(shù) fab管線無縫合線UO&TRBUOEfab1.000.930.85B700 腐蝕允許度701 對于碳錳合金管線，如果沒有陰極保護(hù)，且存在傳輸?shù)母g液的可能性和/或容易受到外部環(huán)境的腐蝕，則在管道運行期間，要適時的考慮通過附加管壁來補(bǔ)償腐蝕所帶來的損失（腐蝕允許度）。（也看參見第8章）指南注解：腐蝕允許度主要是用來補(bǔ)償由于腐蝕而造成的管道抗壓強(qiáng)度的損失，即平均腐蝕程度并把對溝槽，紋路的腐蝕減小到一定的程度。而且，如果腐蝕是在一個孤立的凹炕出現(xiàn)的，則腐蝕余度可以提高操作的可靠性，增加使用壽命。盡管這些損壞不會影響管線的抵抗力，但是當(dāng)整個管壁被穿透

17、后，會引起針孔滲漏。所以，附加的壁厚與增加壁厚相比，僅僅只是延遲了滲漏的出現(xiàn)。702 為了估計腐蝕允許度，至少需要考慮下面因素： 設(shè)計周期和所傳輸?shù)母g液和/或外部環(huán)境 預(yù)期的腐蝕破壞形式（見上面的指南注解） 已有的方法和腐蝕緩解過程的預(yù)期可靠性（如對腐蝕液的化學(xué)處理，附加的覆蓋物等） 為整體監(jiān)控、首次檢查時間和預(yù)訂檢查頻率所使用的相關(guān)工具的期望靈敏度和破損大小檢測能力 突發(fā)滲漏的后果，安全性和可靠性的要求，以及 工作壓力潛在的提高或者降低703 除非液體突發(fā)的滲漏可以接受（也許可以用在較低的安全等級）。腐蝕余度的大小要足夠充分，以適應(yīng)在先后兩次檢查之間完整的時間段內(nèi)實際可能發(fā)生的腐蝕退化。（

18、見第10章）704 安全等級為中，高等的碳錳合金管線在運行期間運送碳?xì)浠衔锏囊后w，可能含有液態(tài)水。這就要求內(nèi)部有至少3mm的腐蝕余度。705 若證明腐蝕控制設(shè)計或者進(jìn)程中把所有危險的腐蝕破壞排除在外，則可以根據(jù)協(xié)議放棄最小3mm的腐蝕余度要求。706 對于位于浪濺帶內(nèi)的安全等級為中，高等的碳錳合金立管，其外部腐蝕余度為3mm。對于相同安全等級的運輸熱流體（比周圍正常的海水溫度高出10）的立管，要有超過3mm的腐蝕余度。任何容許的內(nèi)部的腐蝕都要有相應(yīng)的增加腐蝕余度。C荷載和承載力計算B100 荷載條件 101區(qū)別： 荷載控制條什（LC條件） 位移控制條件（DC條件）不同的設(shè)計校核就要運用這兩個

19、條件。102荷載控制條件是指結(jié)構(gòu)響應(yīng)主要由所加載的荷載控制。103位移控制條件是指結(jié)構(gòu)響應(yīng)主要由幾何位移控制。104荷載控制設(shè)計規(guī)范總可以被用來代替位移控制設(shè)計規(guī)范。指南注解： 一個純粹由位移控制的例子是管線受彎而成一條連續(xù)的曲線，比如J型管和卷軸。在這種情況下，管軸曲率加大。但可導(dǎo)致成橢圓形的圓周曲率是由軸向曲率和由曲率引起的內(nèi)部力之間的相互作用來決定的。 一個稍微不明顯的例子是與一根與駁船滾軸連接的的管線。在大尺寸上，管線的構(gòu)造要符合滾軸，在這種情況下，是由位移來控制的。但是在局部尺寸上，在兩個滾軸之間的管子的彎曲是有重量和壓力的相互作用以及荷載來決定的。然而,stinger tip總是由

20、荷載來控制的。 另一個比較中間性的例子是一根觸到海床的膨脹線管。管子的膨脹是由于溫度和在管子末端位移所產(chǎn)生的壓力而引起的。管子自身的結(jié)構(gòu)響應(yīng)對由膨脹而產(chǎn)生的位移影響很小，而且響應(yīng)主要是由位移控制的。然而，阻止橫跨海床的管子移動的橫向抗力卻有很大的影響，并要求一定程度的荷載控制。這些例子說明在很多情況下，荷載控制和位移控制的區(qū)別是看不出的。要根據(jù)信息來判斷哪種荷載組合更重要從而進(jìn)行選擇。106 在位移控制的局部彎曲規(guī)范中，要求管線NDT水平I。C200 荷載效應(yīng)計算201 設(shè)計分析要以靜力學(xué)，動力學(xué)，材料力學(xué)和土力學(xué)為依據(jù)。202 簡化的計算和分析方法可以用來計算荷載效應(yīng)，但前提是簡化以后的計算

21、結(jié)果要更保守。模型測試可以和理論計算相聯(lián)系，也可以代替理論計算。如果理論方法是不夠的，則需要進(jìn)行模型實驗和大比例實驗。203 所有影響整個管線的荷載和強(qiáng)制位移都要被考慮。每個橫截面和系統(tǒng)的每個部分，以及每個可能的破壞模型都要考慮。所有可能同時發(fā)生的荷載組合也都要考慮。204 當(dāng)決定動力荷載的響應(yīng)時，則要考慮被認(rèn)為有顯著影響的動力效應(yīng)。205 荷載效應(yīng)計算通常用名義截面面積值。206 荷載效應(yīng)計算要采用特征值。參考章節(jié)4B200和C600。207 在設(shè)計中不考慮鋼管上配重層可能帶來的加強(qiáng)作用，除非這種加固效應(yīng)被確證。 使管子增加有效抗彎剛度的涂層在其不連續(xù)處可能會增大管子的應(yīng)力應(yīng)變（例如現(xiàn)場節(jié)點

22、），如果合適，應(yīng)對這種影響予以考慮。208 在設(shè)計中通常不考慮包層以及襯套對鋼管可能的加強(qiáng)作用，除非這種加強(qiáng)的作用被確證。209有效軸力決定了管線的綜合響應(yīng)，用S表示。認(rèn)為受拉為正。 210 管子鋪設(shè)時，當(dāng)管子溫度和內(nèi)部壓力和管子鋪設(shè)完成后一樣時，S=H這里H是有效（殘余）鋪設(shè)張力。211 被完全約束的管子在線彈性應(yīng)力范圍內(nèi)的有效軸向力為（假設(shè)為理想的薄壁）：這里：H=有效（殘余）鋪設(shè)張力pi=相對于鋪設(shè)時的內(nèi)壓差T=相對于鋪設(shè)時的溫度差C300 特征壁厚301 抗壓力的計算是以如下的管壁厚度為根據(jù)的： 模型壓力測試和系統(tǒng)壓力測試條件下 t t=tt ab運行時 一說明結(jié)束一t t=tt ab

23、 t corr302 在開始運行前就已經(jīng)產(chǎn)生的腐蝕在上述壁厚的計算中要考慮在內(nèi)。304 章節(jié)B400給出了最小管壁厚度的要求。305 靜力計算中的管壁厚度在章節(jié)E404中給出。C400 應(yīng)力和應(yīng)變計算401 如果與應(yīng)力集中有關(guān)，要考慮應(yīng)力集中系數(shù)（ SCF）。指南注解：必須區(qū)分全局應(yīng)力集中和局部應(yīng)力集中。局部應(yīng)力集中（可能是由焊接附著物，焊接本身，或顯著的局部間斷性所引起的）只會產(chǎn)生局部影響。并可有代表性的評價疲勞和裂縫。全局應(yīng)力集中（比如由于混凝土覆蓋而在節(jié)點處產(chǎn)生應(yīng)力擴(kuò)大，一般可以延伸到一倍直徑）會產(chǎn)生全面影響。在疲勞，裂縫和彎曲曲率計算中，都要考慮。402 如果有塑性應(yīng)變，則要考慮和測定

24、應(yīng)力集中系數(shù)（SNCF）。對于非線性應(yīng)力一應(yīng)變的關(guān)系，針對相應(yīng)的荷載水平，需要調(diào)整SN C F。403 當(dāng)考慮以下情況時，要考慮應(yīng)力集中：由變化的材料實際屈服強(qiáng)度引起的不規(guī)則的變形。這種變形也可能是由管線節(jié)點和焊接金屬之間由于材料特性的擴(kuò)散所產(chǎn)生的應(yīng)變硬化性引起的。管道節(jié)點間橫截面（實際直徑或者壁厚）的變化。涂層的剛度影響，以及涂層厚度的變化安裝期間節(jié)點涂層的敷用而產(chǎn)生的高溫導(dǎo)致節(jié)點區(qū)域內(nèi)屈服強(qiáng)度的降低實際焊接材料的屈服強(qiáng)度相對管道材料的屈服強(qiáng)度有高有低404 塑性應(yīng)變的積累定義為塑性應(yīng)變增量的總和，不管符號和方向。應(yīng)力增量要從管子制作完成以后開始計算。405 塑性應(yīng)變增量的計算要從材料應(yīng)力應(yīng)

25、變曲線上偏離線形關(guān)系的那一點開始。如圖52圖52 塑性應(yīng)變計算參考指南注解：屈服強(qiáng)度的定義是在應(yīng)變達(dá)到總應(yīng)變的0.5%時的應(yīng)力值。以415等級的碳錳合金為例，單向0.5%的應(yīng)變，相當(dāng)大約0.2%的彈性應(yīng)變和0.3%的塑性應(yīng)變。406 等效塑性應(yīng)變定義為： 其中 p 是等效塑性應(yīng)變 Pl 縱向主應(yīng)變中的塑性部分pH 環(huán)向主應(yīng)變中的塑性部分pR 徑向主應(yīng)變中的塑性部分 D 極限狀態(tài)D100 總則101依據(jù)極限狀態(tài)描述的所有相關(guān)破壞模式在設(shè)計時必須考慮。極限狀態(tài)分為以一下四種類型： 操作極限狀態(tài)（SLS）：如果超過這種狀態(tài)，表示管道不再適于正常運行。 臨界極限狀態(tài)（ULS）：如果超過這種狀態(tài)，管道的

26、完整性將遭到破壞。 疲勞極限狀態(tài)（FLS）：考慮累積循環(huán)荷載效應(yīng)的臨界極限狀態(tài)。 偶然極限狀態(tài)（ALS）；由偶然荷載導(dǎo)致的臨界極限狀態(tài) 102作為最低要求，所設(shè)計的立管和管道要能防止以下幾種可能的破壞模式：操作極限狀態(tài)： 橢圓度/棘齒極限狀態(tài) 累積塑性應(yīng)變極限狀態(tài) 由于配重層的破壞或者配重層損失極端極限狀態(tài)： 破裂極限狀態(tài) 橢圓度/棘齒極限狀態(tài)（如果導(dǎo)致整體破壞） 局部屈曲極限狀態(tài)（管壁屈曲極限狀態(tài)） 總體屈曲極限狀態(tài)（通常對于荷載控制條件）不穩(wěn)定斷裂和塑性壓潰極限狀態(tài)沖擊疲勞極限狀態(tài) 交變荷載導(dǎo)致的疲勞偶然極限狀態(tài)103 所有極限狀態(tài)必須滿足于全部規(guī)定的荷載組合。對于荷載控制條件和位移控制條

27、件下的極限狀態(tài)可能不同。104 圖53給出了要求的設(shè)計校核的概要。105在全部相應(yīng)的階段和條件所有的極限狀態(tài)必須滿足。在設(shè)計中典型的條件是：安裝鋪設(shè)系統(tǒng)壓力測試運行，和關(guān)閉圖表53 結(jié)構(gòu)設(shè)計流程圖。對于每個相應(yīng)的階段都要重復(fù)該設(shè)計循環(huán)D200 極限狀態(tài)形式201 此標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計模式是以LRFD模式為基礎(chǔ)。202 以潛在的破壞結(jié)果為根據(jù)，管道被劃分為一定的安全等級，見第2章C 400。在不同的階段和不同的位置，安全等級有所不同。203 如果設(shè)計荷載效應(yīng)（Ld）不超過設(shè)計抗力（Rd），則安全標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為被滿足。 LdRd （5.10）204 設(shè)計荷載可以以下面的形式表示：在具體形式時，可相應(yīng)的表示為：荷

28、載效應(yīng)系數(shù)F，E，A，P和C 在表55和表56中給出。這些系數(shù)在所有的安全等級下都適用。特征功能和環(huán)境荷載效應(yīng)值的定義見章節(jié)4B200和C600。指南注解： 上面的所提及的荷載組合已在設(shè)計規(guī)范中明確提到，比如方程（5.23）。但是不可以在其他地方運用，比如方程（5.14）和方程（5.22）。205 設(shè)計抗力Rd，一般可以表示為如下形式：特征材料強(qiáng)度fk，在章節(jié)B600中給出。206 材料抗力系數(shù)m 是由極限狀態(tài)的種類決定的，在表54中給出。 表54 材料抗力系數(shù) m極限狀態(tài)種類SLS/ULS/ALSFLS m1.151.00207 安全等級抗力系數(shù)SC 與安全等級有關(guān)，見表55。 表55 安全

29、等級抗力系數(shù) m SC安全等級低一般高壓力容量1.0463.41.1381.1381其他1.041.141.26第一等級的管道的部分位置，一般取1.138。給出重要的數(shù)據(jù)，是為了符合ISO使用因素。低安全等級要由要求比偶然壓力高3%的壓力測試來控制。因此，對于低安全等級的運行，抗力系數(shù)會有效的提高3%。對于系統(tǒng)壓力測試， u 等于1.00。它給出了對于不論是否滿足材料附助要求U的所有材料，允許96%SMYS為環(huán)向應(yīng)力。D300 荷載效應(yīng)系數(shù)和荷載組合301 管道系統(tǒng)的每個部分都要進(jìn)行設(shè)計來滿足表56給出的最不利荷載組合。除非有明確的說明，否則荷載效應(yīng)系數(shù)在所有的設(shè)計形式中都要采用。荷載組合a和

30、b可以參考章節(jié)D500，它是由方程（5.12）來定義的。 表56 荷載效應(yīng)系數(shù)和荷載組合極限狀態(tài)/荷載組合功能荷載環(huán)境荷載偶然荷載壓力荷載 F E A PSLS&ULSa1.20.7-1.05b1.11.3-1.05FLS1.01.0-1.0ALS1.01.01.01.0如果功能荷載效應(yīng)降低了荷載組合效應(yīng)，則 F 可以取1/1.1。302 當(dāng)系統(tǒng)效應(yīng)出現(xiàn)時需要表56中的荷載組合a。因此，它對于局部設(shè)計檢查是不需要的，這通常意味著在與其他荷載的組合中 h >0.303第4章列出的荷載在所有的與管道系統(tǒng)有關(guān)的設(shè)計階段中都要考慮。304 表57給出了條件荷載效應(yīng)系數(shù)。除了荷載效應(yīng)系數(shù)，

31、條件荷載效應(yīng)系數(shù)可以參見方程（5.12）。 表57 條件荷載效應(yīng)系數(shù)， C條件 C管道被擱在不平坦的海床或處于迂回曲折的狀況1.07連續(xù)剛度支撐0.82系統(tǒng)壓力測試0.93另外1.00指南注解： 不平坦的海床條件是相對于自由跨度管道而言。當(dāng)管道在不平坦的海床上迂回鋪設(shè)時要用到同樣的參數(shù)。 連續(xù)的剛度支撐表示荷載的主要部分還是由位移條件控制的。比如鼓狀物的卷著拉起和J型管的拖拉。 幾個條件系數(shù)可能會同時要求的。比如在不平坦的海床上進(jìn)行的壓力測試，則條件系數(shù)可以取1.070.93=1.00D400 壓力控制 （破裂）401 如果在遇到章節(jié)6E1100中所說的工廠壓力測試，則下面的規(guī)則是有效的。如果

32、沒有，則要相應(yīng)的降低。402 壓力控制要滿足下面的標(biāo)準(zhǔn)： （5.14）指南注解： 章節(jié)3B300給出了偶然壓力的規(guī)范。局部壓力的概念見章節(jié)12E 100。403 壓力控制抗力p b（x）由下式給出：p b（x）=Min（p b. s（x）；p b. u（x） （5.15）屈服極限狀態(tài) （5.16）開裂極限狀態(tài) （5.17）指南注解： 在上面公式中，需要的時候可以用t1或者t2代替x。404 壓力控制抗力的減小取決于真實壓力（由荷載控制），N，這種壓力是要考慮的。D500局部屈曲501 局部屈曲（管壁屈曲）導(dǎo)致的橫截面的總變形。要滿足以下標(biāo)準(zhǔn)： 系統(tǒng)崩潰（僅外部壓力） 組合荷載規(guī)范，比如內(nèi)部壓力

33、和外部壓力，軸力和彎矩之間的相互作用 曲率的增加502 要考慮由于塑性應(yīng)變的大量積累而可能使局部彎曲的系統(tǒng)崩潰標(biāo)準(zhǔn)增加。503 抵抗外部壓力（pc）（崩潰）的特征抗力可按下式計算： 這里： (5.19)(5.20) 且不<0.005（0.5%） （5.21）指南注解： 設(shè)計時要把在建設(shè)階段產(chǎn)生的橢圓度包括在總的橢圓度內(nèi)。但是不包括由外部水壓力或者彎矩所產(chǎn)生的橢圓度。504 沿管道方向上任一點的外部壓力要滿足以下規(guī)范（系統(tǒng)崩潰檢查）：（5.22）指南注解： 如果管道的位置全部或者部分充滿水，或者在其他形式的內(nèi)部壓力下，并假設(shè)內(nèi)壓可以連續(xù)維持，則要考慮內(nèi)部壓力。荷載組合規(guī)范荷載控制條件505

34、 受彎矩，有效軸力和內(nèi)部超壓力的管道在所有的橫截面上都要按以下要求設(shè)計來滿足：D/t45，p ip e （5.23） 這里： Md = 設(shè)計彎矩 （見方程（5.12） Sd = 有效設(shè)計軸力 Pd = 設(shè)計微分超壓力 Mp = 塑性彎矩抗力由下式給出 Sp = 特征塑性軸力抗力由下式給出 Pb（t2）= 爆炸壓力，見方程（5.16） c =考慮機(jī)械加工硬化的流速應(yīng)力參數(shù)由下式給出 c 不大于1.20。 指南注解：506受彎矩，有效軸力和外部超壓力的管道都要滿足以下等式： D/t45，p ip e （5.24）荷載組合規(guī)范位移控制條件507受徑向壓應(yīng)變（彎矩，有效軸力）和內(nèi)部超壓力的管道在所有的

35、橫截面上的設(shè)計都要來滿足下列條件： D/t45，p ip e （5.25）這里：d = 設(shè)計壓應(yīng)變，方程（5.12） h = 最大允許屈服伸長率 gw = 圍焊接系數(shù) = 應(yīng)變抗力系數(shù)，見表58508受徑向壓應(yīng)變（彎矩，有效軸力）和外部超壓力的管道在所有的橫截面上的設(shè)計都要，滿足下列條件： D/t45，p ip e （5.26）這里： d = 設(shè)計壓應(yīng)變，方程（5.12）指南注解： 對于d/t<20的情況，如果有足尺試驗、發(fā)現(xiàn)或者與本規(guī)范相容的具有足夠的安全性的以往經(jīng)驗，則可以改進(jìn)該方法。但是任何改進(jìn)方法都要有分析設(shè)計方法支持表58 應(yīng)變抗力系數(shù) NDT水平附屬要求安全等級低一般高U2.

36、02.53.3-2.12.63.5N/A509 在安裝階段，相應(yīng)于使用極限狀態(tài)可以允許存在更高破壞可能性，前提是假設(shè)：有檢查彎曲的輔助設(shè)備修復(fù)潛在時效是可行的并且可以在鋪設(shè)時解決如果外部壓力超過初始擴(kuò)散壓力，則要安裝彎曲制動裝置相應(yīng)的抗力系數(shù)要根據(jù)章節(jié)2中的SLS要求進(jìn)行校準(zhǔn)。傳遞彎矩510 除非產(chǎn)生了局部彎曲，否則不會產(chǎn)生擴(kuò)散彎矩。在外部壓力超過開始時的擴(kuò)散壓力的情況下，則要設(shè)計彎曲制動裝置，其間距由破壞后果決定。擴(kuò)散彎矩以下式計算： （5.27）指南注解：壓潰壓力pc是彎曲管道所必須的。初壓力p init是給定彎曲開始傳遞彎曲擴(kuò)散所必須的。這個壓力與最初開始的彎矩大小有關(guān)。擴(kuò)散壓力p pr

37、是持續(xù)彎曲階段所必須的。只有當(dāng)壓力比擴(kuò)散壓力要小時，彎曲擴(kuò)散才回消失。三種壓力之間的關(guān)系是： D600 整體彎曲601 整體彎曲意味著管道象受壓桿一樣彎曲。管道發(fā)生整體屈曲可能是下陷（在懸跨處）、水平方向屈曲（在海底成蛇行）或者是垂直方向屈曲（隆起狀屈曲或者是在側(cè)翼懸臂處）。602 內(nèi)外壓力的效應(yīng)可以通過采用一個有效軸力的概念來解決，見章節(jié)C.209，其方法如同空氣中的“普通”受壓構(gòu)件。603 負(fù)的有效軸力可能會導(dǎo)致管道或立管橡受壓桿一樣屈曲。要區(qū)別荷載控制和位移控制屈曲。荷載控制屈曲導(dǎo)致整體失效是不可接受的。604 應(yīng)考慮以下引發(fā)屈曲的因素 拖網(wǎng)板的撞擊，拖越和勾住 不直度605 對滿足荷載

38、控制條件的整體彎曲抗力，其標(biāo)準(zhǔn)由DNV近海岸標(biāo)準(zhǔn)OSC101，“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計”（尚未發(fā)行，在發(fā)行以前，可參考有關(guān)近海岸固定物分類安裝的DNV規(guī)則，見Pt.3，Ch.1，結(jié)構(gòu)設(shè)計，總則）制定的。606 如果沒有發(fā)生102條款中所列之外的其他失效模式，則位移控制屈曲可被接受，若具備以下情況，整體屈曲也可以接受：在整體彎曲發(fā)生后滿足局部屈曲準(zhǔn)則管道位移可以接受循環(huán)效應(yīng)可以接受指南注解 當(dāng)完全被約束管道中的一短段，由于約束不足或沒被約束時可能發(fā)生過度應(yīng)變。被埋設(shè)管道的隆起屈曲就是一個典型的例子。D700 疲勞701 參考下列標(biāo)準(zhǔn)，分類說明和方針固定式海洋裝置安裝分類規(guī)范CN30.2移動式海洋裝置的疲分強(qiáng)

39、度分析CN30.5環(huán)境條件和環(huán)境荷載規(guī)范14自由懸臂管線702 管道系統(tǒng)在系統(tǒng)設(shè)計周期內(nèi)要有足夠的安全度來防止疲勞破壞。703 當(dāng)確定應(yīng)力范圍的長期分布時，在包括管道系統(tǒng)建造階段在內(nèi)的整個設(shè)計壽命年限內(nèi)所施加的所有應(yīng)力波動，凡其大小和數(shù)量足以導(dǎo)致疲地效應(yīng)的，均應(yīng)予以考慮。疲勞校核包括低周疲勞和高周疲勞。有關(guān)累積塑性應(yīng)變的要求（ 下面D1000）也要予以滿足。指南注解：導(dǎo)致管道系統(tǒng)應(yīng)力波動的典型原因有：直接的波浪件作用管道系統(tǒng)的振動例如：由于海流、波浪、風(fēng)和拖拉或者介質(zhì)流動導(dǎo)致的渦激引起支撐結(jié)構(gòu)的移動操作壓力和溫度的波動704 對可能引起應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)細(xì)部的疲勞評價和存在低周高應(yīng)變疲勞的可能性，

40、應(yīng)給予專門考慮。采用的具體的設(shè)計準(zhǔn)則取決了分析的方法，其方法可以劃分為：基于斷裂力學(xué)的方法（見705）基于疲勞試驗的方法（見706）705 在合適的情況可使用以基于斷裂力學(xué)的計算方法。所使用的判據(jù)根據(jù)具體情況而定， 并能反映第2節(jié)C 600中要達(dá)到的安全水平。706 當(dāng)使用基于疲勞試驗的計算方法時，必須考慮以下幾點：應(yīng)力范圍長期分布的確定，見707選擇合適的SN曲線（特征抗力），見708不包括在SN曲線中應(yīng)力集中系數(shù)（SCF）的確定。累積損傷的確定，見709707 導(dǎo)致疲勞的大多數(shù)荷載是隨機(jī)的，為確定疲勞荷載效應(yīng)的長期分布，通常用統(tǒng)計學(xué)分析。在適當(dāng)?shù)那闆r，也可以采用光譜分析和定量分析。 708

41、 特征抗力通常以SN曲線或N曲線表示。即應(yīng)力幅值或者低周疲勞引起的應(yīng)變幅值，對應(yīng)疲勞破壞周期數(shù)N之間的關(guān)系曲線。SN曲線應(yīng)能適用YU2所研究的材料、結(jié)構(gòu)構(gòu)件、應(yīng)力狀態(tài)和周圍的環(huán)境。該SN曲線應(yīng)根據(jù)平均的log(N)曲線減去兩個標(biāo)準(zhǔn)差。709 一般在應(yīng)力增減出現(xiàn)無規(guī)則變化幅度的情況下，可以利用線性損傷的假定（米勒法則）。 米勒法則的應(yīng)用意味著應(yīng)力范圍的長期分布被應(yīng)力頻率曲線所代替，它由恒定變幅應(yīng)力數(shù)（r）i或應(yīng)變范圍塊（r）i、以及重復(fù)數(shù)n i 所組成。則疲勞判據(jù)為：式中： D fat 米勒數(shù) K 應(yīng)力塊的數(shù)日 n i 在應(yīng)力塊i的應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N i 在恒定應(yīng)力值（r）i或應(yīng)變值（r）i作用下

42、的損壞周期數(shù)fat 允許破壞率，見表5-9710 對于有關(guān)疲勞計算/分析的細(xì)節(jié)說明可參考DNV指導(dǎo)方針中的第14條“自由懸跨管線”。在不適用的情況下，表59給出了疲勞允許破壞率。表59 疲勞允許破壞率安全等級低一般高fat1/31/51/10D800 橢圓化801 必須用文件證明立管和管道不發(fā)生過度橢圓化，由彎曲產(chǎn)生的扁平率加上制管時產(chǎn)生的不圓度不能超過3%，定義如下： （5.29）如果存在以下情況，可以放寬條件： 己經(jīng)包括了抗彎矩能力的相應(yīng)析減 已經(jīng)服從幾何約束，例如清管要求 已經(jīng)考慮了橢圓化而產(chǎn)生的附加循環(huán)應(yīng)力 滿足相應(yīng)修復(fù)系統(tǒng)的容差要求 803橢圓度必須按沿管道任意點上的點荷載來檢驗。這

43、些作用的點荷載可以發(fā)生在自由懸跨，人工支撐部件和其他支持部件上。D900棘齒效應(yīng)901 要考慮由循環(huán)荷載所引起的累積塑性變形（棘齒效應(yīng)）。如果棘齒效應(yīng)產(chǎn)生了累積橢圓度，則要考慮其對彎曲抗力的影響。902 在最大操作溫度和壓力下，管線的等效塑性應(yīng)變不能超過0.001（0.1%）。（計算以彈性完全塑性材料為基礎(chǔ)。在計算等效塑性應(yīng)變時，以管線建造中后（在壓力測試以后）的應(yīng)變狀態(tài)為參考零應(yīng)變狀態(tài)）。903 管道的塑性應(yīng)變僅僅只發(fā)生在管道第一次暴露于最大溫度和壓力下。904 要考慮有局部和全局彎曲應(yīng)力所產(chǎn)生的棘齒效應(yīng)。這甚至可以導(dǎo)致失穩(wěn)破壞。D1000 累積塑性應(yīng)變1001 在C.405和C.406中的

44、等效塑性應(yīng)變條件本身不是一種極限狀態(tài)，只是對塑性變形的一種度量。通常用于斷裂力學(xué)和材料性能的削弱評估。關(guān)于斷裂力學(xué)的有關(guān)要求在D1100中給出。1002 對所有管道都必須考慮在安裝和運行期間的累積塑性應(yīng)變。要考慮由累積塑性應(yīng)變產(chǎn)生的應(yīng)變老化的影響。必須考慮焊接區(qū)和母材材料性能削弱的效應(yīng)和對無損檢測可接受標(biāo)準(zhǔn)的影響。1003 考慮從建造到廢棄的所有階段，對每一單個應(yīng)變循環(huán)要確定累積的和最大的兩個控制應(yīng)變的變形量。1004 當(dāng)累積塑性應(yīng)變是由安裝和操作荷載效應(yīng)（包括荷載因素和所有應(yīng)變集中因素）引起的，且則本規(guī)范對于材料，焊接程序，工藝以及在附錄D中表D4和表D5給出的無損檢測接受標(biāo)準(zhǔn)的要求應(yīng)予以充

45、分考慮。1005當(dāng)累積塑性應(yīng)變是由安裝和操作荷載效應(yīng)，包括所有應(yīng)變集中因素引起的，且：則要對安裝期環(huán)焊縫進(jìn)行工程風(fēng)險評估（ECA），見D1100。ECA用以確定按附錄D中表D4和表D5給出的NDT可接受的材料裂縫所容許的斷裂剛度，或者用以確定給頂斷裂剛度給出的容許缺陷尺寸。1006當(dāng)累積塑性應(yīng)變是由安裝和操作荷載效應(yīng)，包括所有應(yīng)變集中因素引起的，且：那么除了1005的要求外，特征抗應(yīng)變能力值c 要根據(jù)第9章E來確定，材料也要滿足附助要求P。D1100 斷裂1101 管道系統(tǒng)必須有足夠的抗力來防止不穩(wěn)定脆裂。為此要選擇管道材料，當(dāng)這種材料由脆性到塑性的轉(zhuǎn)變時，轉(zhuǎn)變溫度要比最低設(shè)計溫度足夠低，見表

46、64，且要有較高的抗力來穩(wěn)定裂縫的增長。1102 若材料、焊接、工藝和試驗都能符合本規(guī)范的要求，且累積塑性應(yīng)變不超過0.3%，那么認(rèn)為足以安全抵抗不穩(wěn)定斷裂。1103 在高壓下輸送氣體或氣體混合物以及液體的管道，必須具有足夠的抗斷裂擴(kuò)展的能力。這可以通過以下方法：只有低轉(zhuǎn)變溫度和足夠的夏比V缺口韌性的鋼材足夠的DWTT剪切斷口區(qū)域降低應(yīng)力水平使用機(jī)械式止裂器，或聯(lián)合采用這些方法。設(shè)計方案必須由基于相應(yīng)經(jīng)驗和或適當(dāng)?shù)挠嬎銇碇С帧?104 對于要求有抗斷裂擴(kuò)展的能力的管道，管道系統(tǒng)的海底部分要滿足章節(jié)6D200中的額外要求并修正管道基礎(chǔ)材料。對于10米以下以及向著海岸的管道，要考慮卻貝V缺口的沖擊

47、力。由于外部壓力，深水管線的張拉應(yīng)力會變小。當(dāng)管道的設(shè)計張拉環(huán)向應(yīng)力低于f y的40%，可以不用止裂性能補(bǔ)充要求。1105 滿足止裂性能（F）補(bǔ)充要求（章節(jié)6D200）的材料被認(rèn)為有足夠的抗力來控制塑性破壞的擴(kuò)展。此破壞是相應(yīng)于15Mpa的外部壓力，30mm的壁厚和超過80%的使用因素。1106對受到累積塑性應(yīng)變超過0.3%的管道要進(jìn)行工程風(fēng)險評估（ECA）。這是為了確保不穩(wěn)定的斷裂不在管道鋪設(shè)時，或在管道運行時發(fā)生。1107 在評估時要考慮所有可能發(fā)生的穩(wěn)定裂縫的增長（塑性開裂）和高低應(yīng)力循環(huán)產(chǎn)生的疲勞裂縫的增長。評估要確定最大焊接缺陷以期望在鋪設(shè)期間裂縫發(fā)展到一定程度，使不穩(wěn)定的裂縫和疲勞

48、破壞在管道運行時發(fā)生，且在NDT后裂縫不再增長。1108 在測試人工應(yīng)變老化材料時要考慮裂縫韌性的應(yīng)變老化效應(yīng)。1109 在進(jìn)行工程風(fēng)險評估ECA時，要與等級3的BS7910一致，且對塑性設(shè)計和多重應(yīng)變循環(huán)進(jìn)行修正。在12章節(jié)中給出在塑性設(shè)計和多重應(yīng)變循環(huán)時使用BS7910的一些說明。1110 在ECA中產(chǎn)生或使用的最大破壞尺寸，應(yīng)依據(jù)用NDT探測的概率、精度和用于確定缺陷的長、高位置和方位設(shè)備的精確性來調(diào)節(jié)。1111所用的不確定數(shù)據(jù)要適合于所用的試驗設(shè)備和檢測過程，也要適合于對材料和焊縫裂紋的評估。用于超聲波試驗的定量評估的不確定數(shù)據(jù)，性能和可靠性最好屬于“測量數(shù)值相對真實裂紋尺寸”的形式，所使用設(shè)備和程序的探測概率必須具有95以上的可信度。1112 如果得不到充足的數(shù)據(jù)，必須用下列近似值：若ECA的目的是為了確定給定材料的性能和應(yīng)力的容許缺陷尺寸，當(dāng)確定無損檢驗可接受標(biāo)準(zhǔn)時，要從計算的缺陷的長度和高度尺寸中減掉2mm。若ECA的目的是為了確定對給定容許的缺陷尺寸所要求的材料性能和應(yīng)力時，作為今ECA輸入中所用的缺陷尺寸，必須在其高度、寬度尺寸