ГОСТ Р 58772-2019 (ИСО 19901-6:2009). Национальный стандарт Российской Федерации. Нефтяная и газовая промышленность. Сооружения нефтегазопромысловые морские. Морские операции

19.4 Прочность петлевых стропов, кольцевых стропов и такелажных скоб

19.4.1 Общие сведения

Для проверки конструкции усилиям (сопротивлениям) присваивается репрезентативное значение. Если имеющиеся данные позволяют определить нормативное значение для прочности, то это предпочтительное репрезентативное значение; в противном случае номинальное значение для прочности служит репрезентативным значением.

При проверке конструкции методом PFD расчетные значения для прочности (сопротивления) выводятся из соответствующего репрезентативного значения путем деления последнего на частный коэффициент сопротивления .

При проверке конструкции методом WSD расчетные значения прочности упоминаются как пределы рабочей нагрузки (см. ниже); они выводятся из соответствующего репрезентативного значения прочности путем деления его на коэффициент безопасности f_SF.

Как отмечено в 19.1, метод WSD - это метод, обычно используемый для проверки конструкций, предназначенных для грузоподъемных операций.

Для соответствия существующей практике ряд терминов, широко используемых в практических приложениях, определяют следующим образом и используют в дальнейшем:

a) минимальное разрывное усилие стального каната F_min

F_min представляет собой заданное значение, выраженное в килоньютонах, ниже которого не должна быть измеряемая на разрыв прочность каната при предписанном испытании на разрывную прочность в соответствии с [23].

F_min рассчитывается способом, описанным в [23] - [25]. Расчетное значение F_min определено в [23] как значение, полученное расчетным путем на основе заданного или измеренного значения с использованием соответствующих коэффициентов;

b) расчетная разрывная нагрузка каната

Расчетная разрывная нагрузка каната представляет собой расчетную прочность, выраженную в единицах силы, для неповрежденного прямолинейного каната после его изготовления, в том числе с учетом снижения прочности каната из-за потерь при свивании в процессе изготовления. Применительно к изготовленному стропу, расчетная разрывная нагрузка каната относится к расчетной прочности самого каната стропа, исключая его заделки концов и потери, связанные с изготовлением стропа. Расчетная прочность простого прямолинейного каната и изготовленного из него стропа является их соответствующей прочностной характеристикой;

c) расчетная разрывная нагрузка кольцевого стропа

Кольцевые стропы представляют собой стропы из одного целого отрезка каната, замкнутого в кольцевую или овальную форму. Расчетная прочность каждой ветви определяется расчетной разрывной нагрузкой каната, так что расчетная прочность кольцевого стропа составляет величину, в два раза большую расчетной разрывной нагрузки каната. Расчетная разрывная нагрузка кольцевого стропа является прочностной характеристикой кольцевого стропа с учетом потерь, связанных с изготовлением полного кольца стропа;

d) расчетная разрывная нагрузка петлевого стропа

Расчетная разрывная нагрузка петлевого стропа представляет собой прочность изготовленного стропа, в том числе с учетом снижения прочности из-за заделки концов каната стропа в петли, что выражается фактором эффективности заделки концов каната стропа. Расчетная разрывная нагрузка петлевого стропа часто указывается в сертификате стропа или на идентификационной бирке, прикрепляемой к стропу;

e) предельная рабочая нагрузка

Предельная рабочая нагрузка - это максимальная нагрузка, с учетом которой стропы, такелажные скобы или точки подъема проектируются в соответствии с методом расчета по допустимым напряжениям. Предельная рабочая нагрузка является расчетной прочностной характеристикой (как правило, указывается допустимое значение предельной рабочей нагрузки) для использования при верификации проекта методом WSD. Предельная рабочая нагрузка получается путем деления репрезентативного усилия на коэффициент безопасности f_SF. Допустимые значения прочности для элементов поднимаемых конструкций могут быть дополнительно уменьшены путем применения коэффициента надежности по нагрузке.

Расчетная прочность при верификации конструкции методом PFD получается аналогично путем деления репрезентативного усилия на частный коэффициент сопротивления .

Значения коэффициента безопасности f_SF в методе WSD и частного коэффициента сопротивления в методе PFD связаны соотношением , где - коэффициент надежности.

Для петлевых и кольцевых стропов определения расчетных значений прочности приведены в 19.4.2, репрезентативных значений - в 19.4.5 и проектных значений - в 19.4.6; определение прочности такелажных скоб приведено в 19.4.7.

Примечание - Поднимаемые конструкции могут быть определены по их весу, выраженному в единицах силы (килоньютонах), или по их массе, выраженной в единицах массы (метрических тоннах); они отличаются ускорением свободного падения g. Единицы масс (метрические тонны) также используют в подъемных операциях. Предельные рабочие нагрузки и расчетные силы, выражаемые в единицах силы (килоньютонах) определяют путем умножения массы на ускорение свободного падения g.

19.4.2 Расчетная прочность петлевых и кольцевых стропов

19.4.2.1 Стальные петлевые стропы

Стальные петлевые стропы изготавливают из одного отрезка стального каната с различными заделками концов стропов. Минимальное разрывное усилие F_min стального каната рассчитывается изготовителем для данного типа каната или значением, получаемым расчетным путем (см. 19.4.1). Для стального каната диаметром d <= 60 мм минимальное разрывное усилие F_min, выраженное в килоньютонах, рассчитывается по формуле (41) (см. [26], [27], [29]).

(41)

где d - номинальный диаметр каната;

R_t - маркировочная группа по пределу прочности проволок стального каната при растяжении (см. [27]) для канатов диаметром до 60 мм предел прочности принимается 1770 Н/мм², 1960 Н/мм² или 2160 Н/мм² или определен изготовителем, но не более 2160 Н/мм²;

K - эмпирический коэффициент минимального разрывного усилия для данного типа и конструкции каната.

Примечание - Согласно [26] K = 0,356.

Для стальных канатов диаметром от 60 до 264 мм в [27] указывается, что идентификация по маркировочным группам не применима, но необходимо применять канаты с пределом прочности 1770 Н/мм², 1960 Н/мм² или 2160 Н/мм² или их комбинаций. Для стального каната диаметром d > 60 мм минимальное разрывное усилие F_min рассчитывается по формуле

F_min = 8,55d + 0,592d² - 0,000615d³. (42)

Значение F_min, указанное изготовителем, может быть выше, чем рассчитанное по формуле (41) или (42). В таких случаях допускается использовать более высокое значение F_min, предоставленное изготовителем, при условии, что оно должным образом задокументировано.

Расчетная разрывная нагрузка стального петлевого стропа F_{CS, SWRS} рассчитывается по формуле

F_{CS, SWRS} = F_min. (43)

19.4.2.2 Стальные петлевые стропы кабельтовой свивки

Стальные петлевые стропы кабельтовой свивки обычно изготавливают из шестипрядных стальных канатов, у которых наружные проволочные пряди спирально обмотаны вокруг центрального стального каната-сердечника, и все пряди заделаны в концевые заделки.

Стальные петлевые стропы кабельтовой свивки должны быть сконструированы и изготовлены в соответствии с IMCA M 179 [30]. Номинальный диаметр сердечника должен быть на 12% - 25% больше номинального диаметра наружных прядей каната.

Расчетную разрывную нагрузку каната стального петлевого стропа кабельтовой свивки F_{CS, SCLS} рассчитывают по формуле

(44)

где - сумма минимальных значений разрывных усилий наружных прядей и сердечника (см. 19.4.2.1);

0,85 - эмпирический коэффициент, учитывающий дополнительные потери при изготовлении каната кабельтовой свивки из отдельных прядей.

Значение расчетной разрывной нагрузки стального петлевого стропа кабельтовой свивки F_{CS, SCLS} принимается из сертификата изготовителя.

19.4.2.3 Стальные кольцевые стропы

Стальные кольцевые стропы всегда изготавливают из канатов кабельтовой свивки и должны быть сконструированы и изготовлены в соответствии с IMCA M 179 [30]. Места расположения стыка и сращивания прядей должны быть отмечены красной краской.

Сердечник каната из стального проволочного каната прерывается в местах стыка и сращивания прядей, и по этой причине сердечник не учитывается при расчете прочности стропа. Значение расчетной разрывной нагрузки одной ветви стального кольцевого стропа F_{CS, SWRG, 1} в единицах силы рассчитывается по формуле

F_{CS, SWRG, 1} = 0,85·6·F_min, (45)

где 6·F_min - минимальное разрывное усилие шести наружных прядей одной ветви стального кольцевого стропа (см. 19.4.2.1);

Расчетную разрывную нагрузку стального кольцевого стропа в целом F_{CS, SWRG, 2} рассчитывают по формуле

F_{CS, SWRG, 2} = 2·F_{CS, SWRG, 1}. (46)

Значение F_{CS, SWRG, 2} обычно принимается из сертификата изготовителя.

19.4.2.4 Волоконные петлевые и кольцевые стропы

Значение расчетной разрывной нагрузки волоконных петлевых стропов и волоконных кольцевых стропов различных типов и конструкций следует принимать из сертификатов изготовителя, указанных в них на основании испытания канатов на растяжение до их разрушения.

По аналогии с 19.4.2.1 - 19.4.2.3 значение расчетной разрывной нагрузки каната волоконного петлевого стропа обозначается как F_{CS, FRS}. Значение расчетной разрывной нагрузки одной ветви волоконного кольцевого стропа аналогично обозначается как F_{CS, FRG, 1}, в то время как значение всего волоконного кольцевого стропа обозначается как F_{CS, FRG, 2}, значение которого в два раза больше F_{CS, FRG, 1}.

19.4.3 Коэффициент снижения прочности стропов с учетом заделки концов канатов

19.4.3.1 Стальные петлевые стропы и стальные петлевые стропы кабельтовой свивки

Заделка концов каната, образующих петли стропов, неизменно является самым слабым местом стальных петлевых стропов и стальных петлевых стропов кабельтовой свивки. Снижение из-за наличия петель прочности стропов в целом по сравнению с самим канатом, из которого изготавливается строп, учитывается коэффициентом снижения нагрузки k_te применительно к расчетной разрывной нагрузке, определенной в 19.4.2.1 и 19.4.2.2.

Коэффициент снижения нагрузки k_te должен применяться, как указано в спецификациях, предоставляемых изготовителем канатов и стропов. Для различных заделок концов каната стальных петлевых стропов и стальных петлевых стропов кабельтовой свивки могут быть использованы в качестве руководства следующие максимальные значения коэффициента снижения нагрузки k_te:

k_te = 1,00 для стальных патронов (муфт) с заливкой цинком или смолой;

k_te = 0,90 для обжимных втулок и фитингов;

k_te = 0,75 для стальных зажимов;

k_te = 0,75 для ручной заплетки.

Другие способы заделки концов каната требуют особого рассмотрения.

19.4.3.2 Волоконные петлевые стропы

Для волоконных петлевых стропов коэффициент коэффициента снижения нагрузки k_te обычно указывается изготовителем стропов.

19.4.3.3 Стальные и волоконные кольцевые стропы

Поскольку кольцевые стропы представляют собой стропы из одного целого отрезка каната, замкнутого в кольцевую или овальную форму, без заделок концов каната, коэффициент снижения нагрузки k_te не применяется.

19.4.4 Коэффициент влияния изгиба стропов

19.4.4.1 Стальные петлевые стропы и стальные петлевые стропы кабельтовой свивки

В местах, где стальные петлевые стропы изгибаются вокруг обуха, такелажной скобы, цапфы или гака крана, прочность стропов в месте изгиба уменьшается.

Уменьшение прочности стропов учитывается применением коэффициента влияния изгиба k_be при определении значения расчетной разрывной нагрузки, предусмотренной в 19.4.2.1 и 19.4.2.2.

Коэффициент влияния изгиба k_be стальных петлевых стропов и стальных петлевых стропов кабельтовой свивки рассчитывают по формуле

(47)

где d - номинальный диаметр стального петлевого стропа или стального петлевого стропа кабельтовой свивки;

D - минимальный диаметр изгиба стального петлевого стропа или стального петлевого стропа кабельтовой свивки.

Значения коэффициента влияния изгиба k_be, рассчитанные по формуле (47), приведены в таблице 16.

Таблица 16

Коэффициент влияния изгиба стального петлевого стропа

и стального петлевого стропа кабельтовой свивки

D/d	< 1,0 <*>	1,0	1,5	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0	7,0
k_be	< 0,50	0,50	0,59	0,65	0,71	0,75	0,78	0,80	0,81
<*> Не допускается.

Чтобы избежать даже ограниченной деформации стропов, следует применять отношение диаметра изгиба к диаметру каната стропа D/d >= 4,0. Канат стропа не должен сгибаться по диаметру менее 2,5d. Соотношение D/d <= 2,5 применимо только для строповки за обух. Чтобы избежать чрезмерной постоянной деформации обуха петля стропа не должна сгибаться по диаметру, меньшему диаметра каната стропа.

Следует избегать изгибов в месте сращивания каната стропа.

19.4.4.2 Стальные кольцевые стропы

Кольцевые стропы представляют собой стропы из одного целого отрезка каната, замкнутого в кольцевую или овальную форму, которые используются с одним концом, присоединенным к точке подъема (обычной или неповоротной цапфой), и другим концом, навешиваемым на гак крана. Значение коэффициента влияния изгиба k_be стального кольцевого стропа может быть рассчитано по формуле (47) или определено из таблицы 16 для меньшего отношения D/d, принимая d в качестве номинального диаметра одной ветви кольцевого стропа, а в качестве D наименьший диаметр изгиба стропа в точке подъема или на гаке крана.

Для стандартного отношения D/d = 4,0 может использоваться коэффициент влияния изгиба k_be = 0,75 (см. 19.4.4.1). Необходимо отметить, что коэффициенты влияния изгиба k_be в точке подъема и на гаке крана обычно отличаются из-за различных значений D. Если один или оба из коэффициентов влияния изгиба стропа меньше или равны 0,75, то на обоих концах должно применяться меньшее значение, отражающее большее снижение прочности.

Следует избегать изгибов стальных кольцевых стропов в местах их сращивания.

19.4.4.3 Волоконные петлевые и кольцевые стропы

Для волоконных петлевых и кольцевых стропов значение коэффициента влияния изгиба k_be обычно принимается k_be = 1,0 при условии, что минимальный диаметр изгиба стропа в точке подъема D не меньше минимума, указанного изготовителем канатов или стропов.

19.4.5 Репрезентативная прочность петлевых и кольцевых стропов

19.4.5.1 Стальные петлевые стропы и стальные петлевые стропы кабельтовой свивки

Репрезентативная прочность изготовленных петлевых стропов включает потерю прочности, вызванную заделками концов стропов и/или изгибами вокруг штифта такелажной скобы, цапфы или гака крана. Репрезентативная прочность стальных петлевых стропов F_{RS, SWRS} рассчитывается по формуле

F_{RS, SWRS} = min(k_te·F_{CS, SWRS}, k_be·F_{CS, SWRS}), (48)

где F_{CS, SWRS} определяется по формуле (43) или указывается изготовителем стропов;

min(a, b) - указывает на меньшее значение a или b;

k_te - коэффициент снижения нагрузки, определенный в 19.4.3.1;

k_be - коэффициент влияния изгиба стропа, определенный в 19.4.4.1.

Аналогично, репрезентативная прочность стальных петлевых стропов кабельтовой свивки F_{RS, SCLS} рассчитывается по формуле

F_{RS, SCLS} = min(k_te·F_{CS, SCLS}, k_be·F_{CS, SCLS}), (49)

где F_{CS, SCLS} определяется по формуле (44) или указывается изготовителем стропов.

Значения k_te и k_be приведены в 19.4.3.1 и 19.4.4.1.

19.4.5.2 Стальные кольцевые стропы

Репрезентативная прочность стального кольцевого стропа F_{RS, SWRG} рассчитывается по формуле

F_{RS, SWRG} = k_be·F_{CS, SWRG, 2}, (50)

где F_{RS, SWRG, 2} определяется по формуле (46) или указывается изготовителем стропов. Значение коэффициента влияния изгиба стропа k_be должно приниматься в соответствии с 19.4.4.2.

19.4.5.3 Волоконные петлевые и кольцевые стропы

Репрезентативная прочность волоконного петлевого стропа F_{RS, FRS} рассчитывается по формуле

F_{RS, FRS} = min(k_te·F_{CS, FRS}, k_be·F_{CS, FRS}), (51)

где F_{CS, FRS} - расчетная разрывная нагрузка волоконного петлевого стропа, указываемая в сертификате изготовителя (см. 19.4.2.4). Значения k_te и k_be должны приниматься в соответствии с 19.4.3.1 и 19.4.4.1.

Аналогично репрезентативной прочности стального кольцевого стропа F_{RS, SWRG} [см. формулу (50)], репрезентативная прочность волоконного кольцевого стропа F_{RS, FRG} рассчитывается по формуле

F_{RS, FRG} = k_be·F_{CS, FRG, 2}, (52)

где F_{CS, FRG, 2} определяется в соответствии с 19.4.2.4;

k_be - коэффициент влияния изгиба стропа, определенный в 19.4.4.1.

19.4.6 Предельные рабочие нагрузки и расчетная прочность петлевых и кольцевых стропов

19.4.6.1 Стальные петлевые стропы и стальные петлевые стропы кабельтовой свивки

Предельная рабочая нагрузка на стальной петлевой строп F_{MLL, SWRS} и стальной петлевой строп кабельтовой свивки F_{WLL, SCLS} при проверке конструкций методом расчета по допустимым напряжениям рассчитывается по формулам (53) и (54) соответственно:

(53)

(54)

где F_{WLL, SWRS} - предельная рабочая нагрузка на стальной петлевой строп;

F_{RS, SWRS} - репрезентативная прочность стального петлевого стропа, рассчитываемая по формуле (48);

f_{SF, SWRS} - коэффициент безопасности для стального петлевого стропа, который следует принимать как:

f_{SF, SWRS} >= 3 - для стальных петлевых стропов с диаметром каната d >= 50 мм (2 дюйма);

f_{SF, SWRS} >= 5 - для стальных петлевых стропов с диаметром каната d < 50 мм (2 дюйма);

F_{WLL, SCLS} - предельная рабочая нагрузка на стальной петлевой строп кабельтовой свивки;

F_{RS, SCLS} - репрезентативная прочность стального петлевого стропа кабельтовой свивки, рассчитанная по формуле (49);

f_{SF, SCLS} - коэффициент безопасности для стального петлевого стропа кабельтовой свивки, принимаемый f_{SF, SCLS} = 2,25.

Расчетная прочность стального петлевого стропа и стального петлевого стропа кабельтовой свивки при проверке конструкции методом расчета по частным коэффициентам определяется по формулам (55) и (56) соответственно:

(55)

(56)

где F_{DS, SWRS} - расчетная прочность стального петлевого стропа;

- частный коэффициент сопротивления стального петлевого стропа;

F_{DS, SCLS} - расчетная прочность стального петлевого стропа кабельтовой свивки;

- частный коэффициент сопротивления стального петлевого стропа кабельтовой свивки.

Частные коэффициенты сопротивления связаны с коэффициентом безопасности f_SF соотношением ,

где - частный коэффициент действия усилий в стропах и скобах, который принимается .

Как следствие, для частных коэффициентов сопротивления стропов установлены следующие значения:

- для стальных петлевых стропов с диаметром каната d >= 50 мм (2 дюйма);

- для стальных петлевых стропов с диаметром каната d < 50 мм (2 дюйма);

- для стальных петлевых стропов кабельтовой свивки.

19.4.6.2 Стальные кольцевые стропы

Предельная рабочая нагрузка на стальной кольцевой строп F_{WLL, SWRG} при проверке конструкций методом расчета по допустимым напряжениям и расчетная прочность стального кольцевого стропа F_{DS, SWRG} при проверке конструкции методом расчета по частным коэффициентам рассчитываются по формулам (57) и (58) соответственно:

(57)

(58)

где F_{WLL, SWRG} - предельная рабочая нагрузка на стальной кольцевой строп;

F_{DS, SWRS} - расчетная прочность стального кольцевого стропа;

F_{RS, SWRG} - репрезентативная прочность стального кольцевого стропа, рассчитанная по формуле (50);

f_{SF, SWRG} - коэффициент безопасности для стального кольцевого стропа, который принимается f_{SF, SWRG} >= 2,25;

- частный коэффициент сопротивления стального кольцевого стропа, который определяется следующим образом:

где - частный коэффициент действия усилий в стропах и скобах, который принимается .

19.4.6.3 Волоконные петлевые стропы

Предельную рабочую нагрузку на волоконный петлевой строп F_{WLL, FRS} при проверке конструкций методом расчета по допустимым напряжениям и расчетную прочность волоконного петлевого стропа F_{DS, FRS} при проверке конструкции методом расчета по частным коэффициентам рассчитывают по формулам (59) и (60) соответственно:

(59)

(60)

где F_{WLL, FRS} - предельная рабочая нагрузка на волоконный петлевой строп;

F_{DS, FRS} - расчетная прочность волоконного петлевого стропа;

F_{RS, FRS} - репрезентативная прочность волоконного петлевого стропа, рассчитанная по формуле (51);

f_{SF, FRS} - коэффициент безопасности для волоконного петлевого стропа, который принимается f_{SF, FRS} >= 4,75;

- частный коэффициент сопротивления волоконного петлевого стропа, который определяется следующим образом:

где - частный коэффициент действия усилий в стропах и скобах, который принимается .

19.4.6.4 Волоконные кольцевые стропы

Предельную рабочую нагрузку на волоконный кольцевой строп F_{WLL, FRG} при проверке конструкций методом расчета по допустимым напряжениям и расчетную прочность волоконного кольцевого стропа F_{DS, FRG} при проверке конструкции методом расчета по частным коэффициентам рассчитывают по формулам (61) и (62) соответственно:

(61)

(62)

где F_{WLL, FRG} - предельная рабочая нагрузка на волоконный кольцевой строп;

F_{DS, FRG} - расчетная прочность волоконного кольцевого стропа;

F_{RS, FRG} - репрезентативная прочность волоконного кольцевого стропа, рассчитанная по формуле (52);

f_{SF, FRG} - коэффициент безопасности для волоконного кольцевого стропа, который принимается f_{SF, FRG} >= 4,75;

- частный коэффициент сопротивления волоконного кольцевого стропа, который определяется следующим образом:

где - частный коэффициент действия усилий в стропах и скобах, который принимается .

19.4.7 Предельные рабочие нагрузки и расчетная прочность такелажных скоб

Минимальное разрывное усилие такелажной скобы - это сертифицированная прочность, которую считают репрезентативной прочностью.

Предельная рабочая нагрузка на такелажную скобу F_{WLL, sh} при проверке конструкций методом расчета по допустимым напряжениям и расчетная прочность такелажной скобы F_{DS, sh} определяются по формулам (63) и (64) соответственно:

(63)

(64)

где F_{WLL, sh} - предельная рабочая нагрузка на такелажную скобу;

F_{DS, sh} - расчетная прочность такелажной скобы;

F_{RS, sh} - репрезентативная прочность такелажной скобы;

f_{SF, sh} - коэффициент безопасности для такелажной скобы, который принимается f_{SF, sh} >= 3,0;

- частный коэффициент сопротивления такелажной скобы, который определяется следующим образом:

где - частный коэффициент действия усилий в стропах и скобах, который принимается .