土体约束力对埋置管线竖向屈曲的影响

发布时间：2017-09-30 12:33

  本文关键词：土体约束力对埋置管线竖向屈曲的影响

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【摘要】：全球的海洋石油产业正处于一个蓬勃发展期间,与此同时海底管线的应用越来越广泛。因管线破坏带来的一系列问题也引起了重视。管线在运行过程中通常会受到地表运动及温度荷载的影响。当温度改变量较大时,会引起足够大能使管线屈曲的轴向应力,最终使管线发生屈曲破坏。因此本文先进行了模型试验得到不同埋置深度下松砂的抗拔力-位移曲线,并结合已有密砂试验结果,针对不同的土体中埋置管线在温度变化作用下的竖向屈曲特性进行了数值计算。论文的主要内容有：(1)进行了松砂中管线在不同埋深下的上拔试验,且上拔分为单调荷载和循环荷载两大类。在上拔行程中利用PIV图像识别技术观测单调加载和循环加载作用下土体的破坏过程以及砂土的流动机制。(2)建立埋置管线竖向屈曲的三维有限元计算模型,分析不同土体约束力对埋置管线在温度作用下竖向屈曲的影响。其中管线模型采用弹塑性、各向同性的梁单元,土体对管线的约束力采用竖向承压、竖向抗拔和轴向弹簧进行模拟,弹簧的应力应变关系采用模型试验所得结果。计算结果表明,土体的约束条件对管线的屈曲产生重要影响。
【关键词】：埋置海底管线 土体弹簧 竖向屈曲 温度荷载 抗拔力
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU990.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 研究背景及研究意义8-9
• 1.2 研究现状9-13
• 1.2.1 埋置管线竖向抗拔力研究近况9-11
• 1.2.2 温度作用下管土之间相互作用研究现状11-12
• 1.2.3 海底管线常用的设计规范12-13
• 1.3 论文的研究目的和主要工作13-15
• 2 松砂中埋置管线抗拔力模型试验研究15-39
• 2.1 引言15
• 2.2 模型试验方法和过程15-18
• 2.2.1 实验设备15-16
• 2.2.2 砂土试样参数16-17
• 2.2.3 力传感器和液压伺服加载系统17-18
• 2.2.4 图像采集与分析系统18
• 2.3 试验工况以及步骤18-21
• 2.3.1 试验工况18-19
• 2.3.2 试验步骤19-21
• 2.4 松砂中埋置管线的抗拔力特性以及流动机制分析21-31
• 2.4.1 摩擦力分析21-24
• 2.4.2 管线抗拔力-位移曲线的研究24-31
• 2.5 循环荷载模型试验结果与分析31-38
• 2.5.1 试验工况介绍31-32
• 2.5.2 抗拔力-位移关系分析32-35
• 2.5.3 循环荷载下土体流动机制分析35-38
• 2.6 小结38-39
• 3 埋置管线竖向屈曲有限元分析模型39-48
• 3.1 引言39
• 3.2 简化的土弹簧模型39-42
• 3.2.1 承压弹簧39-40
• 3.2.2 上部弹簧40-41
• 3.2.3 轴向弹簧41-42
• 3.2.4 水平向弹簧42
• 3.3 管线模型42-44
• 3.3.1 管线单元属性42-43
• 3.3.2 管线材料属性43-44
• 3.4 管线远端约束的确定44-47
• 3.5 内部压强对管线的影响47
• 3.6 小结47-48
• 4 有限元分析结果48-56
• 4.1 引言48
• 4.2 弹簧单元的验算48-50
• 4.3 相同密度不同埋设率下的竖向屈曲对比50-52
• 4.4 相同埋设率不同密度下的竖向屈曲对比52-53
• 4.5 中密砂与不同类型土体弹簧的比较53-54
• 4.6 松砂与不同类型土体弹簧的比较54-55
• 4.7 小结55-56
• 5 结论与展望56-58
• 5.1 结论56-57
• 5.2 展望57-58
• 参考文献58-61
• 致谢61-62

【参考文献】

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本文编号：948256