波流—地震联合作用时海底悬跨管道模型动力试验研究

发布时间：2020-09-09 18:16

　　伴随着海洋石油工业的迅速发展,海底管道作为重要的油气运输方式得到了广泛的应用,并且被称为海上油气田的生命线。然而复杂的海洋因素严重影响了海底管线的安全性。一旦海底管道发生安全事故,将给国家造成重大的经济损失和严重的社会影响。因此研究海底管道的损伤机理、对海底管道进行结构分析以及采用有效的技术手段对海底管道进行健康监测等具有重要的理论意义和实用价值。我国南海处于热带与亚热带、水域广阔、海底地形复杂,受到热带季风、潮流、北向暖流、南下寒流的影响,台风浪、内波等各种自然灾害频繁发生,因此波流荷载成为影响海底管道安全性的重要因素。海底管道在波流的冲刷和淘蚀、海床的变化、残余应力和热应力等因素的作用下不可避免的出现悬空段。本文就波浪对海底悬跨管道的影响进行了试验研究,其主要的内容包括： (1)通过对悬臂管道基频的测量来计算动弹性模量,利用试验结果和理论结果对比,指出完全悬臂端的情况是很难实现的,埋设在混凝土墩中的悬臂管道所测量的结果与理论结果基本吻合。本实验研究为实验中悬臂端模型的建立提供了重要的参考价值。 (2)试验中考虑了管内有水和管内无水两种情况,通过对这两种情况下管道中部应力和应变的对比得出：管内无水时,管道的动力响应要小于管内有水时的动力响应。该实验模拟的是：实际中的波流对管道中是否有油所产生的影响。 (3)试验中考虑了不同悬跨长度的海底管线受波流荷载的影响,并且用实验结果与地震作用下的海底管线的试验结果进行了对比。实验数据表明：悬跨管道上的应变与悬空段长度的大小有很大关系,悬空段长度越长,管道上的应变越剧烈。与地震作用下海底管线的动力响应不同,管道的悬跨长度是影响海底悬跨管道动力响应的决定因素。 (4)试验中量测了波浪高度的变化对管道的影响,试验结果表明：管道应变随着波流高度的增大而减小,减小的趋势不明显。实验数据显示波浪高度并不是影响海底悬跨管道动力响应的主要的因素。 (5)试验中量测了波浪高度对管道中部不同位置的影响,实验数据分析显示管道中部9号点的位置反应最强烈。该试验结果说明了波浪作用下管道—水流间的相互作用是比较复杂的,建立管道模型进行数值分析时应考虑多种因素的影响。 (6)悬跨高度也是影响管道动力响应的重要因素,本实验利用不同的水深来模拟不同悬跨高度下,管道所受到的动力响应。试验结果显示随着水深的增加,管道所受到的动力响应逐渐减小。试验表明随着悬跨高度的增加,管道所受到的动力响应逐渐增大。该项试验研究说明了悬跨高度也是影响海底悬跨管道动力响应的重要因素。 (7)将海底悬跨管道在波流作用下的动力响应与在波流和地震共同作用下的动力响应进行了对比,分析了海底管道受不同荷载所发生的动力模态。 (8)运用ADINA模拟输出数据和实验数据进行对比,利用数值模拟建立的模型分析结果显示,波流作用下的海底悬跨管道的跨中部分的数据结果要比试验物理模型的实验结果大,但是跨端节点的结果却很接近。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2013
【中图分类】：P756.2

【参考文献】