管土耦合作用下海底管道悬跨分析与治理研究

发布时间：2020-11-16 14:48

　　 目前,在舟山海域服役的海底管道均呈现不同程度上的悬空,严重影响海上的生产进度。因此,研究悬跨管道的力学特征、许可长度以及治理措施对管道工程的应用具有实际价值。本文以海底输气管道为研究对象,基于管土耦合理论和有限元分析方法展开数值模拟工作。首先,将管土相互作用作为研究重点,运用ABAQUS软件构建了两种维度下的管土耦合模型,运用位移贯入法,对不同土体参数下力-位移曲线的敏感性进行分析,得到了土体刚度的变化规律。其次,使用Java语言编程获得管道横/竖向的受力情况。在此基础上分析了不同耦合模型下管道的轴向特性,并模拟了不同悬跨长度、径厚比、内压值和海流流速对管道受力的影响。然后通过Java语言编制了静态强度法和涡激振动方法的动态分析界面,并用动力学软件OrcaFlex进行疲劳分析,从以上三个角度对悬跨管道的许可长度进行了验证。接着,分析了相应参数条件对单跨和双等跨管道应力和位移的动态影响。最后,针对舟山实际海况开展悬空治理研究,并对钢架支撑结构进行了优化,得到了合理的结构尺寸。同时对沙袋覆盖方案展开的数值模拟研究表明,沙袋覆盖经济性较好,但流速较大情况下稳定性较差;沙袋堆砌成矩形时,治理效果略好于梯形,但梯形的经济性较好。
【学位单位】：浙江海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TE973.92
【部分图文】：

海床土体还将伴有液化现象的产生。管段诱因的分析，海床土体的约束是影响海底管道稳定的重贴近工程实际的跨肩管土模型对分析悬跨问题的准确度有作用模拟相互作用的处理方法研究，经历了从解析几何分析、理论模元模拟，管土作用机理及分析模型正在朝着更为精确的方向不同，可分为弹性地基梁模型、土刚度模型以及管土耦合模基梁模型，将海床假定成 Winkler 弹性地基，海床受到的压力简化为管道则被视作紧贴地基的梁模型。取dl 管长的微元进行分析管土接触区域dl 长度的管道微元的受力情况如图 2-1：dlM+dMMkzdl

管内介质匀速流动；不考虑波浪的作用，海流入射方向与管道垂直且与海床平行；不考虑垂向与顺流向振动间的耦合作用。型如图 2-4 所示。zyz(x,t)TVxLUTV图 2-4 海底单跨管道模型[58]Fig 2.4 Submarine single-span pipeline model2-4 的悬跨段截取结构区和内流区微元分析，如图 2-5 和图 2-6

图 2-6 内流区微段[58]Fig 2.6 Internal flow section micro segment道结构和内流的竖向振动方程以及参数之间的力学关系，得2 22 20s s sN z z zF T F r m m gx x x t 222( ) 0i i izF PA m V z m gx t x 22L i f fz zF F gA r mt t 33M zN EIx x
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本文编号：2886357