海洋立管触地段横向地震动响应的试验研究

发布时间：2020-12-09 18:35

　　建立一套立管与海床相互作用的模型试验系统。开展了管-土作用模型在振动台上的模态试验和地震动试验,得到了管-土作用模型的横向固有频率和相应振型、沿立管触地段以及与其相邻的水平段和悬垂段轴向和环向的一些特征点在地震作用下的地震动响应。试验结果表明:横向地震作用下,立管水平段的应变响应非常小;立管触地段海底管道的应变响应很大,是立管结构最易产生损伤的关键部位;立管悬垂段也表现出较大的应变响应,是立管产生损伤的另一个关键部位;在横向地震作用下立管触地段侧边较正上方和正下方更易产生损伤;模型试验的成果丰富了海洋立管动力模型试验的研究内容,为优化海洋立管抗震设计、评估在役油气管道的抗震安全提供了科学依据。 

【文章来源】：振动与冲击. 2020年18期 第132-137+152页 北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

管-土作用模型

本试验运用的应变采集设备主要是NI PXI/SCXI系列动态数据采集系统和NI cDAQ系列动态数据采集系统,加速度采集设备用MDR数据采集仪。海洋立管除了受到悬垂端和水平端的约束外,在立管水平段和触地段还会受到海床的约束作用,包括海床土体作用于海底管道的法向土体抗力和土体吸力作用,以及沿管道截面切向的摩擦和沟槽的约束作用。各传感器的布置详图如图3所示。其中图3(a)为各截面沿管道轴向的位置,图3(b)为海底管道上应变传感器和加速度传感器的具体布置及编号。2 试验过程及实验结果

本文通过敲击试验测试管-土作用模型的各阶固有频率,在敲击激励下监测管道截面10(d=5 m)左侧方测点(ψ=90°)的应变响应,如图4所示。由图4(a)中测点的应变响应时程曲线可知,测点(d=5 m,ψ=90°)的应变响应逐渐衰减,最终无限趋近于平衡位置。应变响应时程曲线经傅里叶变换得出该测点的应变频谱图,如图4(b)所示。从频谱图中的响应峰值和对应的响应频率可以得出结构的前三阶固有频率,其数值分别为1.04 Hz,3.11 Hz 和5.91 Hz。触地段海底管道的结构振型是影响管道结构动力响应的重要因素,试验测得了管道结构在水平方向的前三阶振型,如图5所示。由图5可知,管道结构的一阶振型有一个波峰,二阶振型有一个波峰一个波谷,三阶振型有两个波峰和一个波谷。管道水平摆动,其两侧土体的约束情况对称,振型结果较平滑。

【参考文献】：
期刊论文
[1]改进的Winkler弹性地基模型在触地段动力分析中的应用[J]. 代云云,周晶.  哈尔滨工程大学学报. 2018(09)
[2]复杂载荷作用下立管触地段损伤管道极限内压承载力的数值分析[J]. 代云云,冯新,周晶,刘帅.  水电能源科学. 2017(12)
[3]钢悬链线立管触地区管-土相互作用试验研究[J]. 白兴兰,陈侃,谢永和,李广年.  中国造船. 2016(02)
[4]钢悬链线立管与海床相互作用小尺寸三维试验研究[J]. 姚锐,白兴兰,谢永和.  海洋工程. 2015(03)
[5]南海海底土体物理力学特征及其地质环境初步研究[J]. 郑志昌,陈俊仁,朱照宇.  水文地质工程地质. 2004(04)



本文编号：2907303